有桿泵防偏磨技術(shù)研究與應(yīng)用

吳艷敏

摘 要：隨著油田的持續(xù)開發(fā)，機械舉升類型油井的日漸增多，抽油機井桿管磨損問題已經(jīng)成為造成油井躺井的主要問題之一，尤其是水平井、斜井、高含水井、低產(chǎn)井等井況較差的油井管桿偏磨嚴重、檢泵周期短、生產(chǎn)成本高。目前使用的防偏磨手段效果差。采用固體潤滑曲面防偏磨接箍，將固體潤滑技術(shù)原理應(yīng)用于摩擦與磨損預(yù)防研究之中，為解決桿管偏磨問題開辟了新的技術(shù)思路。

關(guān)鍵詞：桿;管;泵;偏磨;狗腿度;扶正器;涂層

隨著油田的持續(xù)開發(fā)，機械舉升類型油井的日漸增多，抽油機井桿管磨損問題已經(jīng)成為造成油井躺井的主要問題之一，尤其是井況較差的油井管桿偏磨嚴重、檢泵周期短、生產(chǎn)成本高。目前使用的防偏磨手段效果差。因此開展有桿泵防偏磨技術(shù)的研究與應(yīng)用勢在必行。

1 區(qū)塊概況

磊家區(qū)塊位于油區(qū)南部，開發(fā)目的層為砂巖，平面分布面積22.6km2，含油面積7.5km2，地質(zhì)儲量1554×104t，分為磊1和磊4兩個區(qū)塊，原油為稀油，含蠟量、膠質(zhì)瀝青質(zhì)較高。

2 存在問題

2.1 嚴重影響了油井正常生產(chǎn)

磊家地區(qū)共部署油井87口，其中磊1塊有油井57口，磊4塊有油井30口，由于開發(fā)油層深度較大，且平均含水較高，導(dǎo)致桿管摩擦加劇，頻繁出現(xiàn)斷脫躺井的情況，極大地影響了油井的正常生產(chǎn)，每年因偏磨躺井影響的產(chǎn)油量接近1000t。

2.2 增加了管、桿報廢率

由于油井桿管偏磨后，對油井桿管的磨損嚴重，每次檢泵后，在偏磨嚴重的油井均有10余條桿管由于磨損嚴重?zé)o法使用，每年因偏磨導(dǎo)致桿管報廢量接近2000根。

2.3 增加了作業(yè)井次和作業(yè)費用

油井偏磨頻繁檢泵，增加作業(yè)次數(shù)，提高了修井成本，區(qū)塊油井平均斷脫躺井周期在200d左右，由于偏磨造成躺井占檢泵工作總量的55%以上。

3 有桿泵防偏磨技術(shù)

3.1 偏磨機理分析

3.1.1 井斜及全角變化率的影響

不同程度的井斜及全角變化率會使整個井身結(jié)構(gòu)形成多個扭曲和拐點，油管受重力作用在套管內(nèi)產(chǎn)生彎曲，在油井生產(chǎn)時抽油桿上下沖程運動過程中，油管和抽油桿在“貼合處”處接觸，發(fā)生反復(fù)摩擦。“貼合處”離井口越近，抽油桿柱對油管的重力垂向分力越大，磨損越嚴重。

3.1.2 原油的物性

原油的物性即潤滑性，其取決于原油中所含水、氣和原油粘度等情況，原油中的水不是良好的潤滑劑，通過長期觀察發(fā)現(xiàn)，磨損通常會隨著含水增高而加劇，當(dāng)含水高于70%時，桿管偏磨率較高。

3.1.3 有桿泵井的工作制度

根據(jù)調(diào)研資料統(tǒng)計，泵徑、沉沒度、沖程、沖次均會對油井偏磨造成一定影響，泵徑越大，沉沒度越低，沖程、沖次越高油井偏磨就越嚴重。

3.1.4 材質(zhì)及其他方法的影響

磨損與摩擦之間的材質(zhì)有緊密聯(lián)系，適當(dāng)增加抽油桿接箍的強度，并使用與油管材質(zhì)不互容的材料可以提高桿管的使用壽命。

3.2 防偏磨技術(shù)研究

3.2.1 固體涂層技術(shù)

固體涂層技術(shù)是采用鍍、噴等方法將固體涂層附著在接箍表面形成固體涂層膜。涂層膜的摩擦系數(shù)很小，在摩擦過程中，接箍表面的涂層膜會轉(zhuǎn)移到相對摩擦作用面，形成轉(zhuǎn)移涂層，使摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移涂層和涂層膜之間，起到減小摩擦，降低磨損的作用。

3.2.2 油井固體涂層原料的選擇

選擇以鎳鉻類合金粉末為主的原材料作為固體涂層材料，添加少量的鉻、硼、硅與鐵復(fù)配而成，該固體涂層劑具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易于成膜、使用壽命長等特點。

3.2.3 固體涂層劑成膜方式研究

根據(jù)涂層劑的物理化學(xué)性質(zhì)，選擇氧-乙炔焰噴焊工藝，噴焊成膜以后再進行磨削。該種成膜技術(shù)所形成的固體涂層膜與基質(zhì)的結(jié)合強度大，不宜剝落，且不受井液性質(zhì)的影響。

3.2.4 扶正器結(jié)構(gòu)設(shè)計

為提高扶正器可靠性，增加減磨效果，對扶正器結(jié)構(gòu)進行了改良設(shè)計。其結(jié)構(gòu)如下圖1所示，其結(jié)構(gòu)圓潤、穩(wěn)定性高、減磨效果好等特點。扶正器的三個工作面曲率接近圓弧，這樣做的目的是為了在運行過程中增加與油管內(nèi)壁的接觸面積，起到了降低磨損的作用。

3.2.5 試驗情況

為證明固體涂層扶正器的性能，進行了摩擦與磨損試驗。實驗持續(xù)了40天，介質(zhì)為水。試驗結(jié)果顯示，通過40天數(shù)百萬次以上的摩擦之后，固體涂層扶正器自身的磨損量和油管的磨損量均較小，說明該技術(shù)能夠?qū)U管起到良好的保護作用。

4 現(xiàn)場實施及效果分析

2015-2016年共實施安裝固體涂層防偏磨接箍7口井，合計接箍232個。安裝之后，明顯降低了桿管偏磨程度，措施井平均檢泵周期由54d延長至145d，延長了91d。通過觀察油井作業(yè)起出桿管磨損情況發(fā)現(xiàn)，安裝固體涂層防偏磨接箍之后，桿管磨損的問題明顯降低，且防磨接箍本體未見明顯磨損，說明該工具效果顯著，且自身耐磨性能較為優(yōu)秀。