普通抽油机井管杆偏磨分析及治理措施

摘要：偏磨现象在抽油井生产中广泛存在，分析了其原因并根据不同情况采取相应的对策，以此来解决生产中遇到的问题，减少因为偏磨对生产带来的影响。

关键词：直接接触磨损 抽油杆 偏磨

引言

抽油杆与油管的偏磨问题一直是影响生产正常运行的大难题，对于管杆偏磨分析一般从以下几个方面来考虑：抽油杆组合，抽油杆材质，抽油杆结构，地面参数配合，井下流体特征等方面。随着油田进入特高含水及化学采油期，油井的偏磨现象越来越严重。

1 管杆偏磨原因分析

由于抽油杆接箍及抽油杆扶正器通体较大，因此发生偏磨时首先造成伤害的是抽油杆接箍和扶正器，发生偏磨的主要原因有：

（1）直接接触磨损。由于井身质量原因（井斜、挠曲）以及抽油杆在轴向载荷作用下的弯曲，造成抽油杆本体及接箍与油管直接接触，在抽油杆上、下往复运动过程中产生直接接触磨损。

（2）杂质磨损。油管内充满了流体，这些来自地层的流体含有不同性质的地层砂、石英砂、偏磨产生的铁屑以及其他杂质。这些杂质的存在使得抽油杆接箍与油管之间的磨损成为杂质磨损。

（3）流体冲刷。油气水的混合物对抽油杆表面及油管内表面的冲刷同样会使其表面冲蚀。

（4）化学腐蚀。井筒中的流体往往含有H2S、Cl-、CO2和细菌等对油管和抽油杆有化学生物腐蚀作用。

（5）综合效应。直接接触磨损、杂质磨损、流体冲刷、化学腐蚀同时存在于抽油杆与油管的磨损过程中，而且温度及酸性环境可以为磨损提供很好的条件，这些都可能使油管和抽油杆磨损加大。

对于给定的抽油杆柱与油管系统来说，杂质磨损、流体冲刷、化学腐蚀可归纳于工作环境的影响。在整个磨损过程中，直接接触磨损是最关键的因素；而直接接触磨损的影响因素包括井眼轨迹的形状、抽油杆柱的结构以及工作参数的配合。在给定井眼轨迹和工作参数下抽油杆柱的受力变形特征是其中最关键的因素。

含水高的井管杆间减少，使得摩擦加剧。进入化学驱的油井会加快管杆的腐蚀，对于注入聚合物驱油的井会加大油井的负荷，加快抽油杆疲劳损坏。

2 抽油杆受力分析

2.1 抽油杆受力种类

在传递动力过程中，抽油杆的负载因抽油杆柱的位置不同，上部的抽油杆负载大，下部的抽油杆负载小。抽油杆的负载通常有下列几种：

（1）抽油杆本身重量；（2）油管内柱塞以上液柱重量；（3）柱塞与泵筒、抽油杆及其接箍与油管、油管与液柱、抽油杆与液注、液体内部粘滞力之间的摩擦力；（4）管柱内液体对抽油杆的浮力；（5）抽油杆与液柱的惯性力；（6）抽油杆的弹性变形引起的振动力；（7）液体与活塞运动不一致或泵未充满等因素引起的冲击载荷。

抽油杆在上冲程时主要承载负荷为抽油杆本身自重，活塞以上液柱重量，摩擦力，抽油杆与液柱惯性力。当抽油杆向上运动时，重力、摩擦力、惯性力都向下产生拉伸力，只有浮力对抽油杆柱产生不大的力，中和点靠下，抽油杆不容易失稳因此抽油杆上冲程过程中抽油杆基本处于拉伸状态，正常垂直井不会有因弯曲产生的偏磨。当井身本身井斜达到一定程度时，这时候抽油杆在上行过程中也会产生摩擦。

抽油杆在下冲程时主要承载负荷为抽油杆自身重力，摩擦力，抽油杆与液柱惯性力，振动力，冲击力。这些力中惯性力、摩擦力、冲击力等都作用力都向上，并且在抽油杆下部受有最大轴向压力，这个轴向压力使抽油杆失稳而弯曲并导致抽油杆紧贴在油管内壁上，通过运行产生偏磨。管杆偏磨主要发生在下冲程过程中。

2.2 影响偏磨的因素

由于抽油杆少则三五百米长，多则上千米，数千米长，因此细长的抽油杆在油管内发生失稳弯曲是普遍存在的，管杆偏磨现象在普通抽油机井也就变得不可避免。这其中有一些因素加剧了管杆偏磨的产生，缩短了油井的免修期。

（1）井斜。当井斜达到一定程度时，就不可避免的使管杆靠在一起产生偏磨。尤其是抽油杆接箍通体较大，而且有台阶，使得抽油杆接箍成为偏磨最严重的地方。

（2）下泵深度及负荷。当下泵深度越深，负荷越沉时越容易使抽油杆产生疲劳损坏，抽油杆越长，越容易在下行过程中失稳弯曲产生偏磨。

（3）产出液性质。随着油田的长时间开采，许多油田都进入了高含水期、特高含水期、化学采油期。随着油井含水的升高，油井减小，加剧偏磨，流体中含有H2S、Cl-、CO2和细菌等对油管和抽油杆有化学生物腐蚀作用，这些都将加剧抽油杆偏磨腐蚀。进入化学驱的区块腐蚀变得加剧，尤其是聚合物驱的油田，加大了抽油杆负荷，同时聚合物本身也作为磨粒伴随流体的冲刷磨蚀油管和抽油杆。

（4）下行失稳。由于油稠、结蜡、出砂、管杆摩擦、惯性力、参数过大等原因使得抽油杆下行遇阻，抽油杆失稳弯曲产生偏磨。由于各种因素引起的抽油杆下行阻力增大，中和点上移，使得抽油杆易于失稳产生管杆偏磨。

（5）机械坐封造成管柱弯曲。油管在坐封时下入油管长度计算不够准确及打压坐封时油管向上移动使得油管弯曲，抽油杆在弯曲的油管里与油管产生磨擦。

（6）管杆材质耐腐蚀性、耐磨性及强度。一些普通或者降级的抽油杆和油管用于腐蚀性强、偏磨严重的井，以及强度不够的井使用在深井、负荷沉井中。使得管杆偏磨腐蚀，抽油杆疲劳损坏。

3 防偏磨治理措施

通过分析，根据不同生产井情况采取相应的防偏磨措施，减少因为偏磨现象给生产带来的影响。一般采取的措施有使用加重抽油杆、使用防偏磨抽油杆、使用防偏磨接箍及抽油杆扶正器、油管内衬防磨材料、优化抽油杆组合、使用大直径油管、调小生产参数。

（1）井筒本身斜度不高的井可以在杆柱下部使用加重抽油杆，增加拉伸力来减少管杆接触偏磨；对于井身斜度较高的井则不能使用加重抽油杆，可以采油增加扶正器使抽油杆居中来减少抽油杆偏磨。

（2）抽油杆偏磨主要存在接箍偏磨的井可以使用防偏磨接箍与下扶正器相结合的办法。正常的垂直井在中和点以下受压应力，而中和点一般靠下，一般将扶正器下在中和点以下计算出容易失稳的井段；对于有一定井斜及油管弯曲的井也可根据试挤情况在容易偏磨的井段装扶正器。

（3）对抽油杆柱及油管柱进行优化，不同井段采用不同类型与直径的抽油杆，在偏磨较为严重的中下部位进行防偏磨设计，上部则采用抗拉力强的设计；对于油管可采用下大油管增加管杆距离减少偏磨。

（4）使用小参数生产，减少动载荷引起的偏磨。

（5）使用新工艺减少管杆偏磨，如下连续油管避免接箍处偏磨及断脱；使用内衬油管减少对油管内壁的磨损；采用新型耐磨材料制作的防偏磨抽油杆及接箍；

（6）对于因为出砂、结蜡、油稠、参数大的井，可以采取相应的防砂方法，定期清蜡，加降粘剂或泵下掺水，制定合适的生产参数等方法，来减少因为这些原因引起的抽油杆下行遇阻失稳产生的偏磨。

4 结束语

在分析解决管杆偏磨问题时，要从多个角度同时来考虑，比如进行油管与抽油杆柱优化时，要同时考虑是否需要防偏磨接箍及扶正器，参数优化等工作。综合看，管杆直接接触偏磨是管杆磨损的主要原因，管杆偏磨主要发生在下冲程过程中，管杆偏磨主要发生在管杆中下部位置。

参考文献

[1]迟世伟.杆式抽油机油管偏磨分析《机械工程师》 2006 第12期

[2]沈秀通等。采油注水〖M〗山东科学技术出版社。1997.7：52