耐高溫防偏磨工藝的研究與應用

賀志峰，雷 佳，李金斌，王浩承，姚新玲

（1.江蘇油田采油一廠，江蘇揚州 225265；2.江蘇油田油氣生產服務中心，江蘇揚州 225265）

針對江蘇油田采油一廠深抽下泵井，結蠟嚴重單元區塊，常規防偏磨工藝，尼龍扶正器、內襯油管等在耐高溫方面存在局限性，防偏磨手段有限，導致深井檢泵周期短躺井頻繁，為此研制并應用了陶瓷防偏磨技術，解決深抽井耐高溫防偏磨的難題。

1 研究思路

重點研究并開發了新型陶瓷材料扶正器設計、優選與陶瓷扶正器在作業過程中的保護改進與完善、相關技術的研究與應用，通過在現場實施的3 口井，實現了該工藝的預期效果，實現了陶瓷扶正器重復下井，并延長了檢泵周期（見表1）。

工藝創新點在于：以氧化鋯（ZrO2）為原料，高溫下燒結為陶瓷，以陶瓷為主體設計耐高溫防偏磨扶正器，并改進了陶瓷保護襯套，解決了下井過程中陶瓷破碎的問題。

2 主要研究內容

2.1 材料的優選

以ZrO2為原料，高溫下燒結為陶瓷，以陶瓷為主體設計耐高溫防偏磨扶正器。氧化鋯陶瓷材料具有硬度高，耐溫、耐磨、耐沖蝕、耐腐蝕的優點，其密度和斷裂韌性都明顯高于其他陶瓷（見表2）。

圖1

2.2 結構的設計

表1 傳統防偏磨工藝的特點及局限性

表2

陶瓷材料扶正器主要由扶正器缸體、陶瓷扶正套、墊套、擋環組成（見圖1）。

扶正套采用組合式扶正，由外圓柱面的陶瓷主扶正套和兩端螺旋齒狀球鐵保護墊套組成。陶瓷套兩端球墨鑄鐵套，起到對陶瓷扶正套防沖擊保護作用，工作時球墨鑄鐵套先發揮作用，當其外徑磨損到陶瓷套外徑時，氧化鋯陶瓷套本體發揮防偏磨作用。

3 取得的成果

3.1 室內開展實驗性能評價

3.1.1 室內適用性評價 氧化鋯陶瓷，經過1 400 ℃高溫燒結而成，其耐溫性能不言而喻，室內實驗其最高耐溫可達1 700 ℃。

表3 型號及基本數據

根據計算，選用73.025 mm、N80 型、壁厚5.51 mm的現場常用平式普通油管進行了計算，利用此類型油管，19 mm、22 mm 扶正器油流過流面積分別為1 587.1 mm2、1 356.48 mm2，普通油管完全可以滿足工藝的要求。

3.1.2 耐磨性能分析 采用陶瓷作為主要防磨體材料具有很好的自潤滑性能，摩擦系數不到鋼與鋼摩擦系數的1/20，耐磨性能強（鋼與鋼的滑動摩擦系數：0.43，陶瓷與鋼的滑動摩擦系數0.02）。耐磨性能強，可重復使用，能有效延長扶正器使用壽命，同時陶瓷摩擦系數低，對油管損傷低（見表4）。

（1）兩端配套增強尼龍保護墊套，對陶瓷起到保護作用，解決了陶瓷怕磕碰，易碎的問題。

（2）扶正器鋼體由35CrMo 合金結構鋼經過調質處理后加工而成，具有較高的抗拉強度和耐疲勞性能。

（3）該扶正器可重復利用，綜合效益較高。

表4

3.1.3 耐腐蝕分析 在酸性環境中，采用浸泡方式做耐腐蝕性室內評價（見表5）。

（1）取陶瓷球浸泡在濃度15 %鹽酸中4 h 后取出前后稱重。

（2）同樣取相同質量的鐵球相同條件下前后稱重作對比。

表5

結論：陶瓷具有極強耐腐蝕性，耐腐蝕性能遠遠好于不銹鋼球。

3.2 現場應用及效果評價

目前使用3 口井，效果良好，平均檢泵周期190 d（見表6）。為進一步防止陶瓷扶正器下井作業過程中導致碰撞破碎，采用金屬鋁包裹陶瓷作為犧牲材料的新工藝，成功解決了陶瓷材料的破碎問題，且鋁耐磨性能良好，與鋼的摩擦系數與陶瓷相近同為0.02。以聯28-3 為例，2018 年4 月20 日下入，2018 年9 月12 日壓裂作業起出后發現鋁消耗并不嚴重，部分陶瓷本體有輕微磨損（見表7、圖2）。

4 結論認識

該技術通過一年來的技術研究和現場應用，有以下幾點結論和認識：

（1）新型陶瓷扶正器具有較好的防磨性能，對抽油泵桿接箍保護效果明顯，對油管磨損較小，可實現重復利用，綜合效益較高。

（2）對于長沖程低沖次深抽井有良好的適用性。

（3）通過金屬鋁的包裹，陶瓷扶正器解決了易碎問題。

表6

表7

圖2

5 結語

在工藝實施過程中，雖然在工藝上取得了成功，但也存在一些技術上的難題，是下步攻關和努力的方向，另外在該技術的應用領域方面可進一步拓展、改進和發展。

（1）雖然實現了重復使用，在解決配套油管的耐磨程度上，仍有很大發展空間。

（2）解決了節箍偏磨嚴重的問題，但抽油桿本體的偏磨仍未解決。

（3）針對油井結垢、結蠟、細菌腐蝕、導致偏磨加劇、檢泵周期短等問題，在加藥維護工作上需進一步提高。