高含水期抽油機(jī)井管桿偏磨腐蝕規(guī)律研究

史克成

摘要：隨著油田開(kāi)采，部分油井進(jìn)入高含水期，含水率不斷上升，增大油井提液強(qiáng)度，導(dǎo)致桿管間工作環(huán)境的惡化及潤(rùn)滑條件變差，隨著斜井的增多，抽油機(jī)井管桿偏磨問(wèn)題日益凸顯。

關(guān)鍵詞：高含水期;含水率;腐蝕偏磨;

一、管桿腐蝕偏磨危害

通過(guò)調(diào)研2019年X作業(yè)區(qū)井下作業(yè)類別中發(fā)現(xiàn)，因腐蝕偏磨而發(fā)生檢泵作業(yè)占91.2%，腐蝕偏磨危害：①桿與管之間的偏磨縮短了油井生產(chǎn)周期，作業(yè)費(fèi)用及作業(yè)井次增加。②抽油機(jī)井桿管之間的偏磨使得抽油桿和油管報(bào)廢嚴(yán)重，生產(chǎn)成本增加。因此，針對(duì)高含水期抽油井管桿偏磨的特點(diǎn)，研究腐蝕偏磨規(guī)律從而減少管桿投入費(fèi)用及作業(yè)費(fèi)用，延長(zhǎng)偏磨油井免修期。

二、高含水期有桿泵井管桿腐蝕偏磨因素分析

1、油井管桿失穩(wěn)彎曲影響

（1）下沖程抽油桿中性點(diǎn)以下產(chǎn)生彎曲管桿接觸磨損

抽油井工作時(shí)，受自身?xiàng)U柱的重力作用，抽油桿柱在下沖程時(shí)往下運(yùn)行，也受桿柱在液體中的浮力、泵筒和抽油泵活塞摩擦產(chǎn)生的阻力以及桿柱和液體摩擦產(chǎn)生的阻力等多種阻力的影響，抽油桿柱中有一點(diǎn)受力為零的中性點(diǎn)，抽油桿上在中性點(diǎn)以上的部分一直處在拉伸狀態(tài)，沒(méi)有彎曲變形產(chǎn)生，但中性點(diǎn)以下的部分受到多種阻力的影響而彎曲變形，螺旋彎曲情況在影響較大時(shí)也會(huì)發(fā)生，此現(xiàn)象叫做“失穩(wěn)彎曲”。由于存在桿柱的“失穩(wěn)彎曲”，導(dǎo)致管桿接觸偏磨產(chǎn)生，中性點(diǎn)越靠下，“失穩(wěn)彎曲”越不嚴(yán)重，桿與管之間的偏磨越輕。

（2）抽油桿、油管振動(dòng)產(chǎn)生管桿偏磨

抽油桿柱的組合可假設(shè)為彈簧體，上沖程時(shí)，抽油桿柱和油柱初期為靜變形期開(kāi)始變形蓄能，當(dāng)靜變形結(jié)束時(shí)，抽油桿柱和柱塞上行，抽油桿柱產(chǎn)生一次振動(dòng);下行程時(shí)，在靜變形結(jié)束后，柱塞和抽油桿柱上卸去油柱重量，振動(dòng)又發(fā)生一次，在抽油桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通常條件下由于循環(huán)上下各一次，所以會(huì)有兩次振動(dòng)發(fā)生，當(dāng)抽油桿柱的自振頻率與抽油桿的運(yùn)動(dòng)頻率成整數(shù)倍或相同時(shí)，會(huì)有共振現(xiàn)象，振動(dòng)的油管以及抽油桿使桿管接觸產(chǎn)生磨損，抽油桿的使用壽命將會(huì)大大縮短。

（3）機(jī)械封隔器坐封導(dǎo)致油管彎曲產(chǎn)生管桿接觸磨損

在油井分采的多油層中，要將油層分隔開(kāi)通常采用封隔器，需要一定的下壓坐封力來(lái)使機(jī)械封隔器坐封，此坐封力會(huì)使油管失穩(wěn)彎曲，油管彎曲程度隨坐封力的增大而增大，嚴(yán)重增大了桿與管之間的偏磨。

（4）產(chǎn)出液粘度與聚合物的影響

產(chǎn)出液粘度增加了抽油桿的運(yùn)行阻力，桿管產(chǎn)生嚴(yán)重變形，增加了偏磨載荷、增大了偏磨范圍、增多了偏磨點(diǎn)，從而進(jìn)一步加劇磨損。生產(chǎn)井見(jiàn)聚井中的聚合物產(chǎn)生的法向力對(duì)抽油桿產(chǎn)生垂直于運(yùn)動(dòng)方向的力，使得抽油桿上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中下行阻力增加，產(chǎn)生管桿偏磨。

2、高含水高礦化度產(chǎn)出液腐蝕影響

產(chǎn)出液在超過(guò) 60%～70%的含水率時(shí)換相，從油包水型變?yōu)樗托停偷谋Ｗo(hù)作用在管桿表面消失，金屬與產(chǎn)出水直接接觸，加快了腐蝕速度。潤(rùn)滑劑從原油變成產(chǎn)出水，原油的潤(rùn)滑作用消失，加快了抽油桿和油管內(nèi)壁的磨損速度，從而使桿管的磨損更嚴(yán)重。勝利油田具有超過(guò) 90%的綜合含水率，偏磨井的總礦化度從幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)。其中 Cl-、HCO3-含量普遍較高，對(duì)抽油桿和油管產(chǎn)生了較強(qiáng)的腐蝕作用。

高含水、高礦化度產(chǎn)出液加速管桿偏磨的原理是：管桿偏磨表面由于桿管偏磨產(chǎn)熱，活化了管桿表面的鐵分子，受到強(qiáng)腐蝕性產(chǎn)出液影響，先腐蝕管桿磨損部位;此外因?yàn)榛罨斯軛U磨損的表面部位，變成電化學(xué)腐蝕的陽(yáng)極，形成大陰極小陽(yáng)極的電化學(xué)腐蝕，但受高礦化度產(chǎn)出液強(qiáng)電解質(zhì)的作用，催化了電化學(xué)腐蝕，使腐蝕加劇。管桿偏磨表面粗糙度因?yàn)楦g而增大，加重了磨損。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，偏磨井在礦化度超過(guò)20000mg/L時(shí)，其比例增加比較明顯，在同類別井中所占比例為61%。

通過(guò)不同管桿配對(duì)在不同礦化度條件和不同溫度條件下的腐蝕試驗(yàn)分析可得到如下規(guī)律：①礦化度從 1～13×104mg/L 變化，隨著礦化度由低到高變化，45#、35CrMo、20CrMo抽油桿材料和與之相配對(duì)的N80、J55 油管材料腐蝕增加;②隨介質(zhì)溫度從60℃～90℃升高，45#、35CrMo、20CrMo抽油桿材料和與之相配對(duì)的N80、J55油管材料腐蝕增加，在低礦化度、高溫度條件試件表面易產(chǎn)生鈍化，腐蝕略有下降;③無(wú)論在何種條件下，35CrMo、20CrMo抽油桿材料和與N80、J55油管材料配對(duì)時(shí)，N80、J55油管腐蝕速度均大于35CrMo、20CrMo抽油桿腐蝕速度，更易于遭受腐蝕。

3、油井井身軌跡變化影響

斜井、定向井的存在，油井螺旋彎曲的影響，均不可避免地造成管桿接觸產(chǎn)生磨損。因此，油井管桿磨損腐蝕的原因可歸結(jié)為井斜影響、失穩(wěn)彎曲和沖刷腐蝕三大因素。其中，管桿失穩(wěn)彎曲和產(chǎn)出液的沖刷腐蝕是可控因素，可通過(guò)研究生產(chǎn)參數(shù)、管桿組合的優(yōu)化技術(shù)，研究控制產(chǎn)出液與管桿接觸與防腐技術(shù)進(jìn)行防治;針對(duì)井斜、井筒彎曲不可避免地造成了管桿直接接觸產(chǎn)生磨損問(wèn)題，主要通過(guò)扶正、減磨、防腐等技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行解決。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)腐蝕對(duì)抽油井偏磨的影響規(guī)律試驗(yàn)研究表明，常用管桿材料隨礦化度、溫度升高腐蝕加快，N80、J55 管材比 20CrMo、35CrMo 桿材易遭受腐蝕，腐蝕磨損比純磨損提高1倍左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]李健康，郭益軍，謝文獻(xiàn).有桿泵井管桿偏磨原因分析及技術(shù)對(duì)策[J].石油機(jī)械，2000，28（6）：32-33