抽油桿硬質合金接箍防偏磨性能研究

陳學輝，鄭　雷，張正平，蘭　芳，李　寧，馮　偉

(1.中國石油玉門油田分公司 鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019；2.中國石油玉門油田分公司 鴨兒峽采油廠，甘肅 酒泉 735200)①

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抽油桿硬質合金接箍防偏磨性能研究

陳學輝1，鄭雷1，張正平1，蘭芳1，李寧2，馮偉2

(1.中國石油玉門油田分公司 鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019；2.中國石油玉門油田分公司 鴨兒峽采油廠，甘肅 酒泉 735200)①

抽油井中抽油桿接箍偏磨現象日益增多，造成油井維護的工作量上升、難度加大和成本增加，嚴重影響油田正常生產。通過接箍偏磨相關機理研究，總結了接箍偏磨的原因及影響因素。在此基礎上，對普通接箍和硬質合金接箍在實際生產中的運行狀況進行監測，采用概率統計方法，得出2類接箍的實際磨損量，并對其抗偏磨性能進行了對比分析。根據油田正常油井生產的維護費用標準，從經濟性方面評價了2類接箍應用前景，為油田生產創效提供技術支持。

抽油桿；抽油桿接箍；偏磨機理；硬質合金

目前，國內油田80%以上采用有桿泵采油技術。有桿抽油系統在采油過程中，油管和抽油桿之間存在相互運動，受油、水等井下介質的影響，接箍與油管之間產生摩擦，從而形成偏磨。其降低了抽油桿接箍及本體的強度，造成抽油桿脫扣或本體斷裂；同時油管也可能漏失[1-2]。

由于油井含水和原油黏度的變化、地層供液不足及井眼軌跡等原因，造成偏磨井數增多，致使油井檢泵周期短，維護作業的費用呈逐年上升的趨勢。例如，2004年勝利油田開井約1.3萬口，存在桿管偏磨井約占抽油井開井數的30%。因抽油桿、油管偏磨造成的油井維護工作量占油井全部維護工作量的50～60%，造成每年上億元的桿管材料費的損失[3]；大慶油田在3年期間共發生抽油桿斷脫821次，經濟損失超過￥2 000 萬元，其中由于抽油桿接箍偏磨占總數的 74%[4]；玉門油田鴨兒峽采油廠在2015年發生抽油桿斷脫12井次，增加油井維護工作量11%。其中因抽油桿接箍偏磨而造成的斷脫占42%，油井維護費用增加了約￥180萬元。

因此，研究抽油桿接箍偏磨機理，分析接箍偏磨的原因并提出防偏磨措施十分必要。同時分析評價硬質合金接箍的應用效果，為提高油田經濟效益具有重要意義。

1　接箍偏磨機理

1.1理論依據

理論上將磨損機理分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損、沖擊磨損等。接箍偏磨主要的磨損為磨料磨損[5]。

磨料磨損指硬的磨(顆)粒物或硬的凸出物在摩擦表面相互接觸運動過程中，表面材料發生消耗，其特征是在摩擦副對偶表面沿滑動方向形成劃痕。磨料磨損機理包括微觀切削磨損機理、多次塑變磨損機理(加工硬化)、微觀斷裂磨損機理及疲勞磨損機理。在實際磨料磨損過程中，通常有幾種機理共同作用，但主要以一種機理為主。影響磨料磨損的原因有材料硬度、磨料尺寸(摩擦因數)、載荷。

國外學者提出了以切削作用為主的磨料磨損量[6]為

(1)

1.2偏磨原因

從實際生產出發，造成抽油桿接箍偏磨的原因包括井身結構引起的偏磨、套變部位的影響、油管彎曲造成桿管偏磨、抽油桿彎曲、油桿組合的影響、抽汲介質的影響等[7]。

偏磨后的抽油桿接箍如圖1所示。

a　偏磨

b　脫扣

2　現場應用分析

以玉門油田公司鴨兒峽采油廠K1-15井為例，其井身結構如圖2。

3．1 留守學生心理健康的總體狀況 本文認為留守中學生在學習焦慮、身體癥狀、自責傾向和過敏傾向方面存在不少問題。留守組與非留守組MHT得分除學習焦慮外前者各項均高于后者，孤獨傾向、自責傾向、過敏傾向、身體癥狀、沖動傾向兩者差異有顯著性（P＜0．01～0．05），顯示留守組較非留守組存在更多的心理問題，與既往研究基本一致［2－4］。值得注意的是留守學生的學習焦慮得分低于對照組，這可能是因為農村學生父母文化程度普遍不高，父母在家對兒童學習要求多但輔導并不多，父母外出后，代養人對留守兒童的學習關心較少。雖未達到顯著差異，但這一現象值得廣大父母深思。

圖2　K1-15井井身結構

2.1普通接箍

K1-15井于2013-08完鉆投產，采用三級抽油桿組合、普通接箍連接、深井桿式泵生產，下泵深度2 400 m，平均動液面2 214 m。2014-04，油管漏失上修；2014-11，該井斷脫上修，發現均因接箍偏磨嚴重而造成。

3種規格接箍的外徑尺寸如表1，其偏磨量以規定值與偏磨后的尺寸差值衡量。偏磨量如圖3所示。

根據表1數據，整理得到?19 mm普通接箍平均磨損量為2.31 mm，利用概率統計中的標準差公式，對偏磨量值進行整理。計算得到標準差σ=0.77，結合圖3中柱形圖波動情況，得出?19 mm普通接箍偏磨量在2.31 mm上下波動，且波動范圍較大。

表1　普通接箍偏磨后尺寸

同理，整理得到?22 mm普通接箍平均磨損量為1.35 mm，標準差σ=0.34，偏磨量約為1.35 mm。除個別值波動較大外，其偏磨量約在其值±0.3 mm波動，波動不大。?25 mm普通接箍平均磨損量為1.01 mm，標準差σ=0.08，偏磨量約為1.01 mm，偏磨量約在其值±0.1 mm波動，波動不大。

a　?19 mm

b　?22 mm

c　?25 mm

從磨損量來看，?19 mm普通接箍磨損量相對最大，其值為2.31 mm，?25 mm普通接箍磨損量相對最小，其值為1.01 mm；從磨損量的波動情況來看，?19 mm普通接箍磨損量的波動范圍較大。隨著油井深度的變化，井深結構越來越復雜，油桿尺寸逐漸變小，剛度變小，變形加大，從而導致接箍偏磨程度加劇，磨損量變大。

2.2硬質合金接箍

針對K1-15井出現接箍偏磨造成的斷脫情況，2014-11采用硬質合金接箍，桿柱組合不變，至2016-01，該井起測。3種規格接箍的外徑尺寸如表2，其偏磨量以規定值與偏磨后的尺寸差值衡量。偏磨量統計如圖4所示。

表2　硬質合金接箍偏磨后尺寸

a　?19 mm

b　?22 mm

c　?25 mm

同理，整理得到?22 mm硬質合金接箍平均磨損量為0.12 mm，標準差σ=0.051，偏磨量約為0.12 mm，其偏磨量約在其值±0.10 mm波動，波動很小。?25 mm硬質合金接箍平均磨損量為0.11 mm，標準差σ=0.052，偏磨量約為0.11 mm，偏磨量約在其值±0.1 mm波動，波動很小。

3種尺寸接箍的磨損量均為0.12 mm左右，磨損量很小，其值波動不大。表明硬質合金接箍受井深、油桿自身條件影響較小，其抗偏磨效果明顯。

2.3經濟性分析

K1-15井使用普通接箍時，油井平均檢修周期為225 d(2013-08完鉆投產，2014-04、2014-11兩次檢修)；使用硬質合金接箍后，該井起測時，相比普通接箍磨損量大幅減小，油井檢泵周期大于420 d。按油井斷脫平均檢泵費用￥12萬元計算，使用硬質合金接箍后，單井檢泵周期延長1倍，同比可節約維護費用約￥12萬元。

目前，玉門油田鴨兒峽采油廠試驗性應用硬質合金接箍4口井，生產正常。按照表3統計數據，若將該技術擴展應用到定向井和水平井上，預計可節約維護費用￥700多萬元，滿足經濟性生產的要求。

表3　玉門油田鴨兒峽采油廠油井類型

3　結論

1)由于硬質合金接箍的表面涂層，在摩擦過程中，其涂層金屬起到一定潤滑作用，相當于摩擦因數減小，避免了接箍與油管過度磨損，從而減小了油管磨損量。

2)硬質合金接箍偏磨量小于普通接箍，同時硬質合金接箍受井身結構影響較小，防偏磨效果好。

3)接箍硬度增大、表面粗糙度小，接箍偏磨的磨損量小，反之，接箍磨損量大。側向載荷的變化對普通接箍偏磨影響大，對硬質合金接箍影響較小。

4)在定向井和水平井的有桿泵采油過程中，硬質合金接箍的使用有著良好的匹配性，能夠有效地延長油井的檢泵周期和降低油井的維護費用，從而提高了油井的生產時效和經濟性。

[1]劉桂林，陳偉平，高榮曉.抽油機井桿管偏磨成因分析及防治措施[J].鉆采工藝，2005，28(6)：79-81.

[2]劉曉旭，林元華，曾德智，等.有桿抽油系統桿管偏磨磨損量預測研究[J].石油礦場機械，2009，38(1)：34-37.

[3]何世龍，遲兆燕，單金鵬.勝利油田桿管偏磨現狀分析[J].勝利油田職工大學學報，2004(3)：9-10.

[4]李新華.勝利油田油井管桿偏磨現狀及治理對策[C]//東營：勝利采油研究院工程師年會議論文集，2007：75-774.[5]楊海濱，狄勤豐，王文昌.抽油桿柱與油管偏磨機理及偏磨點位置預測[J].石油學報，2005，26(2)：100-103.

[6]溫詩鑄，黃平.摩擦學原理[M].北京：清華大學出版社，2002.

[7]馬衛國，楊新冰，張利華，等.抽油桿管偏磨成因及解決措施研究綜述[J].石油礦場機械，2009，38(1)：22-26.

[8]周錫容，Donald G B，D Craig Owens，等.抽油桿接箍與油管的磨損[J].國外石油機械，1994(1)：48-52.

[9]劉曉旭，喬海波，黃梅，等.有桿泵抽油系統桿管偏磨磨損效率試驗研究[J].石油礦場機械，2012，41(12)：37-40.

Research on the Eccentric Wear Preventing Performance of Carbide Rod Coupling

CHEN Xuehui1，ZHENG Lei1，ZHANG Zhengping1，LAN Fang1，LI Ning2，FENG Wei2

(1.Exploration and Development Research Institute，Yumen Oilfield Company，Jiuquan 735019，China；2.YaerxiaOilProductionPlant，YumenOilfieldCompany，Jiuquan735200，China)

With the development of the oilfield，the phenomenon of rod coupling eccentric wear grow intensely，which not only leads to oil well maintenance be more difficultly，but also the workload and cost increase，seriously affects the normal oil well production.Through rod coupling eccentric wear research，the reasons why eccentric wear of rod coupling happens are summarized.On the basic，the normal rod couplings and carbide ones are monitored，the actual situation of wear are obtained in the probability statistical method，which is in order to compare and analysis their difference of eccentric wear performance.According to standard of oil well maintenance cost in actual production，evaluate application prospect of two types of rod coupling from economy and provide relevant technical support for improving the efficiency of the oilfield production at last.

sucker rod；rod coupling；eccentric wear mechanism；carbide

1001-3482(2016)10-0062-04

2016-04-07

陳學輝(1988-)，男，甘肅酒泉人，碩士，主要從事采油機械設備及工具研究，E-mail：gsjqcxh@sina.com。

TE933.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.014