杆管偏磨原因分析及治理

赵悦琳

摘要：随着油田开发时间的延长， 抽油井的井况会发生变化， 抽油井偏磨现象日益突出。本文结合抽油井偏磨现状， 分析了造成抽油机井杆管偏磨的原因及影响因素， 介绍了偏磨井治理配套技术， 提出了下一步防偏磨治理工艺的思路。

關键词：抽油机井;偏磨机理;防治措施;

引 言

近年来，抽油机井杆管偏磨井数在国内各油田均呈逐年增加的趋势， 杆管偏磨已经成为影响油井检泵作业的主要因素之一。抽油机井杆管偏磨不仅影响油井产量， 而且缩短了检泵周期， 增加了油井检泵作业费用。导致抽油机井杆管偏磨的主要原因可以分为两类：一是井眼弯曲导致杆管偏磨， 例如斜直井、定向井、水平井以及井眼存在狗腿的垂直井;二是垂直井中抽油杆柱或油管柱在外载荷作用下产生弯曲而导致杆管产生偏磨。虽然在垂直井中， 井眼不可避免地存在弯曲， 但井眼弯曲不是导致垂直井杆管偏磨的主要原因。因为绝大部分垂直井在油田开发初期， 杆管偏磨井数很少， 随着油田的不断开发， 油井含水的不断增高， 杆管偏磨井数呈逐渐增加趋势。因此， 当油田开发至中后期时， 由于油井含水的增高， 恶化了抽油杆柱或油管柱的受力， 从而导致抽油杆柱或油管柱在外载荷作用下产生弯曲而导致杆管产生偏磨。

1含水对抽油杆柱受力的影响

现场研究发现，沉没度较大时， 含水对轴向分布力与临界轴向压力影响较小;沉没度较低时， 轴向分布力与临界轴向压力随含水的增加而显著降低。因此， 低沉没度油井在高含水条件下运行容易产生偏磨。

2沉没度对抽油杆柱受力的影响

通过绘制抽油杆柱轴向分布力与临界轴向压力随沉没度的变化规律，由曲线变化规律可见， 抽油杆柱轴向分布力与临界轴向压力随沉没度的降低而显著降低;含水越高， 临界轴向压力随沉没度降低而降低的幅度越大。因此， 高含水油井在低沉没度条件下运行容易产生偏磨。

3井斜引起偏磨

（1）直井钻井过程中造成的自然井斜。在钻井过程中， 随着钻井深度的增加， 钻头与井口的同心度变差。从纵向上看， 井筒是一条弯曲旋扭的线条， 井深越深， 井斜度越大， 扭曲现象越严重。

（2）定向斜井引起偏磨。对于斜井， 抽油泵在造斜点以下， 杆管互相接触， 杆管偏磨是必然的。

4抽油过程中杆管的弯曲变形引起偏磨

（1）封隔器座封后导致泵上油管弯曲引起偏磨。在分层开采油井中， 封隔器座封过程中会导致油管中和点以下油管弯曲， 若中和点在泵筒以上， 油管弯曲， 引起杆管偏磨。

（2）自由状态下油管弯曲变形。上冲程时， 无锚定管柱中和点以下油管因卸载而产生弹性收缩发生螺旋弯曲， 造成杆管偏磨。油管弯曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近， 即中和点以下到泵的位置。

（3）抽油杆的失稳变形。下冲程， 抽油杆在运动中的发生受压失稳， 造成中和点以下抽油杆受压发生失稳弯曲， 使杆管之间发生偏磨。从理论上讲， 失稳受冲程、冲次、杆径影响。

5 油井杆管偏磨问题的防治措施

（1）采取扶正措施减缓杆管偏磨

通过理论计算与现场实测单井偏磨情况， 对偏磨井查清偏磨部位， 在抽油杆上加装防磨器， 一方面使抽油杆在油管内居中， 另一方面利用防磨器防磨材料与油管间较低的磨擦系数来减缓管杆偏磨状况， 防磨材料为硬度小于油管的尼龙材料。对于大井段偏磨井全井抽油杆扶正。

（2）抽油杆尾部加重

中和点以下抽油杆在下冲程时弯曲严重， 而常规抽油杆组合中下部抽油杆通常是7/8"杆，（本身刚度较小）， 活塞上部接刚度较大的拉杆， 拉杆上接加重杆， 以抵消下冲程中的阻力， 避免下部抽油杆柱受压而发生弯曲， 下液力反馈泵克服活塞下行阻力， 减轻下部磨损。

（3）使用油管张力锚

在泵上10-20m（1-2根油管）下入油管张力锚， 坐挂油管张力锚使泵上油管受6-8吨的预拉力， 油管被固定， 避免了上下冲程时泵上油管受拉压负荷变化弯曲使杆管磨损， 也可减轻管柱的振动。

（4）对大沉没度井上提泵挂避开斜井段生产

对沉没度大于500m的抽油机井在保证合适沉没度的前提下， 上提泵挂， 即减少了管杆接触磨损面积， 同时也减轻了抽油机负荷， 抽油杆所受的拉力减小， 管杆间的正压力也随着减小， 使磨损大大减轻。

（5）改善杆管工作状况

采取堵水措施稳油控水， 减少采出液含水率;根据地层供液能力合适采取小泵生产， 地面采用回压泵降低回压， 减少抽油杆所承受的液柱负荷;采取加大冲程减小冲次的办法减少单位时间内的管杆磨损次数及振动冲击。对于带封隔器分层开采油井， 严格控制座封负荷， 防上油管过度弯曲造成与抽油杆间的磨损。

结 论

（1）科学管理好油井， 保证油井高效运行。要科学地管好油井， 确定油井合理的沉没度， 上好井口盘根;调整油井的抽吸参数， 使装置在高效下工作;及时进行油井清、防蜡， 确定油井合理的热洗周期， 及时解除蜡堵， 确保出油通道畅通;保证合理的油管与抽油杆配合尺寸及泵柱塞与衬套间隙， 以减少摩擦阻力。

（1）当抽油杆柱在油管内产生弯曲时， 杆管产生偏磨。杆管偏磨的临界压力仅取决于抽油杆柱所受的轴向分布力q和抽油杆直径。抽油杆柱底部所受的集中轴向压力越大， 抽油杆柱越容易产生偏磨;抽油杆柱实际轴向分布力越小， 临界轴向压力越小， 杆管越容易产生偏磨。

（2）高含水油井在低沉没度条件下时， 由于油井供液不足， 柱塞下冲程卸载迅速， 抽油杆柱振动加剧， 抽油杆柱最小轴向分布力与临界轴向压力降低;另外， 高含水油井供液不足时， 由于泵内无气体或有很少气体缓冲， 柱塞在和液面接触瞬间将产生液击， 若液击发生于下冲程的中间位置附近， 液击力明显加大了抽油杆柱的实际轴向压力。由于上述原因， 高含水油井在低沉没度条件下运行容易产生偏磨。

（3）对大量实际杆管偏磨油井偏磨分布规律的统计结果表明， 杆管偏磨多数发生于高含水、低沉没度油井。

（4）高含水增加了腐蚀偏磨速度， 因此， 在油田开发中应严格控制含水上升速度;另外， 管杆腐蚀问题也应采取一定的措施， 保证井下工具质量的同时， 增强其耐腐耐磨性能， 如继续试验新型防腐耐磨管。

（5）进一步推广使用空心杆采油工艺， 在原工艺基础上， 建议更换环空内润滑介质为纯原油或润滑油， 减小摩擦阻力， 提高其润滑能力， 增强防磨效果。

参考文献：

[1]丛蕊， 董世民抽油杆柱稳定性问题的研究石油机械， 2002， 30（8）：17～19.

[2]崔振华有杆抽油系统北京：石油工业出版社， 1994：2～50.

[3]董世民水平井有杆抽油系统设计北京：石油工业出版社， 1996：180～190.