導(dǎo)致抽油井管桿偏磨的因素分析與預(yù)防措施

【摘 要】隨著油田開發(fā)時(shí)間的延長，斜井比例越來越大，且井斜角大（大于65度），造斜點(diǎn)高（在190-500米左右），易出現(xiàn)桿管磨損嚴(yán)重、檢泵周期短、泵效低等問題。管桿偏磨井治理工作主要以斜井防偏磨為主，同時(shí)，兼顧直井深抽偏磨現(xiàn)象及井液腐蝕偏磨現(xiàn)象的治理。

【關(guān)鍵詞】抽油井;斜井;偏磨;因素分析;預(yù)防措施

1、抽油井管桿偏磨影響因素分析

1.1抽油桿失穩(wěn)彎曲造成管桿接觸偏磨

抽油井生產(chǎn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在下沖程中，抽油桿柱在自身?xiàng)U柱的重力作用下下行，但同時(shí)受到桿柱與液體間的摩擦阻力、抽油泵活塞與泵筒間的摩擦阻力、桿柱在液體中的浮力等多種阻力的共同作用，抽油桿柱中存在受力為零的一點(diǎn)為中性點(diǎn)，中性點(diǎn)以上的抽油桿始終處于拉伸狀態(tài)，不會彎曲變形，而中性點(diǎn)以下的抽油桿在各種阻力作用下彎曲變形，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生螺旋彎曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“失穩(wěn)彎曲”。桿柱“失穩(wěn)彎曲”造成管桿接觸產(chǎn)生偏磨，而中性點(diǎn)越低，桿柱的“失穩(wěn)彎曲”越輕，桿柱偏磨現(xiàn)象也越輕。

1.2地層水高礦化度致腐蝕加劇管桿偏磨

當(dāng)油井含水大于60-70%時(shí)產(chǎn)出液換相，由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型，管桿表面失去了原油的保護(hù)作用，而產(chǎn)出水礦化度比較高（10000-21000mg/L），對抽油桿和油管有大的腐蝕作用，加劇了磨損。如4-12-22井在檢泵作業(yè)發(fā)現(xiàn)500-600m之間抽油桿接箍嚴(yán)重磨損，有4根抽油桿接箍已被磨平，相應(yīng)的油管內(nèi)壁也受到嚴(yán)重磨損。

1.3抽油井井身軌跡的變化造成油井管桿接觸偏磨

自然井斜影響。在鉆井過程中，隨著鉆井深度的增加，鉆頭與井口的同心度變差。即使是直井，井身軌跡大多存在一定的拐點(diǎn)或螺旋彎曲，抽油桿在自然井斜的井筒軌跡中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于管桿本身重力的作用，必然引起管桿的接觸偏磨。

井筒變形的影響。由于地層蠕變，加之多年的強(qiáng)注強(qiáng)采，造成套管變形，井段出現(xiàn)彎曲，俗稱“狗腿子”，嚴(yán)重時(shí)造成油井套管破裂、錯(cuò)斷，甚至報(bào)廢。由于套變和井斜，使井下油管產(chǎn)生彎曲。在抽油井生產(chǎn)時(shí)，抽油桿的綜合拉力或綜合重力產(chǎn)生了一個(gè)水平分力，如圖1所示。在水平分力的作用下，在抽油機(jī)上下沖程過程中，管桿相互接觸產(chǎn)生摩擦造成偏磨。

在正壓力N的作用下，上沖程時(shí)抽油桿與油管的上側(cè)內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦;下沖程時(shí)抽油桿與油管的下內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦。由于離井口越近，F(xiàn)或W越大，則N也越大，磨損越嚴(yán)重;油管的傾斜角度θ越大，正壓力N越大，磨損就越嚴(yán)重。在拐點(diǎn)處，不僅由于抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與油管內(nèi)壁發(fā)生偏磨，而且由于在抽油桿抽汲力的作用油管產(chǎn)生蠕動(dòng)，油管與套管也發(fā)生偏磨。

上沖程時(shí) N=Fsinθ? ?下沖程時(shí)N=Wsinθ

式中：N為由F或W引起的抽油桿對油管內(nèi)壁的正壓力，N;θ為油管傾斜角度°;F為抽油桿的拉力，N;W為抽油桿的重力和各種阻力的合力，N。

目前，抽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，通過調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)、管桿組合，控制產(chǎn)出液與管桿接觸與防腐技術(shù)進(jìn)行防治;針對井斜、井筒彎曲不可避免地造成了管桿直接接觸產(chǎn)生磨損問題，主要通過扶正、減磨、防腐等技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行解決。

2、抽油井管桿偏磨預(yù)防措施應(yīng)用

2.1大泵提液井防偏磨技術(shù)

造成大泵抽油井的桿管偏磨的主要因素是，油井每個(gè)沖程排量較大，上、下沖程載荷差異明顯，抽油桿受力不均衡，軸向應(yīng)力失穩(wěn)彎曲，從而在油管內(nèi)壁摩擦，同時(shí)，大泵生產(chǎn)油井一般含水較高，礦化度較高，容易給抽油桿造成腐蝕，進(jìn)一步加劇桿管偏磨。

對大泵主要采取以下防偏磨措施：對供液較好的大泵提液淺井，采取底部桿柱加重技術(shù)減輕桿下行阻力，減少振動(dòng)載荷影響;對腐蝕造成偏磨加重的油井采用“DSW合金抽油桿+碳鋯涂層防偏磨油管”、“鍍滲鎢合金油管+耐磨接箍”、“連續(xù)桿+碳鋯涂層防偏磨油管”等方式，減少管桿偏磨。

2.2常規(guī)排量油井的防偏磨技術(shù)

對于常規(guī)排量油井的桿管偏磨主要因素有：（1）機(jī)械磨損：由于井身質(zhì)量原因（井斜、撓曲）以及抽油桿在軸向載荷作用下的彎曲，造成抽油桿與油管直接接觸，在抽油桿上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生機(jī)械磨損。（2）磨料磨損：油管內(nèi)充滿了流體，這種來自地層的流體含有不同性質(zhì)的巖屑。這些巖屑的存在使得抽油桿與油管之間的磨損成為磨料磨損。（3）化學(xué)腐蝕：井眼中的流體往往含有H2S、Cl-、CO2 和細(xì)菌等對油管和抽油桿有化學(xué)腐蝕作用。

2.3其它的防偏磨技術(shù)

采用水力噴射泵。工作原理是高壓動(dòng)力液經(jīng)過動(dòng)力液油管，到達(dá)噴嘴。由于噴嘴的節(jié)流作用，動(dòng)力液壓力急劇下降，在噴嘴的周圍形成低壓區(qū)域，地層液在沉沒壓力與低壓區(qū)的壓力差作用下進(jìn)入噴射泵內(nèi)“負(fù)壓”區(qū)，并在喉管和擴(kuò)散管與高速動(dòng)力流混合。由于喉管、擴(kuò)散管的面積增大，混合液流速降低，壓力升高，獲得勢能，進(jìn)而通過混合液管柱舉升至地面。該技術(shù)主要是采用無桿生產(chǎn)，有效避免了桿柱的摩擦。

應(yīng)用連續(xù)抽油桿。連續(xù)抽油桿是—種在專門生產(chǎn)線上加工的具有特定形狀截面、沒有接頭或沒有單獨(dú)接頭的長度在月百米到幾千米的特種抽油桿。由于沒有接頭，與油管走向吻合，改變了常規(guī)抽沒桿的點(diǎn)接觸狀態(tài)，消除了由于常規(guī)抽油桿接箍產(chǎn)生的活塞效應(yīng)，極大地減緩了桿管的磨損。

連續(xù)桿主要用于超過D級桿理論下入深度的油井和偏磨嚴(yán)重、屢次斷脫的油井。2006年至2011年，共應(yīng)用連續(xù)桿53井次，81760米，平均免修期由措施前的623天延長到1069天，平均延長446天。

3、幾點(diǎn)認(rèn)識

（1）抽油桿尼龍扶正器、抗磨防腐接箍，抗磨副、加重桿、光桿密封器、抽油桿旋轉(zhuǎn)器都不能從根本上徹底解決管桿偏磨問題，但能適當(dāng)延緩管桿偏磨，延長油管、抽油桿使用壽命，在目前抽油井占絕大多數(shù)的情況下，仍應(yīng)繼續(xù)使用，如能配套使用，充分利用各工具的優(yōu)點(diǎn)，效果將更好。

（2）鋼質(zhì)連續(xù)抽油桿強(qiáng)度大，可靠性高，能滿足深抽要求，同時(shí)由于連續(xù)桿無接箍，大大減少桿管偏磨影響，但是目前主要集中在深抽油井中，可以逐步嘗試在大斜度井中推廣使用。

（3）對于供液好的抽油井，可采用電潛泵、螺桿泵等來徹底解決抽油泵管桿偏磨問題，但選井條件較為苛刻，一次性成本投入也較高。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 鄭巖等.文留油田有桿泵井防偏磨、防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用與效果[J].內(nèi)蒙古石油化工，2OO3.

[2] 王懷明等.抽油機(jī)井桿管偏磨機(jī)理與治理技術(shù)[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28（5）：99～101.

作者簡介：褚興圣（1981—），男，工程師，從事油田開發(fā)技術(shù)工作。