抽油桿硬質(zhì)合金接箍防偏磨性能研究

陳學(xué)輝，鄭　雷，張正平，蘭　芳，李　寧，馮　偉

(1.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司 鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019；2.中國(guó)石油玉門(mén)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(zhì)合金接箍防偏磨性能研究

陳學(xué)輝1，鄭雷1，張正平1，蘭芳1，李寧2，馮偉2

(1.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司 鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019；2.中國(guó)石油玉門(mén)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(xiàn)象日益增多，造成油井維護(hù)的工作量上升、難度加大和成本增加，嚴(yán)重影響油田正常生產(chǎn)。通過(guò)接箍偏磨相關(guān)機(jī)理研究，總結(jié)了接箍偏磨的原因及影響因素。在此基礎(chǔ)上，對(duì)普通接箍和硬質(zhì)合金接箍在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用概率統(tǒng)計(jì)方法，得出2類(lèi)接箍的實(shí)際磨損量，并對(duì)其抗偏磨性能進(jìn)行了對(duì)比分析。根據(jù)油田正常油井生產(chǎn)的維護(hù)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，從經(jīng)濟(jì)性方面評(píng)價(jià)了2類(lèi)接箍應(yīng)用前景，為油田生產(chǎn)創(chuàng)效提供技術(shù)支持。

抽油桿；抽油桿接箍；偏磨機(jī)理；硬質(zhì)合金

目前，國(guó)內(nèi)油田80%以上采用有桿泵采油技術(shù)。有桿抽油系統(tǒng)在采油過(guò)程中，油管和抽油桿之間存在相互運(yùn)動(dòng)，受油、水等井下介質(zhì)的影響，接箍與油管之間產(chǎn)生摩擦，從而形成偏磨。其降低了抽油桿接箍及本體的強(qiáng)度，造成抽油桿脫扣或本體斷裂；同時(shí)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?dāng)?shù)增多，致使油井檢泵周期短，維護(hù)作業(yè)的費(fèi)用呈逐年上升的趨勢(shì)。例如，2004年勝利油田開(kāi)井約1.3萬(wàn)口，存在桿管偏磨井約占抽油井開(kāi)井?dāng)?shù)的30%。因抽油桿、油管偏磨造成的油井維護(hù)工作量占油井全部維護(hù)工作量的50～60%，造成每年上億元的桿管材料費(fèi)的損失[3]；大慶油田在3年期間共發(fā)生抽油桿斷脫821次，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)￥2 000 萬(wàn)元，其中由于抽油桿接箍偏磨占總數(shù)的 74%[4]；玉門(mén)油田鴨兒峽采油廠在2015年發(fā)生抽油桿斷脫12井次，增加油井維護(hù)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(hù)費(fèi)用增加了約￥180萬(wàn)元。

因此，研究抽油桿接箍偏磨機(jī)理，分析接箍偏磨的原因并提出防偏磨措施十分必要。同時(shí)分析評(píng)價(jià)硬質(zhì)合金接箍的應(yīng)用效果，為提高油田經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1　接箍偏磨機(jī)理

1.1理論依據(jù)

理論上將磨損機(jī)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中，表面材料發(fā)生消耗，其特征是在摩擦副對(duì)偶表面沿滑動(dòng)方向形成劃痕。磨料磨損機(jī)理包括微觀切削磨損機(jī)理、多次塑變磨損機(jī)理(加工硬化)、微觀斷裂磨損機(jī)理及疲勞磨損機(jī)理。在實(shí)際磨料磨損過(guò)程中，通常有幾種機(jī)理共同作用，但主要以一種機(jī)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(shù))、載荷。

國(guó)外學(xué)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(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，造成抽油桿接箍偏磨的原因包括井身結(jié)構(gòu)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(zhì)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(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

以玉門(mén)油田公司鴨兒峽采油廠K1-15井為例，其井身結(jié)構(gòu)如圖2。

3．1 留守學(xué)生心理健康的總體狀況 本文認(rèn)為留守中學(xué)生在學(xué)習(xí)焦慮、身體癥狀、自責(zé)傾向和過(guò)敏傾向方面存在不少問(wèn)題。留守組與非留守組MHT得分除學(xué)習(xí)焦慮外前者各項(xiàng)均高于后者，孤獨(dú)傾向、自責(zé)傾向、過(guò)敏傾向、身體癥狀、沖動(dòng)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(wèn)題，與既往研究基本一致［2－4］。值得注意的是留守學(xué)生的學(xué)習(xí)焦慮得分低于對(duì)照組，這可能是因?yàn)檗r(nóng)村學(xué)生父母文化程度普遍不高，父母在家對(duì)兒童學(xué)習(xí)要求多但輔導(dǎo)并不多，父母外出后，代養(yǎng)人對(duì)留守兒童的學(xué)習(xí)關(guān)心較少。雖未達(dá)到顯著差異，但這一現(xiàn)象值得廣大父母深思。

圖2　K1-15井井身結(jié)構(gòu)

2.1普通接箍

K1-15井于2013-08完鉆投產(chǎn)，采用三級(jí)抽油桿組合、普通接箍連接、深井桿式泵生產(chǎn)，下泵深度2 400 m，平均動(dòng)液面2 214 m。2014-04，油管漏失上修；2014-11，該井?dāng)嗝撋闲蓿l(fā)現(xiàn)均因接箍偏磨嚴(yán)重而造成。

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

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，整理得到?19 mm普通接箍平均磨損量為2.31 mm，利用概率統(tǒng)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)差公式，對(duì)偏磨量值進(jìn)行整理。計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.77，結(jié)合圖3中柱形圖波動(dòng)情況，得出?19 mm普通接箍偏磨量在2.31 mm上下波動(dòng)，且波動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)差σ=0.34，偏磨量約為1.35 mm。除個(gè)別值波動(dòng)較大外，其偏磨量約在其值±0.3 mm波動(dòng)，波動(dòng)不大。?25 mm普通接箍平均磨損量為1.01 mm，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.08，偏磨量約為1.01 mm，偏磨量約在其值±0.1 mm波動(dòng)，波動(dòng)不大。

a　?19 mm

b　?22 mm

c　?25 mm

從磨損量來(lái)看，?19 mm普通接箍磨損量相對(duì)最大，其值為2.31 mm，?25 mm普通接箍磨損量相對(duì)最小，其值為1.01 mm；從磨損量的波動(dòng)情況來(lái)看，?19 mm普通接箍磨損量的波動(dòng)范圍較大。隨著油井深度的變化，井深結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，油桿尺寸逐漸變小，剛度變小，變形加大，從而導(dǎo)致接箍偏磨程度加劇，磨損量變大。

2.2硬質(zhì)合金接箍

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

表2　硬質(zhì)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(zhì)合金接箍平均磨損量為0.12 mm，標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)，波動(dòng)很小。?25 mm硬質(zhì)合金接箍平均磨損量為0.11 mm，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.052，偏磨量約為0.11 mm，偏磨量約在其值±0.1 mm波動(dòng)，波動(dòng)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(dòng)不大。表明硬質(zhì)合金接箍受井深、油桿自身?xiàng)l件影響較小，其抗偏磨效果明顯。

2.3經(jīng)濟(jì)性分析

K1-15井使用普通接箍時(shí)，油井平均檢修周期為225 d(2013-08完鉆投產(chǎn)，2014-04、2014-11兩次檢修)；使用硬質(zhì)合金接箍后，該井起測(cè)時(shí)，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?dāng)嗝撈骄鶛z泵費(fèi)用￥12萬(wàn)元計(jì)算，使用硬質(zhì)合金接箍后，單井檢泵周期延長(zhǎng)1倍，同比可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用約￥12萬(wàn)元。

目前，玉門(mén)油田鴨兒峽采油廠試驗(yàn)性應(yīng)用硬質(zhì)合金接箍4口井，生產(chǎn)正常。按照表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，若將該技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用到定向井和水平井上，預(yù)計(jì)可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用￥700多萬(wàn)元，滿足經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的要求。

表3　玉門(mén)油田鴨兒峽采油廠油井類(lèi)型

3　結(jié)論

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

2)硬質(zhì)合金接箍偏磨量小于普通接箍，同時(shí)硬質(zhì)合金接箍受井身結(jié)構(gòu)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(cè)向載荷的變化對(duì)普通接箍偏磨影響大，對(duì)硬質(zhì)合金接箍影響較小。

4)在定向井和水平井的有桿泵采油過(guò)程中，硬質(zhì)合金接箍的使用有著良好的匹配性，能夠有效地延長(zhǎng)油井的檢泵周期和降低油井的維護(hù)費(fèi)用，從而提高了油井的生產(chǎn)時(shí)效和經(jīng)濟(jì)性。

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Research on the Eccentric Wear Preventing Performance of Carbide Rod Coupling

CHEN Xuehui1，ZHENG Lei1，ZHANG Zhengping1，LAN Fang1，LI Ning2，F(xiàn)ENG 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(xué)輝(1988-)，男，甘肅酒泉人，碩士，主要從事采油機(jī)械設(shè)備及工具研究，E-mail：gsjqcxh@sina.com。

TE933.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.014