管桿偏磨的機(jī)理及防范措施

摘 要：隨著油田開(kāi)發(fā)的深入，綜合含水不斷上升，管桿偏磨腐蝕日益加劇，已嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)。根據(jù)抽油機(jī)井出現(xiàn)管桿偏磨的原因和機(jī)理，制定出減緩偏磨的綜合防治措施和方法：選擇合理的生產(chǎn)參數(shù)組合、下入加重桿和扶正器等防偏工具、加緩蝕劑、選擇合理的沉沒(méi)度、避免管坐封彎曲、注采調(diào)整，控制含水上升， 恢復(fù)地層能量、和應(yīng)用新技術(shù)等來(lái)改善管桿偏磨的這種現(xiàn)象，從而減少油田損失。

關(guān)鍵詞：油井；偏磨；抽油機(jī)；防治措施

隨著油田進(jìn)入高含水采油期，泵掛不斷加深，由于受砂、蠟、水、氣、油稠等因素和管桿老化、偏磨加劇等影響，抽油桿頻繁斷脫，油管、泵漏失嚴(yán)重， 躺井率居高不下，嚴(yán)重影響了油井的作業(yè)周期。

通過(guò)對(duì)油井維護(hù)作業(yè)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)井存在管、桿偏磨問(wèn)題的井占總開(kāi)井?dāng)?shù)的半數(shù)以上，偏磨腐蝕造成油井修井維護(hù)作業(yè)的總工作量占全年總和的67%，管、桿的使用壽命也因偏磨腐蝕而縮短了40%～60%。因此，防治桿管偏磨成為油田迫切需要解決的難題。

1 管桿偏磨產(chǎn)生原因分析

抽油機(jī)井的管桿泵在井下時(shí)刻受到拉壓彎扭擠等組合變形的影響，在這個(gè)復(fù)雜的受力運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，造成管桿偏磨的因素太多，主要有：

1.1 井身結(jié)構(gòu)的影響造成生產(chǎn)管柱彎曲，導(dǎo)致管桿偏磨。

對(duì)于斜井，其井身結(jié)構(gòu)與垂直方向有一定的角度，如抽油泵在造斜點(diǎn)以下，泵上油管會(huì)隨套管一起彎曲，導(dǎo)致抽油桿與油管摩擦。即使是直井， 因目前的鉆井技術(shù)不能保證井身完全垂直，套管在某一段也會(huì)出現(xiàn)彎曲， 當(dāng)油管下入后，隨著套管彎曲， 從而造成桿管的摩擦。

對(duì)于常規(guī)直井來(lái)說(shuō)，井偏角小于3°為合格[1]。 鉆井過(guò)程中， 雖經(jīng)過(guò)多次糾偏，但井底的實(shí)際位置仍和靶心有一定距離。由于井筒不垂直，使得井眼軌跡產(chǎn)生變形，從而使抽油桿與油管產(chǎn)生多個(gè)接觸點(diǎn)。因此，造成了桿管之間的偏磨。隨著井斜角增大，井身軌跡的變形加大，油管與抽油桿彎曲嚴(yán)重，桿管偏磨也逐步加劇。

1.2 油管坐封造成偏磨

陸上主力油田多進(jìn)入后期開(kāi)發(fā)，同一油井開(kāi)采層位較多。因此對(duì)于多層位的開(kāi)采，就必須使用封隔器。而使用封隔器坐封時(shí)，需要一定的坐封力。坐封力越大油管產(chǎn)生的彎曲越厲害，油井的桿管偏磨越嚴(yán)重。

1.3 含水率對(duì)管桿偏磨的影響

含水率對(duì)管桿偏磨的影響是多方面的。首先，含水率上升后，混合液密度增大，使抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷增大，其次，泵出口壓力增大，抽油桿底部受到向上的液壓力增大，增加了抽油桿失穩(wěn)彎曲的力。桿管的彈性變形加劇，加速了桿管的偏磨。原油含水率低時(shí)，管與桿的摩擦面形成良好的油潤(rùn)滑；而原油含水率高時(shí)，兩個(gè)摩擦面處于水潤(rùn)滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)增大，大大增加了兩個(gè)表面的摩擦阻力，從而加快了表面的磨損。

1.4 管桿的材質(zhì)影響

由于油井的產(chǎn)出液具有一定的腐蝕性，所用的油管、抽油桿耐腐蝕性能達(dá)不到要求，油管表層涂料的強(qiáng)度較差，油管、抽油桿的耐蝕性較差，管桿偏磨處易被腐蝕，導(dǎo)致油井檢泵周期的縮短。

1.5 油井生產(chǎn)參數(shù)對(duì)管桿偏磨的影響

游梁機(jī)正常工作時(shí)， 抽油桿在上、下沖程過(guò)程中的受力情況是不同的。上沖程時(shí)，抽油桿主要受拉，整個(gè)桿柱基本呈直線(xiàn)狀態(tài)。下沖程時(shí)，抽油桿主要受二個(gè)方向的力，一個(gè)是自身向下的重力，另一個(gè)就是向上的力。當(dāng)下沖程時(shí)，慣性力方向向上， 沖次越高加速度越大因此慣性力也就越大， 使得抽油桿受力增大，桿柱受壓產(chǎn)生彎曲，從而與油管內(nèi)壁接觸的部位增多，加劇油井桿管偏磨。

1.6 出砂的影響

砂粒具有較強(qiáng)的磨碩性、出砂不可避免。砂粒的存在，使抽油泵筒與柱塞間摩擦阻力增加，抽油桿與油管的磨損加劇。

2 偏磨的防治措施

2.1 選擇合理的生產(chǎn)參數(shù)組合

由于沖程、沖次對(duì)液流通過(guò)游動(dòng)閥產(chǎn)生的下行阻力有較大影響，因此根據(jù)配產(chǎn)的需要，選取合理的生產(chǎn)參數(shù)，一般情況下，采用長(zhǎng)沖程，低沖次可以減輕偏磨。

2.2 下入加重桿和扶正器等防偏工具

在抽油桿底部加加重桿，可使抽油桿桿柱中性點(diǎn)下移，桿受壓彎曲減小，對(duì)減緩偏磨有一定效果。改善抽油桿材質(zhì)，提高其強(qiáng)度，增強(qiáng)其耐磨和抗腐蝕性也能取得一定效果。在偏磨的油井中，下入扶正器、抗磨副、雙向接箍、連續(xù)桿等都可起到抗偏磨作用。在下放扶正器和抗摩副時(shí)應(yīng)確定合理的下放位置，連續(xù)桿的防偏磨效果好于普通抽油桿。

2.3 加緩蝕劑

油井環(huán)形空間投加緩蝕劑，其原理是通過(guò)利用緩蝕劑的自重以及擴(kuò)散方式到達(dá)井底后隨產(chǎn)出液返出，緩蝕劑所經(jīng)過(guò)的地方，在金屬表面形成一種致密薄膜，使金屬本體和腐蝕介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，從而抑制腐蝕。另外，通過(guò)油井緩蝕劑在油管內(nèi)壁形成的保護(hù)膜，達(dá)到減少磨損的目的。

2.4 選擇合理的沉沒(méi)度

對(duì)機(jī)采井來(lái)說(shuō)，沉沒(méi)度是一個(gè)重要的生產(chǎn)參數(shù)。確定合理的沉沒(méi)度不僅提高泵效，節(jié)約電能，還可以減輕管桿之間的偏磨。若沉沒(méi)度過(guò)小，泵的充滿(mǎn)程度差，使得泵的柱塞與液面之間存在液擊現(xiàn)象。 從而進(jìn)一步增加抽油桿的下行阻力，易發(fā)生偏磨。

2.5 避免管坐封彎曲

在坐封時(shí)應(yīng)用低坐封載荷封隔器（坐封載荷為20～40kN），同時(shí)配套應(yīng)用坐封噸位控制器，使泵上油管處于受拉狀態(tài)，這樣可防止泵上油管因受壓而彎曲，從而減輕管桿偏磨。也可以采取一些新型錨定裝置替代坐封直接錨定油管，從而從根本上避免油管彎曲。

2.6 注采調(diào)整，控制含水上升， 恢復(fù)地層能量

通過(guò)加大對(duì)水井治理力度， 細(xì)化水井分層注水，完善注采井網(wǎng)，提高注采對(duì)應(yīng)率，真正實(shí)現(xiàn)水井的有效注水，恢復(fù)地層能量，從而減小下泵深度。

2.7 應(yīng)用新技術(shù)、新工藝

①采用耐磨防腐蝕符合涂層油管。耐磨防腐蝕復(fù)合涂料油管技術(shù)是采用新開(kāi)發(fā)的涂敷工藝，將一種納米級(jí)的粉末涂料涂敷在油管內(nèi)表面，形成一層具有超強(qiáng)耐磨和防腐蝕性能的保護(hù)層。這種致密的復(fù)合內(nèi)涂層與油管內(nèi)壁的附著力強(qiáng)，其抗彎曲、抗沖擊性能等同于常規(guī)油管。樣品綜合試驗(yàn)表明，耐磨防腐蝕復(fù)合涂層油管完全可取代常規(guī)油管應(yīng)用于油田生產(chǎn)，能使油管和抽油桿間的耐磨性能提高3～5倍，可有效地解決管桿偏磨問(wèn)題。

②運(yùn)用無(wú)管采油技術(shù)。無(wú)管采油裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是：空心抽油桿不易彎曲，而且與套管間的環(huán)形空間遠(yuǎn)大于普通抽油桿與油管間的環(huán)形空間，因此該裝置能有效避免管桿間的偏磨，在油管與抽油桿間偏磨較嚴(yán)重的井上使用更能顯示其優(yōu)越性。

3 結(jié)論

（1）管桿偏磨，已成為油井降低產(chǎn)量，增加作業(yè)成本的主要矛盾。靠單項(xiàng)技術(shù)難以目前現(xiàn)狀。必須針對(duì)不同井況，進(jìn)行工藝配套治理，才能達(dá)到有效目的。

（2）建立一套適用油井偏磨診斷優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件技術(shù)，指導(dǎo)防偏磨配套技術(shù)的應(yīng)用。

（3）建立防偏磨治理示范區(qū)塊，全面考驗(yàn)評(píng)價(jià)已有防偏磨技術(shù)的性能；推廣試驗(yàn)先進(jìn)的防偏磨技術(shù)，帶動(dòng)全油田防偏磨技術(shù)的發(fā)展?？傊?，防腐放偏磨是油田生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作，對(duì)油田的生產(chǎn)及成本的影響不容忽視。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張琪。采油工程原理與設(shè)計(jì)。石油大學(xué)出版社， 2002： 103- 108.

作者簡(jiǎn)介

趙寶蕓（1982-），女，山東東營(yíng)人，學(xué)歷：學(xué)士，職稱(chēng)：助理工程師，研究方向：機(jī)械采油