油井偏磨機理分析及治理研究

王海紅　李穎

摘 要：在充分認識抽油機井偏磨特征及現狀的基礎上，分別從抽油工藝特性和應用工程力學理論兩方面對偏磨機理進行了定性和定量兩方面的探討，對河口采油廠抽油機井管、桿偏磨問題和現有的防偏磨工藝技術進行分析，提出充分利用目前的管柱錨定、底部加重、桿柱扶正、旋轉等工具，和工藝配套技術，實施有效配套，進行綜合治理，并重點針對河口采油四礦油井偏磨治理的實際效果進行了評價。

主題詞：偏磨；失穩；錨定；加重桿；扶正

前 言

抽油機采油是石油工業傳統而占主導地位的人工舉升采油方式。河口采油廠油井開井總數在1750口左右，其中抽油機井開井數在1350口左右，約占總開井數的75%，產油量占總產量的78—80%左右。根據技術調查資料，采油廠范圍內偏磨井447口，占抽油機井開井數的33.1%，為改善河口采油廠抽油機井采油管柱的偏磨狀況，有必要研究采油管柱的偏磨機理，從而采取針對性措施進行治理，以便延長采油管柱的有效工作壽命，降低作業和管、桿報廢的損失，提高河口采油廠的開發經濟效益。下面筆者將重點以河口采油廠采油四礦的油井為例，開展油井偏磨機理分析及治理研究。

1偏磨機理分析

1.1油井井身結構的約束引起管桿變形，造成彎曲偏磨損傷。抽油桿柱下部十分容易出現屈曲而發生失穩彎曲，所以下沖程時油管、抽油桿相互接觸摩擦所造成的偏磨損傷也是必然的和客觀存在的。此時這種相互接觸摩擦所造成的偏磨損傷隨泵深的增加、含水的上升（礦化度增高）、沉沒度的降低、生產參數（沖次偏高）、管柱的原始壓縮彎曲等因素同樣還越來越嚴重。

1.2抽油機井采油工藝特性決定了管桿變形偏磨的客觀必然性。定向斜井造斜點以及斜井段油管抽油桿偏磨是客觀存在的，同時也是必然的，且又人為增加了管桿偏磨程度。①管、桿間的半干磨擦引起管桿早期磨損，磨損增大腐蝕速度；腐蝕加劇磨損速度，是抽油桿本體早期疲勞斷裂和接箍斷裂及油管磨損報廢的主要原因。②管、桿間的半干磨擦增大了抽油桿的負荷和馬力，特別是增大了抽油桿交變應力幅度，應力作用下抽油桿早期疲勞斷裂。③管、桿間的半干磨擦帶來深井泵泵筒內的柱塞翹曲會加劇泵的磨損，特別是柱塞下部，是深井泵柱塞、泵筒工作短期拉傷的重要原因。④管、桿間的半干彎曲磨擦引起柱塞的有效沖程損失，降低泵效；油管彈性彎曲引起油管絲扣間隙加大，造成漏失加劇。

1.3生產參數不合理是管桿偏磨嚴重不可忽視的重要因素之一。抽油桿下行受到井液的阻尼作用和管桿以及柱塞與泵筒的半干摩擦阻力，相當一部分抽油桿滯后于驢頭的運動速度，特別是中和點以下的抽油桿幾乎全部處于受壓狀態，容易產生失穩彎曲變形和橫彎曲變形，變形的抽油桿與油管發生接觸摩擦偏磨損傷，如果生產參數不合理，特別是采取高沖次，將加劇失穩彎曲變形和橫彎曲變形偏磨的頻率以及偏磨的嚴重性。

1.4 管柱結構不合理以及配套工藝不完善也是管桿偏磨嚴重不可忽視的重要因素之一 。管柱的結構與油管抽油桿的約束條件是矛盾的，管桿均無法完全處于自由狀態，因抽油機井采油工藝特性決定了油管抽油桿在工作過程中必然產生變形，所以偏磨是必然的和客觀存在的，如果管柱未采取其他（如張力錨定、桿柱扶正等）防護措施，變形的抽油桿與油管發生接觸摩擦偏磨損傷將是嚴重的。

1.5桿柱組合以及匹配工藝不合理同樣是管桿偏磨嚴重不可忽視的重要因素之一。不同的抽油桿柱組合其自身的截面參數不同，抽油桿柱的受壓失穩程度和橫向彎曲的程度以及桿柱的中和點發生相應的變化不同，引起的抽油桿受力狀態也不同，從而帶來變形程度的不同，抽油桿柱的匹配強度基本上已經決定了抽油桿必須是上大下小，處于中和點以下的底部較細的抽油桿容易發生失穩彎曲變形，接觸摩擦偏磨損傷不可避免。

1.6 井液介質和水力參數的“輔助”作用加劇了管桿嚴重偏磨。井液介質具有腐蝕性，偏磨磨損增大腐蝕速度；腐蝕加劇磨損程度.隨著全國各大油田相繼進入高含水開采期，不但井液的含水增加，粘度在提高，含蠟量在提高，比重也在增加，泵掛在加深，管桿接觸面的潤滑系數也在大幅度地降低，上行載荷明顯增加，下行阻力無形加大，在增加抽油機驢頭載荷的同時，也改變了抽油桿的受力狀況和變形程度，致使管桿接觸摩擦偏磨損傷與開采初期和低含水期相比越來越嚴重.

2 偏磨配套工藝優選方向

采取（從井口到深井泵的管桿）整體配套，實施綜合治理 。首先是管柱實施機械張力錨定，實現有效錨定。避免油管彈性彎曲造成的油管、抽油桿偏磨損傷；其次是桿柱底部采取扶正加重。減輕桿柱受壓彎曲程度以及桿柱中和點下移，實現降低偏磨損傷；然后桿柱底部再采取扶正防止失穩彎曲。避免油管、抽油桿偏磨損傷；管柱井口旋轉達到均勻磨損。優化工藝配套設計和生產參數，在充分利用抽油機能力的同時，優化管柱及桿柱組合，采取長沖程、慢沖次，降低偏磨損傷。

3 實施綜合配套，實現有效治理

3.1管柱錨定。首選機械預張力錨定。根據不同井況目前基本上固定采用兩種工具實現兩種工藝目的。一是（不用定期熱洗井的）普通情況下SSJ-115倒拉機械預張力錨定；二是結蠟、油稠等需定期熱洗井下XS-115洗井油層保護器，不但管柱可以實現預張力錨定，還解決了很多漏失井、結蠟井、稠油井的熱洗問題，且大大縮短了洗井后的排水時間。

3.2 桿柱底部扶正加重 。直接采用φ42mm加重桿和利用φ25mm抽油桿改制的變徑加重桿實現底部扶正加重工藝 普遍采用現有的尼龍扶正器實現桿柱扶正。可根據不同的井況和泵徑以及泵深采取不同的底部加重然后根據不同的井況和泵徑以及泵深采取抽油桿下部扶正，扶正長度（包括加重桿）共計400m-450m

3.3管柱旋轉。實現管柱旋轉必須放棄對降低偏磨具有重要作用的管柱張力錨定，因為錨定后管柱不能旋轉，為管柱旋轉就必須放棄管柱錨定。加上現場使用中井口油管旋轉器故障頻繁。優先采用錨定工藝。在個別無法實現管柱錨定作業井和個別定向斜井采用。

3.4管柱更換。根據采油廠油管修復線工藝實際檢測能力，目前基本上采取存在偏磨問題的油管、抽油桿全部更換，回收后由生產準備大隊按標準檢測修復 ，解決‘木桶效應。

3.5設計優化。抽油機井的管柱、桿柱、生產參數全部實現優化設計

4 防偏磨綜合治理效果

治理重點偏磨油井35井次，其中下自動扶正抽油裝置19井次，下抗磨副2井次，下強磁防臘桿4井次，深抽、高強度桿等綜合治理10井次。統計檢泵周期小于100天且已經治理的偏磨油井有18口，平均前檢泵周期延長107天，治理后檢泵周期已經達到185天。下滲氮油管、扶正器、鍍鉻接箍、加重桿等綜合治理16井次，旋轉井口4井次，下雙向接管箍1井次，治理井效果觀察。

參考文獻

1、萬仁溥、羅英俊主編·采油技術手冊（修訂本）·石油工業出版社·1994