高含水期抽油机井管杆偏磨腐蚀规律研究

史克成

摘要：随着油田开采，部分油井进入高含水期，含水率不断上升，增大油井提液强度，导致杆管间工作环境的恶化及润滑条件变差，随着斜井的增多，抽油机井管杆偏磨问题日益凸显。

关键词：高含水期;含水率;腐蚀偏磨;

一、管杆腐蚀偏磨危害

通过调研2019年X作业区井下作业类别中发现，因腐蚀偏磨而发生检泵作业占91.2%，腐蚀偏磨危害：①杆与管之间的偏磨缩短了油井生产周期，作业费用及作业井次增加。②抽油机井杆管之间的偏磨使得抽油杆和油管报废严重，生产成本增加。因此，针对高含水期抽油井管杆偏磨的特点，研究腐蚀偏磨规律从而减少管杆投入费用及作业费用，延长偏磨油井免修期。

二、高含水期有杆泵井管杆腐蚀偏磨因素分析

1、油井管杆失稳弯曲影响

（1）下冲程抽油杆中性点以下产生弯曲管杆接触磨损

抽油井工作时，受自身杆柱的重力作用，抽油杆柱在下冲程时往下运行，也受杆柱在液体中的浮力、泵筒和抽油泵活塞摩擦产生的阻力以及杆柱和液体摩擦产生的阻力等多种阻力的影响，抽油杆柱中有一点受力为零的中性点，抽油杆上在中性点以上的部分一直处在拉伸状态，没有弯曲变形产生，但中性点以下的部分受到多种阻力的影响而弯曲变形，螺旋弯曲情况在影响较大时也会发生，此现象叫做“失稳弯曲”。由于存在杆柱的“失稳弯曲”，导致管杆接触偏磨产生，中性点越靠下，“失稳弯曲”越不严重，杆与管之间的偏磨越轻。

（2）抽油杆、油管振动产生管杆偏磨

抽油杆柱的组合可假设为弹簧体，上冲程时，抽油杆柱和油柱初期为静变形期开始变形蓄能，当静变形结束时，抽油杆柱和柱塞上行，抽油杆柱产生一次振动;下行程时，在静变形结束后，柱塞和抽油杆柱上卸去油柱重量，振动又发生一次，在抽油杆运动过程中，通常条件下由于循环上下各一次，所以会有两次振动发生，当抽油杆柱的自振频率与抽油杆的运动频率成整数倍或相同时，会有共振现象，振动的油管以及抽油杆使杆管接触产生磨损，抽油杆的使用寿命将会大大缩短。

（3）机械封隔器坐封导致油管弯曲产生管杆接触磨损

在油井分采的多油层中，要将油层分隔开通常采用封隔器，需要一定的下压坐封力来使機械封隔器坐封，此坐封力会使油管失稳弯曲，油管弯曲程度随坐封力的增大而增大，严重增大了杆与管之间的偏磨。

（4）产出液粘度与聚合物的影响

产出液粘度增加了抽油杆的运行阻力，杆管产生严重变形，增加了偏磨载荷、增大了偏磨范围、增多了偏磨点，从而进一步加剧磨损。生产井见聚井中的聚合物产生的法向力对抽油杆产生垂直于运动方向的力，使得抽油杆上下运动过程中下行阻力增加，产生管杆偏磨。

2、高含水高矿化度产出液腐蚀影响

产出液在超过 60%～70%的含水率时换相，从油包水型变为水包油型，原油的保护作用在管杆表面消失，金属与产出水直接接触，加快了腐蚀速度。润滑剂从原油变成产出水，原油的润滑作用消失，加快了抽油杆和油管内壁的磨损速度，从而使杆管的磨损更严重。胜利油田具有超过 90%的综合含水率，偏磨井的总矿化度从几万到十几万。其中 Cl-、HCO3-含量普遍较高，对抽油杆和油管产生了较强的腐蚀作用。

高含水、高矿化度产出液加速管杆偏磨的原理是：管杆偏磨表面由于杆管偏磨产热，活化了管杆表面的铁分子，受到强腐蚀性产出液影响，先腐蚀管杆磨损部位;此外因为活化了管杆磨损的表面部位，变成电化学腐蚀的阳极，形成大阴极小阳极的电化学腐蚀，但受高矿化度产出液强电解质的作用，催化了电化学腐蚀，使腐蚀加剧。管杆偏磨表面粗糙度因为腐蚀而增大，加重了磨损。统计结果表明，偏磨井在矿化度超过20000mg/L时，其比例增加比较明显，在同类别井中所占比例为61%。

通过不同管杆配对在不同矿化度条件和不同温度条件下的腐蚀试验分析可得到如下规律：①矿化度从 1～13×104mg/L 变化，随着矿化度由低到高变化，45#、35CrMo、20CrMo抽油杆材料和与之相配对的N80、J55 油管材料腐蚀增加;②随介质温度从60℃～90℃升高，45#、35CrMo、20CrMo抽油杆材料和与之相配对的N80、J55油管材料腐蚀增加，在低矿化度、高温度条件试件表面易产生钝化，腐蚀略有下降;③无论在何种条件下，35CrMo、20CrMo抽油杆材料和与N80、J55油管材料配对时，N80、J55油管腐蚀速度均大于35CrMo、20CrMo抽油杆腐蚀速度，更易于遭受腐蚀。

3、油井井身轨迹变化影响

斜井、定向井的存在，油井螺旋弯曲的影响，均不可避免地造成管杆接触产生磨损。因此，油井管杆磨损腐蚀的原因可归结为井斜影响、失稳弯曲和冲刷腐蚀三大因素。其中，管杆失稳弯曲和产出液的冲刷腐蚀是可控因素，可通过研究生产参数、管杆组合的优化技术，研究控制产出液与管杆接触与防腐技术进行防治;针对井斜、井筒弯曲不可避免地造成了管杆直接接触产生磨损问题，主要通过扶正、减磨、防腐等技术的综合应用进行解决。

三、结论

通过对腐蚀对抽油井偏磨的影响规律试验研究表明，常用管杆材料随矿化度、温度升高腐蚀加快，N80、J55 管材比 20CrMo、35CrMo 杆材易遭受腐蚀，腐蚀磨损比纯磨损提高1倍左右。

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，2000，28（6）：32-33