耐高温防偏磨工艺的研究与应用

贺志峰，雷 佳，李金斌，王浩承，姚新玲

（1.江苏油田采油一厂，江苏扬州 225265；2.江苏油田油气生产服务中心，江苏扬州 225265）

针对江苏油田采油一厂深抽下泵井，结蜡严重单元区块，常规防偏磨工艺，尼龙扶正器、内衬油管等在耐高温方面存在局限性，防偏磨手段有限，导致深井检泵周期短躺井频繁，为此研制并应用了陶瓷防偏磨技术，解决深抽井耐高温防偏磨的难题。

1 研究思路

重点研究并开发了新型陶瓷材料扶正器设计、优选与陶瓷扶正器在作业过程中的保护改进与完善、相关技术的研究与应用，通过在现场实施的3 口井，实现了该工艺的预期效果，实现了陶瓷扶正器重复下井，并延长了检泵周期（见表1）。

工艺创新点在于：以氧化锆（ZrO2）为原料，高温下烧结为陶瓷，以陶瓷为主体设计耐高温防偏磨扶正器，并改进了陶瓷保护衬套，解决了下井过程中陶瓷破碎的问题。

2 主要研究内容

2.1 材料的优选

以ZrO2为原料，高温下烧结为陶瓷，以陶瓷为主体设计耐高温防偏磨扶正器。氧化锆陶瓷材料具有硬度高，耐温、耐磨、耐冲蚀、耐腐蚀的优点，其密度和断裂韧性都明显高于其他陶瓷（见表2）。

图1

2.2 结构的设计

表1 传统防偏磨工艺的特点及局限性

表2

陶瓷材料扶正器主要由扶正器缸体、陶瓷扶正套、垫套、挡环组成（见图1）。

扶正套采用组合式扶正，由外圆柱面的陶瓷主扶正套和两端螺旋齿状球铁保护垫套组成。陶瓷套两端球墨铸铁套，起到对陶瓷扶正套防冲击保护作用，工作时球墨铸铁套先发挥作用，当其外径磨损到陶瓷套外径时，氧化锆陶瓷套本体发挥防偏磨作用。

3 取得的成果

3.1 室内开展实验性能评价

3.1.1 室内适用性评价 氧化锆陶瓷，经过1 400 ℃高温烧结而成，其耐温性能不言而喻，室内实验其最高耐温可达1 700 ℃。

表3 型号及基本数据

根据计算，选用73.025 mm、N80 型、壁厚5.51 mm的现场常用平式普通油管进行了计算，利用此类型油管，19 mm、22 mm 扶正器油流过流面积分别为1 587.1 mm2、1 356.48 mm2，普通油管完全可以满足工艺的要求。

3.1.2 耐磨性能分析 采用陶瓷作为主要防磨体材料具有很好的自润滑性能，摩擦系数不到钢与钢摩擦系数的1/20，耐磨性能强（钢与钢的滑动摩擦系数：0.43，陶瓷与钢的滑动摩擦系数0.02）。耐磨性能强，可重复使用，能有效延长扶正器使用寿命，同时陶瓷摩擦系数低，对油管损伤低（见表4）。

（1）两端配套增强尼龙保护垫套，对陶瓷起到保护作用，解决了陶瓷怕磕碰，易碎的问题。

（2）扶正器钢体由35CrMo 合金结构钢经过调质处理后加工而成，具有较高的抗拉强度和耐疲劳性能。

（3）该扶正器可重复利用，综合效益较高。

表4

3.1.3 耐腐蚀分析 在酸性环境中，采用浸泡方式做耐腐蚀性室内评价（见表5）。

（1）取陶瓷球浸泡在浓度15 %盐酸中4 h 后取出前后称重。

（2）同样取相同质量的铁球相同条件下前后称重作对比。

表5

结论：陶瓷具有极强耐腐蚀性，耐腐蚀性能远远好于不锈钢球。

3.2 现场应用及效果评价

目前使用3 口井，效果良好，平均检泵周期190 d（见表6）。为进一步防止陶瓷扶正器下井作业过程中导致碰撞破碎，采用金属铝包裹陶瓷作为牺牲材料的新工艺，成功解决了陶瓷材料的破碎问题，且铝耐磨性能良好，与钢的摩擦系数与陶瓷相近同为0.02。以联28-3 为例，2018 年4 月20 日下入，2018 年9 月12 日压裂作业起出后发现铝消耗并不严重，部分陶瓷本体有轻微磨损（见表7、图2）。

4 结论认识

该技术通过一年来的技术研究和现场应用，有以下几点结论和认识：

（1）新型陶瓷扶正器具有较好的防磨性能，对抽油泵杆接箍保护效果明显，对油管磨损较小，可实现重复利用，综合效益较高。

（2）对于长冲程低冲次深抽井有良好的适用性。

（3）通过金属铝的包裹，陶瓷扶正器解决了易碎问题。

表6

表7

图2

5 结语

在工艺实施过程中，虽然在工艺上取得了成功，但也存在一些技术上的难题，是下步攻关和努力的方向，另外在该技术的应用领域方面可进一步拓展、改进和发展。

（1）虽然实现了重复使用，在解决配套油管的耐磨程度上，仍有很大发展空间。

（2）解决了节箍偏磨严重的问题，但抽油杆本体的偏磨仍未解决。

（3）针对油井结垢、结蜡、细菌腐蚀、导致偏磨加剧、检泵周期短等问题，在加药维护工作上需进一步提高。