影響抽油井管桿偏磨的原因分析及治理措施

牛金子

【摘 要】抽油井管桿偏磨是油田開發普遍存在的問題，對于進入中后期開采階段的油田，由于采用了注水等增產措施，偏磨井數量逐年增加，本文借助抽油桿受力狀況分析，提出了綜合防治措施及方法；通過對桿管的有效扶正，防偏磨抽油泵新工藝應用，并取得了治理偏磨良好的效果。

【關鍵詞】抽油井；彎曲；偏磨；桿柱組合；特殊泵

管桿偏磨是大部分油田普遍存在的問題，特別是采用了注水等增產措施后，偏磨情況更是日趨嚴重，根據抽油機井管桿偏磨的一手資料，借助抽油桿受力分析結果，全面地分析抽油機井出現管桿偏磨的機理，提出切實可行的防治措施；對于減緩井下設備損壞，降低了檢泵工作量和管桿更換成本，提高開發效益意義重大。

1.抽油機井管桿偏磨規律

通過對采油管理一區22口管桿偏磨井情況調查分析，可得出以下規律：

（1）從含水狀況的分布上看，主要集中在高含水區。統計22口偏磨井含水情況，發現隨著含水的增加，偏磨井數增加，偏磨井占同含水級別井的比例也隨之增加。其中含水大于95%的偏磨井最多，占偏磨井總數的72.7%。

（2）從沉沒度的分布情況來看，主要集中在低沉沒度井上。統計19口液面不在井口偏磨井沉沒度資料，沉沒度在200米以內的井有11口，占統計井數的57.9%。

（3）從偏磨位置的分布情況來看，主要集中在泵上500米以內。根據22口抽油桿偏磨斷脫井現場檢查情況統計，偏磨嚴重的部位主要集中在泵300米以內，統計這類井共17口，占統計井數的77.2%。

2.抽油桿在下行行程中的受力分析

抽油桿在下行行程時的懸點載荷為正值，這意味抽油桿在懸點位置受拉，即產生一個向下的拉力。另外，抽油桿柱向下加速運行時的慣性力、摩擦力均向上，加上下行程時抽油泵游動閥的流體阻力及柱塞副的摩擦力聯合作用形成泵端阻力，這個泵端阻力的方向也是向上的。

阻力隨著活塞直徑、抽油桿在油管內的各種摩擦阻力、抽油泵沖次以及液體運動粘度的增加而增大，也隨著活塞與襯套間隙減小而增大。在兩個方向的力的平衡點上形成中性點，因此，下行行程中這些力的聯合作用使在中性點以上的抽油桿呈拉伸狀態，中性點以下的抽油桿受壓而彎曲，而且在抽油桿下部受有最大軸向壓力，這個軸向力使抽油桿失穩而彎曲并導致抽油桿緊貼在油管內壁上，通過運行產生偏磨。

3.影響管桿偏磨的原因分析

經過分析，造成管桿偏磨的原因主要有以下幾個方面：

3.1井深結構的影響造成生產管柱彎曲，導致管桿偏磨

因斷層部位三向地應力集中，注入水易使斷層兩側憋壓，造成斷層兩側孔隙壓力失去平衡，加劇應力集中，另一方面由于平面上地層壓力不均衡造成高壓區和低壓區，這些都會使原來較直的井眼軌跡發生變彎而彎曲。因此發生管桿偏磨的原因之一是由于井身結構的變化影響造成生產管柱彎曲，引起管桿偏磨。

3.2綜合含水和腐蝕介質的影響

當油井產出液的含水大于75%左右時，產出液換相，由油包水型換成水包油型，管桿表面的潤滑劑由原油變為產出水，失去了原油的潤滑作用，使管桿偏磨加重加快。另外，腐蝕介質的存在，使管桿表面變的疏松和粗糙不平，降低了管桿的表面殘余應力和強度，二者相互影響，更加劇了管桿的偏磨。

3.3低沉沒度對管桿偏磨的影響

不同液壓下生產的井，原油進入泵的形態會有所不同。一般認為，低沉沒度井井底流壓低，液體進泵的能力差，會出現供液不足現象。在供液能力差的低沉沒度油井內，抽油機上沖程時井液體不能充滿泵筒，游動凡爾下面留有氣穴，這樣在下行程過程中，泵筒內的液面對抽油桿柱會產生“液擊”現象，使得抽油桿出現較大瞬時沖擊力，該沖擊力長期作用于桿柱使桿柱長期產生彎曲變形，從而發生偏磨現象，

3.4上沖程中油管的彎曲，造成管桿偏磨

（1）在沒有內外壓作用時，軸向壓力是管柱產生彎曲的關鍵因素。（2）當管柱內外有液壓時，特別是當內外壓差較大時，管柱的彎曲行為就會發生更明顯的改變。

4.防止桿管偏磨的工藝措施

4.1桿柱的有效扶正

桿管偏磨，采用桿柱的有效扶正，目前仍然是最有效的措施之一，目前使用的扶正器主要有，各類尼龍式扶正器和金屬滾輪式扶正器，從使用的情況看，一般采用扶正器全井扶正，原則上每根抽油桿加裝1個扶正器，無論是卡裝式還是注塑式或其它形式的扶正器，扶正方向必須一致。

4.2抽油桿旋轉裝置

在有桿泵抽油系統中，不論是直井還是斜井，抽油桿和油管都是在接觸中相對運動，因此，抽油桿與油管之間存在著不可避免的磨損，在現有技術情況下采用抽油桿旋轉裝置，使油井在生產過程抽油機下始點時抽油桿旋轉，讓抽油桿整個圓周都參加磨損，避免抽油桿磨損，從而成倍延長抽油桿的磨損時間。

4.3管柱方面

油管錨定。在上沖程中，下部油管柱在內壓及軸壓的作用下，有可能發生正弦彎曲或螺旋失穩彎曲。這種情況一般表現為全井偏磨，對其進行油管錨定取得了很好的效果。

加裝油管旋轉裝置。對于難以解決的桿管偏磨問題，我們使用了旋轉井口，將桿管之間的線磨擦通過油管的旋轉變為面磨擦，讓油管全方位磨擦，以延長油管壽命。

采用新型防偏磨抽油泵。（1）大流道抽稠油整筒防偏磨泵。改進整筒泵流道，增加過流面積。以球座孔面積為依據，對游動凡爾罩結構進行改進：一是將原柱塞下端的倒壇式閉式四孔閥罩改為四斜槽形三圓弧結構，增大過流面積；二是對于稠油井，將柱塞與泵筒的間隙由二級間隙放大到三級間隙。（2）柱塞底部加重式防偏磨抽油泵。主要采用加抽油桿扶正器；使用桿管轉動裝置；泵上部分桿柱調整為加重桿。使用結果表明，效果比較顯著。（3）CYB雙沖程平衡防偏磨增效抽油泵。單柱塞雙行程平衡防偏磨增效抽油泵是一種新型的增效抽油泵，該泵生產運行過程中，上下沖程均能進排油一次，有效的提高了抽油泵的泵效，同時上下沖程出油，使下行負荷減小，減少抽油桿彎曲，有效的減少油井偏磨。（4）旋流旋轉柱塞式防偏磨抽油泵。旋流旋轉柱塞式防偏磨抽油泵具有防砂卡、防柱塞偏磨、延長泵的壽命、提高泵效等特點。此泵從根本上解決了柱塞偏磨、砂卡等問題具有壽命長、泵效高等特點。

4.4應用新技術、新工藝

運用無管采油等技術，無管采油裝置最大的優點是：空心抽油桿不易彎曲，而且與國套管間的環形空間遠大于普通抽油桿與油管間的環形空間，因此該裝置能有效的避免管桿間的偏磨，在油管與抽油桿間偏磨較嚴重的井上使用更能顯示其優越性。“偏磨副”抽油桿扶正器，安裝在抽油桿上，當抽油桿上下運動時，“偏磨副”靜止不動，既起到扶正作用，又避免了抽油桿與油管間的磨損。

5.結論

（1）通過上述分析，認識到導致管桿偏磨的因素很多，因此說抽油機井管桿偏磨的產生是一個綜合因素作用的結果

（2）由于目前抽油機井管桿偏磨機理還沒有完全解釋清楚，故在理論上還沒有確切的方法來預防管桿偏磨，我們所采取的各項措施將會起到非常有效的防偏磨的作用，從而，通過不斷努力，最終能夠達到徹底消除偏磨的目的。

（3）桿管的使用周期成倍延長，大大減少了管理的成本費用。

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