采油井偏磨现状分析与研究

卢军

摘 要：抽油机采用抽油杆向井下泵传递动力，杆管接触时，相对运动造成抽油杆与油管的磨损，称为偏磨。偏磨使抽油杆磨损，降低了抽油杆的强度，造成抽油杆断裂，磨穿油管壁，影响油井正常工作，给油田带来较大的经济损失。本文调研分析了胜利油田石油开发中心853-7井杆管偏磨和治理方面的现状，研究了造成杆管偏磨的机理，危害以及治理方案。

关键字： 油井偏磨 HDPE内衬油管 油杆断脱

一、前言

油田开发进入高含水开采阶段，油井的井况发生了很大的变化，加之强注强采，致使管杆工作环境日益恶劣，抽油井的偏磨腐蚀问题变得越来越突出。偏磨与腐蚀相互作用，加快了管杆磨损速度。据统计2009年度，胜利油田石油开发中心因为管杆偏磨造成油井维护工作量占到维护量的1/3左右，偏磨造成的管杆报废率达到60%以上，仅作业费用和管杆投入达数亿元，有效治理偏磨亟待解决的问题。

二、杆管偏磨的机理分析及危害

1、偏磨的机理分析

抽油机井的管杆泵在井下时刻受到拉压弯扭挤等组合变形的影响，在这个复杂的受力运动系统中，造成管杆偏磨的因素太多，主要有：

（1）井液介质的因素。据资料显示，油井产出液含水大于75%时，由油包水型转换为水包油型，管、杆表面则失去了油性润滑介质，磨损程度加重。矿化度明显增大Cl-、HC03-和H2S的含量的普遍较高。管杆的偏磨，表面生热，铁原子活化。具有强腐蚀性的产出液，使偏磨处优先被电化学腐蚀，使得管杆偏磨表面更粗糙，磨损更为严重。

（2）井身结构的影响：随着油田的开发斜井、定向井越来越多，井身结构更加复杂。造斜点附近，管杆受井眼轨迹的影响产生弯曲，管杆发生强烈摩擦磨损。

（3）油管受压弯曲的影响：有封隔器等工具的管柱，尾管较短时，泵上油管受压弯曲，造成抽油杆与油管偏磨。

2、偏磨引起的危害

随着油田开发的不断深入，综合含水逐年上升，加之多年的强注强采，致使杆、管在井下的工作条件日益恶劣，偏磨腐蚀加剧，各种原因引起的断脱、漏失问题也就日趋严重。

（1）偏磨引起断脱、漏失

井斜引起的偏磨及原因造成井斜的因素很多，有自然井斜，人工井斜和地层蠕动等。由于井斜或套管变形形成“拐点”，使油管产生弯曲。在油井生产时，抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分力N（正压力）的作用，油管和抽油杆在“拐点”处接触，产生摩擦。

在“拐点”弯曲度较小的地方，油管内壁和抽油杆接箍产生摩擦，油管偏磨面积较大，而弯曲度较大的地方，不仅油管内壁与抽油杆接箍产生摩擦，油管内壁与抽油杆本体也产生摩擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。

（2）“失稳”对偏磨的影响

首先，分析杆、管在上下冲程过程中每一点的受力状况。在上冲程过程中，有杆柱向上的拉力，该点以下杆柱在液体中的重力，该点以下杆柱在上行中与液体的摩擦力，活塞与泵筒的摩擦力。由于向上的拉力远大于向下的阻力，因此，杆柱在向上的拉力作用下向上运动，完成上冲程。在这个运动过程中，杆柱每一点在合力作用下都被拉直，不与油管接触，从而不会发上偏磨现象。中性点（即合力为零的点）以下油管受力时，有上部油管在井液中的重力形成向下的压力、下部油管在液体中的重力以及管内介质对油管和活塞对泵筒向上的摩擦力[1]。在上述力的作用下，下部油管发生摆动与抽油杆接箍产生摩擦。这种偏磨较轻，通常为双面偏磨。中性点位置与泵以下尾管的长度有关。若尾管长，则泵以下的重量加大，就可以把弯曲应力抵消。

在下冲程过程中，油管每一点的合力都是向下，油管被拉直，不会发生偏磨现象。杆柱每一点的受力以该点以下杆柱在液体中的重力，杆柱下行时与液体摩擦产生的向上的阻力，活塞与泵筒摩擦产生的向上的阻力，该点以上杆柱在液体中重力作用于该点形成的向下的压力。下冲程时各点受力比较复杂，而且处于变化中，下冲程运动开始时，还受到杆柱向上的惯性力的作用。各点合力向下，杆柱向下运动。中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，不会弯曲变形，发生偏磨现象。而中性点以下的抽油杆，由于该点以下杆柱的重力较小，不足于克服其他各种向上的阻力，而该点以上杆柱的重力较大，作用于该点形成向下的压力较大，下部杆柱在强大的压力作用下完成下冲程，容易弯曲变形，发生偏磨现象。由于杆柱的塑性较强，上部的重力不会很快对下部形成压力，而下部杆柱在上冲程的惯性力作用下还在向上运动，大大增加了中下部杆柱的弯曲程度。杆柱发生弯曲的这种现象称“失稳”，杆柱“失稳”是偏磨的主要原因，而中性点越低，杆柱的“失稳”越轻，杆柱偏磨现象也越轻。“失稳”引起的偏磨均为双偏磨，使抽油杆强度变低，加之交变载荷的影响，抽油杆容易疲劳。因此，底部抽油杆出现断脱的情况较多。

从理论上讲，“失稳”与如下因素有关：冲程、冲次越大，“失稳”越严重；多级组合中，细杆比例越大，“失稳”越严重；同一深度，三级组合比二级组合“失稳”严重；泵的间隙越小，活塞与泵筒的摩擦力越大，“失稳”越严重。

三、综合治理对策

对偏磨井采取综合治理措施，形成了以“扶正、加重、锚定”为主导的偏磨井综合治理技术。

1、自动防偏磨抽油杆加倒拉錨治理技术

综合利用HW自动防偏磨抽油杆和管柱锚定技术这两种工艺技术，对偏磨较严重的井进行治理，采用管柱锚定技术可以减轻和预防管柱弹性伸缩弯曲造成的管杆偏磨损伤，自动防偏磨装置可实现油管、抽油杆隔离不接触，降低抽油杆柱下行阻力，最终达到满意的防偏磨效果。

2、特殊接箍防偏磨技术

对抽油杆接箍进行特殊处理，提高其光洁度、硬度及抗腐蚀能力，减小摩擦系数，达到减轻抽油杆磨损的目的。目前常用的特殊接箍主要有镀铬接箍和双向保护接箍。

3、小电泵采油工艺技术

采用小电泵采油工艺技术可以彻底解决偏磨问题。该技术适应井况较好、供液能力强、不出砂的井。之前在四矿偏磨严重的几口井采取了小电泵采油工艺措施，由于小电泵质量问题，成功率仅为50%，但成功的井目前仍正常生产，免修期均达到了600天以上。

4、采用防偏磨采油工艺管柱

该工艺是依据“同心圆”理论开发的防偏磨采油工艺技术。其特点一是采用泵下加重装置，将抽油杆柱的中和点下移至泵筒以下，使管杆始终处于拉伸状态；二是对油管采取双向锚定措施，防止油管蠕动弯曲；三是采取自动旋转扶正装置，减轻油管抽油杆之间的摩擦。

参考文献

[1] 李健康，郭益军，谢文献；有杆泵井管杆偏磨原因分析及技术对策[J]；石油机械；2000年06期