抽油桿綜合保護器應用效果評價

王歡（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

抽油桿綜合保護器應用效果評價

王歡（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

油田抽油機中抽油系統(tǒng)因偏磨、振動導致抽油桿斷脫及其接箍脫扣的現(xiàn)象時有發(fā)生，增加了大量的生產(chǎn)成本和管理成本。針對喇嘛甸油田抽油機井抽油桿管偏磨問題，試用了一種減少抽油機井偏磨及震動裝置——抽油桿綜合保護器。該裝置無需外部動力又能對抽油桿產(chǎn)生足夠的力矩使其旋轉(zhuǎn)，兼具治理偏磨和減震的雙重功效；它結(jié)構(gòu)堅固，安全可靠，高效節(jié)能，維護方便，普遍適用于油田各種抽油機井的生產(chǎn)需要。

抽油桿 綜合保護器 抽油機 偏磨 懸繩器

抽油桿和油管是抽油設(shè)備的重要部件，它們疲勞強度和使用壽命決定和影響了整套抽油設(shè)備生產(chǎn)效益。在采油過程中，抽油桿柱主要承受拉伸載荷，有時也要承受壓力載荷，同時還要受到振動載荷、沖擊載荷以及與油管相對運動所產(chǎn)生的摩擦力等多種載荷作用，從而容易引起桿管的偏磨損壞[1]。現(xiàn)場統(tǒng)計，僅在2009年1月到2010年9月，喇嘛甸油田共有154口井因偏磨致使抽油桿管損壞而進行修井作業(yè)，增加了油井作業(yè)量，且影響了產(chǎn)量。

1 偏磨的因素分析

1.1 抽油桿

要了解抽油桿如何影響偏磨，先從抽油桿的受力情況開始分析。工作中的抽油桿在油管中做上下往復運動，上行程，抽油桿主要受到拉力、摩擦阻力等影響，在桿管無接觸的情況下不會發(fā)生偏磨；下行程，抽油桿受到打開游動凡爾所需力、摩擦阻力以及液擊等影響，使桿受到了壓力，活塞上端抽油桿發(fā)生彎曲并產(chǎn)生應力中和點，引起該點以下管桿發(fā)生接觸磨損[2]。

1.2 油管

生產(chǎn)中油管內(nèi)存在一定的壓差，是由于柱塞兩端壓力差引起的，接泵筒的油管內(nèi)部壓力對油管會產(chǎn)生彎曲效應。因此，供油充足、動液面較高的油井，活塞兩端壓差小，油管彎曲較弱；而供液不足、動液面低的井，活塞兩端壓差大，油管嚴重彎曲成螺旋形，致使油管與抽油桿發(fā)生多處接觸磨擦，導致了桿管偏磨的發(fā)生。

1.3 井液

水驅(qū)油井在不斷的開采中，油井產(chǎn)液含水率不斷升高，當含水大于74.2%時，井液由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型，管桿表面也由親油性變?yōu)橛H水性，管桿表面失去了原有的潤滑作用，致使管桿磨損加??；同時，由于產(chǎn)出水中含有C02、H2S等腐蝕介質(zhì)，水與金屬接觸后發(fā)生化學反應，腐蝕使管桿表面粗糙度增加，造成嚴重磨損[2]。

聚驅(qū)油井的聚合物見效井，采出液中含有殘余聚合物，大幅度增加了采出液的黏度，導致泵活塞在下行中阻力增加，加劇了抽油桿彎曲程度，加快了偏磨的速度。另外，因采出液黏度升高，攜砂能力增強，采出液中含砂量增加，磨損加劇，因而使油井偏磨現(xiàn)象更加嚴重。

1.4 其他

由于油井本身存在套變、自然井斜、定向井斜以及地層蠕動等原因引起的井斜等井況因素，導致油管在井筒內(nèi)發(fā)生偏移，而油管內(nèi)抽油桿在重力的作用下趨于垂直，致使管桿接觸磨損。

2 抽油桿綜合保護器的工作原理及性能

針對以上生產(chǎn)實際情況，試用了一種抽油桿綜合保護器。該裝置無需外部動力，又能對抽油桿產(chǎn)生足夠的力矩使其旋轉(zhuǎn)，兼具治理偏磨和減震的雙重功效；它結(jié)構(gòu)堅固，安全可靠，不影響生產(chǎn)，便于安裝維護，普遍適用于油田各種抽油機井的生產(chǎn)需要。

2.1 工作原理

在抽油桿上下往復運動過程中，每個沖程出現(xiàn)的負荷交變(即負荷差)產(chǎn)生的能量，推動抽油桿微量旋轉(zhuǎn)。裝置的彈性儲能單元將抽油機上下沖程釋放的負荷差機械能儲存起來，通過一個單向旋轉(zhuǎn)裝置，產(chǎn)生一個足以克服抽油桿與油管摩擦力的力矩，力矩的著力點間接作用在一個光桿鎖緊裝置上，帶動抽油桿產(chǎn)生單向旋轉(zhuǎn)。

2.2 功能與特性

2.2.1 防止桿管偏磨

抽油桿在綜合保護器的作用下勻速旋轉(zhuǎn)，與油管壁磨損位置由原來的15°擴大到360°，把原來的固定點磨損變?yōu)閳A周磨損，使抽油桿壽命增加了24倍；另一方面，抽油桿轉(zhuǎn)動時形成的附加扭矩，使其彎曲點和彎曲朝向發(fā)生偏移，把原來的固定點磨損變?yōu)榉枪潭c磨損，大幅度提高了抽油桿和油管使用壽命。

該裝置在運行時，抽油桿平均轉(zhuǎn)數(shù)為2～10 r/d，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的附加扭矩很小，不僅對相關(guān)設(shè)備不會造成破壞，而且使抽油桿磨損壽命提高4～8倍，油管磨損壽命提高7～10倍。

2.2.2 具有減震功能

抽油機發(fā)生應力突變時，抽油桿綜合保護器的高性能彈性儲能裝置能有效吸收高于平均值80%的能量，再勻速釋放出來：一是大幅度減小了因震動造成的損害，保護抽油泵及泵內(nèi)柱塞；二是可降低抽油桿彎曲，有效減緩偏磨；三是可防止瞬間的交變負荷造成的抽油桿脫、桿斷。

2.2.3 其他功能

抽油桿帶動活塞持續(xù)轉(zhuǎn)動，能有效緩解泵筒內(nèi)蠟卡、砂卡程度，防止桿不下或卡泵。該裝置帶動抽油桿始終作正向轉(zhuǎn)動，有緊扣功能，可有效防止脫扣發(fā)生。

3 現(xiàn)場試驗情況

針對一些抽油機井中存在負荷較大，容易燒皮帶，容易造成桿不下，桿管偏磨較嚴重的問題，試驗了抽油桿綜合保護器。

2007年7月下旬至8月末，L8-AS1103井桿不下5次，燒皮帶5組。由于該井是斜井，出現(xiàn)桿不下主要是扶正器較多造成下行阻力大。桿管間磨損總是在一點或固定的幾點，如果這幾處有砂或反應物改變原來的曲度狀態(tài)就會引起下行阻力驟大造成桿下行延時或不下。2007年9月7日，在該井安裝抽油桿綜合保護器后，未發(fā)生桿不下現(xiàn)象；該井2009年2月因活塞上凡爾罩磨斷檢泵，檢泵周期為776 d。

L8-PS1701井在2007年兩次檢泵，原因都是第98根管偏磨漏，抽油桿偏磨嚴重都是固定點偏磨。該井桿不下現(xiàn)象時有發(fā)生，管理較困難。安裝抽油桿綜合保護器后桿不下現(xiàn)象再未發(fā)生。2008年6月，檢泵發(fā)現(xiàn)第116根桿體磨斷，油管壁出現(xiàn)圓周磨損，未磨漏，檢泵周期從164 d延長到262 d。

2009年又試驗了2口井，目前已平穩(wěn)運行1 a多，長期效果待繼續(xù)觀察。從試驗的幾口井效果看，抽油桿綜合保護器對防止偏磨和桿不下均有良好的效果。

4 經(jīng)濟效益分析

對使用抽油桿綜合保護器的抽油機井，抽油桿、油管斷脫率明顯降低，桿管使用壽命大幅度提高，井下工具損壞減少。根據(jù)現(xiàn)場實際應用統(tǒng)計，使用抽油桿綜合保護器后，單井年平均減少新桿管投入各75 m，節(jié)能增效十分顯著。

投入情況：

按50口井50臺次計,一次性投入75×104元。

產(chǎn)出情況（按最低計算）：

（1）單井平均減少新管桿投入各75 m，油管價格110元/m，抽油桿價格20元/m。50口井節(jié)約新管桿投入48.8×104元。

（2）對于偏磨井和因機械振動原因造成檢泵頻繁井，與不使用時比，檢泵周期延長100 d以上，年平均減少作業(yè)費用、機械設(shè)施和井下工具維修更換費用2×104元（單井），50口井減少100×104元。

直接經(jīng)濟效益（減少作業(yè)及材料費用）為148.8×104元/a，首年投入產(chǎn)出比即可達到1∶2。如按產(chǎn)品設(shè)計壽命10 a計算，直接經(jīng)濟收益投入產(chǎn)出比為1∶20。

5 結(jié)論及認識

（1）抽油桿管偏磨主要是由抽油桿和油管接觸導致的。

（2）抽油桿綜合保護器使抽油桿管的固定磨損變成了圓周磨損，能夠有效延長抽油桿管的使用壽命，延長抽油機井的檢泵周期。

（3）抽油桿綜合保護器在抽油機上使用具有良好的經(jīng)濟效益。

[1]劉建國，高嵐，劉軍.抽油桿失效原因探討[J].油氣田地面工程，2006,25(6):43.

[2]王海濱.抽油桿的受力分析及優(yōu)化管理[J].江漢石油學院學報，2004,26(4):166-167.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.05.018

2011-0-10)

王歡，2007年畢業(yè)于大慶石油學院，助理工程師，從事機采井管理方面的有關(guān)工作，E-mail：dqwanghuan1@petrochina.com.cn，地址：大慶油田有限責任公司第六采油廠工程技術(shù)大隊，163114。