管桿偏磨的機理及防范措施

摘 要：隨著油田開發的深入，綜合含水不斷上升，管桿偏磨腐蝕日益加劇，已嚴重影響油田的正常生產。根據抽油機井出現管桿偏磨的原因和機理，制定出減緩偏磨的綜合防治措施和方法：選擇合理的生產參數組合、下入加重桿和扶正器等防偏工具、加緩蝕劑、選擇合理的沉沒度、避免管坐封彎曲、注采調整，控制含水上升， 恢復地層能量、和應用新技術等來改善管桿偏磨的這種現象，從而減少油田損失。

關鍵詞：油井；偏磨；抽油機；防治措施

隨著油田進入高含水采油期，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、泵漏失嚴重， 躺井率居高不下，嚴重影響了油井的作業周期。

通過對油井維護作業的統計，發現抽油機井存在管、桿偏磨問題的井占總開井數的半數以上，偏磨腐蝕造成油井修井維護作業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 管桿偏磨產生原因分析

抽油機井的管桿泵在井下時刻受到拉壓彎扭擠等組合變形的影響，在這個復雜的受力運動系統中，造成管桿偏磨的因素太多，主要有：

1.1 井身結構的影響造成生產管柱彎曲，導致管桿偏磨。

對于斜井，其井身結構與垂直方向有一定的角度，如抽油泵在造斜點以下，泵上油管會隨套管一起彎曲，導致抽油桿與油管摩擦。即使是直井， 因目前的鉆井技術不能保證井身完全垂直，套管在某一段也會出現彎曲， 當油管下入后，隨著套管彎曲， 從而造成桿管的摩擦。

對于常規直井來說，井偏角小于3°為合格[1]。 鉆井過程中， 雖經過多次糾偏，但井底的實際位置仍和靶心有一定距離。由于井筒不垂直，使得井眼軌跡產生變形，從而使抽油桿與油管產生多個接觸點。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

陸上主力油田多進入后期開發，同一油井開采層位較多。因此對于多層位的開采，就必須使用封隔器。而使用封隔器坐封時，需要一定的坐封力。坐封力越大油管產生的彎曲越厲害，油井的桿管偏磨越嚴重。

1.3 含水率對管桿偏磨的影響

含水率對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，使抽油機懸點載荷增大，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，管與桿的摩擦面形成良好的油潤滑；而原油含水率高時，兩個摩擦面處于水潤滑狀態，摩擦系數增大，大大增加了兩個表面的摩擦阻力，從而加快了表面的磨損。

1.4 管桿的材質影響

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

1.5 油井生產參數對管桿偏磨的影響

游梁機正常工作時， 抽油桿在上、下沖程過程中的受力情況是不同的。上沖程時，抽油桿主要受拉，整個桿柱基本呈直線狀態。下沖程時，抽油桿主要受二個方向的力，一個是自身向下的重力，另一個就是向上的力。當下沖程時，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，桿柱受壓產生彎曲，從而與油管內壁接觸的部位增多，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 選擇合理的生產參數組合

由于沖程、沖次對液流通過游動閥產生的下行阻力有較大影響，因此根據配產的需要，選取合理的生產參數，一般情況下，采用長沖程，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下移，桿受壓彎曲減小，對減緩偏磨有一定效果。改善抽油桿材質，提高其強度，增強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、連續桿等都可起到抗偏磨作用。在下放扶正器和抗摩副時應確定合理的下放位置，連續桿的防偏磨效果好于普通抽油桿。

2.3 加緩蝕劑

油井環形空間投加緩蝕劑，其原理是通過利用緩蝕劑的自重以及擴散方式到達井底后隨產出液返出，緩蝕劑所經過的地方，在金屬表面形成一種致密薄膜，使金屬本體和腐蝕介質隔離開來，從而抑制腐蝕。另外，通過油井緩蝕劑在油管內壁形成的保護膜，達到減少磨損的目的。

2.4 選擇合理的沉沒度

對機采井來說，沉沒度是一個重要的生產參數。確定合理的沉沒度不僅提高泵效，節約電能，還可以減輕管桿之間的偏磨。若沉沒度過小，泵的充滿程度差，使得泵的柱塞與液面之間存在液擊現象。 從而進一步增加抽油桿的下行阻力，易發生偏磨。

2.5 避免管坐封彎曲

在坐封時應用低坐封載荷封隔器（坐封載荷為20～40kN），同時配套應用坐封噸位控制器，使泵上油管處于受拉狀態，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 注采調整，控制含水上升， 恢復地層能量

通過加大對水井治理力度， 細化水井分層注水，完善注采井網，提高注采對應率，真正實現水井的有效注水，恢復地層能量，從而減小下泵深度。

2.7 應用新技術、新工藝

①采用耐磨防腐蝕符合涂層油管。耐磨防腐蝕復合涂料油管技術是采用新開發的涂敷工藝，將一種納米級的粉末涂料涂敷在油管內表面，形成一層具有超強耐磨和防腐蝕性能的保護層。這種致密的復合內涂層與油管內壁的附著力強，其抗彎曲、抗沖擊性能等同于常規油管。樣品綜合試驗表明，耐磨防腐蝕復合涂層油管完全可取代常規油管應用于油田生產，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題。

②運用無管采油技術。無管采油裝置最大的優點是：空心抽油桿不易彎曲，而且與套管間的環形空間遠大于普通抽油桿與油管間的環形空間，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重的井上使用更能顯示其優越性。

3 結論

（1）管桿偏磨，已成為油井降低產量，增加作業成本的主要矛盾。靠單項技術難以目前現狀。必須針對不同井況，進行工藝配套治理，才能達到有效目的。

（2）建立一套適用油井偏磨診斷優化設計軟件技術，指導防偏磨配套技術的應用。

（3）建立防偏磨治理示范區塊，全面考驗評價已有防偏磨技術的性能；推廣試驗先進的防偏磨技術，帶動全油田防偏磨技術的發展。總之，防腐放偏磨是油田生產的一項重要工作，對油田的生產及成本的影響不容忽視。

參考文獻

[1] 趙子剛，褚英鑫，湯文玲，楊淑芹。抽油桿管偏磨的綜合分析與防治。大慶石油學院學報，2002. 9， 26（ 3） .

[2] 張安德，李鵬，肖月杰等。抽油機偏磨井桿柱受力及偏磨原因的探討。石油鉆探技術，2004.11， 32（ 6） .

[3] 張琪。采油工程原理與設計。石油大學出版社， 2002： 103- 108.

作者簡介

趙寶蕓（1982-），女，山東東營人，學歷：學士，職稱：助理工程師，研究方向：機械采油