油管抽油桿偏磨原因分析及治理對策研究

張衛家

（黑油山有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 前言

當今社會，經濟發展質量顯著提高，對石油資源能源產生了強烈需求，對油田生產構成了嚴峻挑戰與考驗。當前形勢下，必須宏觀審視油管抽油桿偏磨的現狀問題，精準把握抽油桿偏磨防治技術的關鍵環節與核心步驟，綜合施策，切實提升抽油桿整體運行效能。本文就此展開了探討。

2 油管抽油桿偏磨研究現狀

在當前石油開采事業發展進程中，油管抽油桿始終扮演著不可替代的關鍵角色，是提升石油開采效率，確保石油穩定輸出的重要載體與工具。偏摩問題是油管抽油桿實際應用中的常見問題之一，極大程度上會加劇構件疲勞，影響機構系統的整體性與穩定性，必須采取行之有效的方法與策略，切實出現類似問題，延長抽油桿使用壽命。近年來，國家相關部門高度重視油管抽油桿偏磨技術的應用與創新，在偏磨影響因素辨識、偏磨過程控制、偏磨治理效果評價等方面制定并實施了一系列重大技術標準規范，為高質高效地開展抽油桿防偏磨技術研究提供了基本遵循與方向引導，在優化抽油桿運行穩定性與系統性等方面取得了令人矚目的現實成就，積累了豐富而寶貴的實踐經驗。同時，與油田開采事業相關的諸多企業及科研機構同樣在創新抽油桿防偏磨模式，優化防偏磨技術流程等方面進行了大量卓有成效的研究與探索，效果突出，使得抽油桿偏磨產生機理更加明確，相應的防偏磨技術措施更具針對性。盡管如此，受主客觀等多方面要素的影響，當前油管抽油桿運用實踐中依舊存在諸多偏磨誘因，阻礙著其實際應用價值的進一步提升，必須給予高度重視。上述背景下，深入探討油管抽油桿偏磨原因及治理對策，具有極為深刻的現實意義。

3 油管抽油桿偏磨原因分析

3.1 井身軌跡及生產過程中的扭矩影響

在當前技術條件下，影響油管抽油桿偏磨的原因趨于多樣化，其中，井深軌跡及其扭矩是最重要的原因之一。部分情況下，井深軌跡具有自身特殊性，在實際運行過程中，會產生不平衡的扭矩，改變了抽油桿穩定均衡的受力狀態，導致抽油桿發生物理形變，久而久之，出現偏磨現象，尤其對于埋藏較深的油井而言，更容易出現上述偏磨問題。在井深軌跡及其扭矩的影響下，抽油桿與油管的內壁接觸不良，隨之而來的摩擦力系數顯著提升，桿管初始彎曲相繼加重，不利于抽油桿的長期穩定運行。

3.2 疲勞破壞、機械磨損及氣體腐蝕的影響

疲勞損壞、機械磨損及氣體腐蝕等同樣是誘發油管抽油桿偏磨問題的主要原因。現代油田開采工作強度陸續增大，開采工藝對環境條件的要求更高，油管抽油桿所遭遇的不確定性因素趨于多樣化，在長期連續性、高強度的運行過程中，抽油桿會出現疲勞破壞，物理構件磨損突出及部分氣體腐蝕等問題，所遭受到的不對稱循環荷載更為顯著，且疲勞元具有較強隱蔽性，識別與控制難度較大，容易在反復拉伸作用下出現裂縫。

3.3 油井工作參數

在當前油氣資源開采中，需要對油井設置不同的工作技術參數，所設置的技術參數對于油管抽油桿的運行具有直接影響。縱觀當前油井工作參數設置實際，普遍存在著設置不合理、參數不規范，參數運行效果欠佳等共性問題，無形之中放大了抽油桿偏磨問題風險。由于油井工作參數缺失，在油井供液能力持續減少的情況下，液壓力相應提高，對油井系統構造產生高液擊力，進而導致抽油桿彎曲，威脅其外部纖維的可靠性。

4 基于動壓潤滑原理的抽油桿防偏磨技術研究

4.1 抽油桿柱受力分析

為了有效提升抽油桿防偏磨效果，有必要首先對其進行受力分析。在抽油桿柱受力分析中，應綜合考量截面、接箍、速度、加速度等技術參數，計算相應的單位長度抽油桿柱的重力、浮力、摩擦阻力及慣性力。在上述幾項關鍵技術指標的約束下，應根據上沖程和下沖程作用力大小的不同，對抽油桿液柱荷載進行分析，得出相應的沉沒壓力產生的荷載。對于抽油桿柱與油管之間的摩擦力，則應充分考慮二者的接觸面積大小，避免對地面管線中的阻力做過多涉入，否則，會影響抽油桿柱附加荷載數值的大小。

現代科學技術的快速發展，為抽油桿防偏磨技術中的受力分析提供了更豐富的技術手段，使得傳統模式下難以完成的受力分析任務具備了更大的科學性，因此，可通過軟件技術構造抽油桿受力模型，以更加直觀形象的方式獲取受力分析結果。

4.2 液體動壓潤滑方程的建立

液體動壓潤滑方程源于動壓潤滑原理，需要將抽油桿柱和油管構成一個相對封閉的環形空間，擬定液體動壓路線、方向及流速，將油壓最大處的油膜厚度、相對滑動速度、流體動力黏度等作為自變量，將液膜壓力作為因變量，通過方程曲線觀察液壓支撐荷載狀況變化。由于液體動壓潤滑方程具有協同性，因此，該方程的建立與運行，必須滿足如下幾個約束條件：抽油桿柱和油管之間存在必然摩擦（包括滾動摩擦或滑動摩擦）；上述二者之間存在楔形間隙，滿足潤滑劑的注入條件；摩擦面之間存在一定黏度的潤滑劑。通過建立液體動壓潤滑方程可見，抽油桿柱處于屈曲狀態時，其所遭遇的外來荷載與偏磨方向為同向。

4.3 動壓潤滑防偏磨工具的設計

在滿足上述兩項基礎條件的前提下，可以對油管抽油桿防偏磨工具進行科學設計。在動壓潤滑防偏磨工具設計中，相關技術人員必須熟知相關基礎理論知識，對各項關鍵設計環節與構造體系予以嚴格控制，將計算獲得的相關技術參數作為防偏磨工具設計的主要參考與依據，減少人為主觀意識或經驗主義的涉入，使防偏磨工具的設計更具針對性和實效性。通常情況下，基于動壓潤滑原理的防偏磨工具主要運用楔形結構，并應根據不同類型抽油桿的實際情況，合理設計其最優尺寸，確定其規格大小。在油液動力黏度、抽油桿運行速度、偏心距等約束條件一定的情況下，可以對楔形結構的外徑、內徑等參數做出優化，掌握與之相對應的油膜壓力。

4.4 動壓潤滑防偏磨技術的應用

在某特定約束條件下，抽油桿防偏磨工具所遭遇的最大油膜壓力將會超出其所遭受的縱向力，只有在此情況下，才能有效緩解抽油桿與油管之間的硬性摩擦，起到應有的防偏磨作用。

在直井環境下，抽油桿防偏磨工具所荷載的縱向力相對較小，去屈曲狀態的出現主要來源于軸向壓力，因此，壓桿失穩的臨界荷載可根據抽油桿截面慣性矩、壓桿長度、彎曲系數等進行計算得出。在斜直井環境下，抽油桿防偏磨工具中和點以下的桿柱彎曲并非由軸向壓力導致，而是需要綜合考慮側向力的影響，斜直井的斜角越小，則桿柱所荷載的側向力也越小，當處于極限條件時，側向力趨于“零”。隨著井斜角角度的增大，側向力相應增大，動壓潤滑狀態下所應形成的油液動力黏度也就越高，防偏磨效果則越為優化。

5 結語

綜上所述，受技術方法、偏磨特征、效果評價等方面要素的影響，當前，油管抽油桿偏磨防治工作實踐中依舊存在諸多不容忽視的薄弱環節與不足之處，阻礙著抽油桿實際工作效能的優化提升。因此，技術人員應該從現代油田生產的客觀實際需求出發，充分遵循抽油桿偏磨防治的基本原理與規律，創新防偏磨技術技術方法，強化防偏磨過程控制，為提高抽油桿實際運行效果奠定基礎，為推動油田事業持續健康穩定發展保駕護航。