偏磨治理措施研究及偏磨與能耗關系淺析

于海山 王慶太 張建（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

桿管偏磨是影響抽油機能耗的井下節點，但在抽油機能耗治理措施中往往從抽油機機型、平衡度、節能控制柜等角度出發，而忽視了井下偏磨造成能耗增加的治理。隨著油田開發過程中定向井比例攀升、油田含水升高，油井桿管偏磨問題突出，偏磨不僅成為抽油機能耗增加的重要因素，而且成為造成油井檢泵的最重要原因之一[1]。治理偏磨問題，對降低抽油機井能耗和作業維護成本具有重要意義。因此，文章通過對偏磨機理及影響因素分析，針對偏磨治理措施進行了深入研究，對油田生產降本增效具有重要的參考價值。

1 偏磨機理

偏磨是指抽油桿與油管發生滑動摩擦，造成抽油桿及油管磨損。所以，偏磨必須同時具備相互接觸、相對運動及具有摩擦系數三個條件。抽油桿與油管發生相互接觸，主要是抽油桿或油管變形所致；抽油桿與油管的相對運動，也是抽油機井原油舉升的必要條件，不能避免；抽油桿外壁與油管內壁的摩擦系數取決于二者的材質、變形大小、產液含水程度。在抽油桿與油管材質不變的情況下，產液含水控制難度大，因此，分析桿管偏磨機理要從抽油桿與油管受力變形的角度出發，分析整個原油舉升過程中變形發生的主要原因及位置。

上沖程過程中，抽油桿承受抽油桿自身、連桿、活塞、液柱的重力，抽油桿、液柱的慣性力，井口回油壓力，活塞與泵筒的摩擦力，液柱對抽油桿的浮力等。在這些力的綜合作用下，抽油桿被拉直伸長，一般不會發生彎曲；但油管受上載荷影響發生縮短甚至彎曲，并且發生變形使得偏磨的概率與上載荷大小成正比例關系。

下沖程過程中，抽油桿承受抽油桿自身、連桿、柱塞、液柱的重力，柱塞擊打液體的沖擊力、慣性力、振動力，抽油桿和液柱的摩擦力等。在這些力的綜合作用下，抽油桿上下受力不均，出現速度差，使下部抽油桿發生彎曲，并且在振動力的疊加下彎曲程度加大，進而導致偏磨的發生；但油管主要受自身重力作用，向下伸長，一般不會發生彎曲。

因此，偏磨主要是受力不均引起變形的基礎上疊加振動載荷導致的，大部分偏磨的位置發生在抽油桿下部[2-7]。但對于斜井而言，造斜段抽油桿和油管發生彎曲，也是偏磨發生的重要位置[8-9]。

表1 油井桿管偏磨影響因素分析

2 偏磨影響因素

從油田生產的實際出發，總結出影響油井桿管偏磨主要有4 大類8 項因素（表1）。

產液及含水、井斜是影響偏磨的固有因素，產液量下降、含水上升，桿管摩擦缺少潤滑，加劇了磨損；斜井比例上升，造斜段偏磨較為嚴重。

結蠟、出砂、化學藥劑是影響偏磨的地域因素，受原油物性及儲層影響，結蠟及出砂現象影響油井負荷，不僅增加運行能耗，而且加劇了桿管偏磨，影響桿管壽命；應用化學藥劑降黏，在緩解結蠟影響的同時，化學藥劑與桿管材質發生化學反應，溶蝕表面結構，加速了桿管之間的磨損。

舉升參數和泵掛深度是影響偏磨的參數因素，舉升參數的設置決定了偏磨的速度，通過舉升參數的調整只能被動地減緩桿管之間的疲勞損傷；泵掛深度不僅影響桿管的長度，而且還影響井底流壓，使桿管變形復雜，加速了桿管間的磨損。

桿管材質是影響偏磨的材料因素，自身的耐磨、防腐及摩擦系數，影響發生偏磨的概率及壽命。

3 偏磨治理措施

3.1 優化工作制度

由于地層供液能力差，泵充不滿，液擊現象導致抽油桿彎曲，加劇偏磨。針對供液不足井實施間歇采油，并優化工作制度，實現單井個性化間歇采油制度，既保證油井在合理流壓下生產，避免液擊現象造成的偏磨問題，又達到節能降耗目的。

3.2 優化舉升參數

針對舉升參數過大造成的低流壓井，以“長沖程、慢沖速”為運行原則，優化舉升參數，必要時采取換小泵措施，使抽油機井在合理沉沒度及合理抽汲參數下生產，既保持合理生產壓差，又保持較高泵效，防治偏磨。并且，針對日產液為2～3 t、運行參數無法降低的井，通過采用長沖程智能抽油機舉升技術和過渡輪二次減速技術，有效防治偏磨。

3.3 優化桿管匹配

統計近年偏磨位置得出，偏磨主要發生在桿柱下部400 m 左右的區域，尤其集中在下部150 m 區域（表2）。所以，治理偏磨必須在桿管匹配的源頭，加強偏磨重點位置的監測予以預防。

表2 2011—2018 年偏磨位置統計

對于抽油桿，采用四級桿組合（表3），對泵上易偏磨部位應用加重桿并匹配防偏磨接箍，加重桿的應用使桿柱中性點下移，降低桿柱的交變應力，減緩彎曲變形幅度；接箍部位是桿、管偏磨的主要發生部位，防偏磨接箍的應用強化了抽油桿連接部位的耐磨度。

對于油管，采用27/8in（1 in=25.4 mm）外加大油管掛短接+外加大油管+J55 平式油管+激光熔覆納米高分子涂層油管組合，對1～600 m 油管應用外加大油管，增加油管抗拉強度；對泵上300 m 左右的油管應用激光熔覆納米高分子涂層油管及多元共滲油管接箍，通過增加油管及接箍強度并改善管桿間摩擦性質，達到了加強油管耐磨性及化學腐蝕性、降低管桿磨損的目的（表3）。

表3 抽油機舉升機、泵、桿、管優化匹配

3.4 優化扶正

近年來，油田開發采用的定向井比例逐年升高，已占到應開井的50%以上，在這類定向井造斜段位置的桿管偏磨情況較為嚴重。統計“十二五”以來，由于偏磨發生檢泵的井有839 口，定向井所占偏磨比例由31.0%上升到70%以上（表4），必須采用優化扶正器的措施予以重點治理。同時，對直井扶正措施也需加強，進一步降低檢泵比例。

表4 2011—2018 年偏磨井井別統計

為有效避免桿管摩擦，對抽油桿合理匹配雙作用扶正器和防滑竄扶正器，改善抽油桿彎曲軸向力的作用。一般情況下，對偏磨井200～500 m 處每根抽油桿加1 個防滑竄扶正器與2 個雙作用扶正器，500～1 000 m 處每根抽油桿加1 個防滑竄扶正器，1 000～1 500 m 處每根抽油桿加1 個防滑竄扶正器與1 個雙作用扶正器；對油管使用油管錨，抑制油管彈性伸縮變形，減小油管震蕩造成的管桿偏磨概率。

而直井在井深與供液不足的影響下，在桿的下部同樣發生偏磨。在直井的管理中，新井投產時不配套扶正器，發生偏磨時在偏磨段增加相應的扶正器。因無扶正器，抽油機長期運行會導致偏磨的發生，在新井投產時，將泵上200 m 處加扶正器，可較好地防治直井偏磨。

3.5 優化防砂

堅持高密度纖維防砂篩管的應用，并對出泥漿、出細砂井應用防砂抽油泵和防砂篩管組合；對壓裂井尾追樹脂陶粒防止壓后吐砂。此外，對儲層砂體問題造成的易出砂井，開展化學防砂技術及配套防砂舉升工藝的應用，避免出砂引起的偏磨問題。

3.6 優化清蠟

為降低結蠟帶來的偏磨問題，優化加藥措施，單井按“含水、產量、載荷、電流”等參數分類管理，突出個性化加藥量、加藥制度。針對加藥受效差井，實施超導熱洗、高溫熱洗補充，避免結蠟造成桿管偏磨。同時，對化學藥劑優化藥劑配方，提高閃點，降低腐蝕性。

表5 偏磨治理措施

綜上所述，偏磨治理措施可進一步概括為2 大類7 項措施（表5）。針對偏磨影響因素可采用對應的措施來治理偏磨，主動措施用來預防和治理偏磨，被動措施用于治理和減緩偏磨。

4 偏磨與能耗關系

通過以上措施應用前后的能耗對比，初步分析了幾種偏磨因素對能耗的影響情況（表6）。

表6 偏磨與能耗情況統計

由表6 可知，對治理偏磨，采取不停機間抽、優化扶正器、優化加藥、熱洗、防砂固砂、提高閃點、二次減速、優化合理流壓等措施，能耗反映的不只是偏磨造成的能耗情況，單純偏磨引起的能耗很難測算出來。而激光熔覆納米高分子涂層油管的應用，只是對偏磨段的油管進行了更換，改變了桿管間的摩擦性質，其他井況條件并未改變。治理前后日耗電節約3.2 kWh，具有一定的代表性。

所以，初步得出單純偏磨因素影響日耗電3.2 kWh，能耗影響不大，更重要的是偏磨問題造成的桿、管損傷結果，會大幅增加作業維護成本。

5 結論

1）從偏磨機理可以分析出，上沖程過程中油管上部和下沖程過程中抽油桿下部都是易發生彎曲而造成偏磨的部位。

2）從油田生產的實際出發，總結出影響油井桿管偏磨的4 大類8 項因素，主要是井斜、結蠟及出砂、產液及含水、化學藥劑、泵掛深度、舉升參數、桿管材質等。

3） 通過偏磨影響因素分析，從預防摩擦發生、減少摩擦次數、提高材質強度、降低摩擦系數等角度出發，可采取優化工作制度、優化舉升參數、優化桿管匹配、優化扶正、優化防砂等針對性治理措施來防治偏磨。

4）根據22 口井的統計數據，單純偏磨因素影響日耗電3.2 kWh，能耗影響不大，治理偏磨主要是解決桿管損傷會大幅增加作業維護成本的問題。