油井防偏磨技术研究与应用

摘 要：有杆抽油举升方式具有成本低、管理维修简便、适应范围广等优点，所以在我国各个油田一直都占据着主导地位。但随着有杆抽油工作制度的增大、泵挂的加深、油田含水的增高，有杆泵抽油的困难愈来愈大。近年来侧钻井、定向井等大斜度井不断增加，更容易出现杆管偏磨问题，因杆管偏磨而造成的油井检泵周期降低和作业费用的增加已经成为采油工程一个不可忽视问题，所以各个油田都在积极探索治理杆管偏磨的办法。

关键词：有杆泵采油；偏磨；防偏磨；扶正器；加重杆

中图分类号：C35 文献标识码： A

一、防偏磨技术研究

目前防偏磨主要技术措施主要有：扶正器、加重杆、杆柱组合、内衬油管、旋转、柔性杆、无油管采油技术、井下油水分离油防偏磨技术、防腐蚀、防结垢、防结蜡、防砂配套技术等。每种方法都各有千秋，为解决管、杆偏磨问题都起到了一定的积极作用。安徽油田为解决管杆偏磨问题也采取了很多办法，在实践中，积累了丰富的经验并取得了一定的成效。

抽油杆柱防偏磨措施的主要目的是降低抽油杆柱与接触油管之间的摩擦力。从摩擦力公式可以看出：降低摩擦力的主要方法是降低正压力和摩擦系数。因此可这两方面着手。

要降低正压力，应减少抽油杆柱与油管之间的点接触或减小面积接触，尽可能避免抽油杆柱的受压变形，可通过抽油杆加重来实现，在加重时，要确定的两个要素是：加重量和力的作用点，亦即计算中和点位置和选择合理的加重方式。

（一）抽油杆加重方式的研究改进

在有杆泵运行过程中，上行时抽油杆在液柱负荷、杆柱重量等作用下，承受拉力作用使整个杆柱呈伸直状态；下行时抽油杆受到浮力、液流阻力、柱塞和泵筒之间的摩擦力等多种因素影响，抽油杆柱常常会受到一个阻止柱塞向下运动的上顶力。由于这个上顶力的存在，使得柱塞以上的一段抽油杆发生螺旋弯曲、造成管杆偏磨。据最新大量的现场实际测量资料表明，该阻力大约在350-700公斤，左右，造成深井泵柱塞以上大约500米的抽油杆受压，容易使抽油杆磨损、断脱。为了解决这个问题，常常在柱塞以上采用直径40毫米的特殊抽油杆加重，该特殊抽油杆是空心杆灌铅或实心杆，由于直径粗、重量大，从某种程度上讲可以增加钢度、抵消柱塞的下行阻力，但中和点仍然存在，且随加重的重量增加，中和点逐渐上移，从理论上讲，无法彻底改善底部抽油杆柱的受力状况。为此需要研究新型的加重方式，目的在于实现抽油杆柱在下行过程中不受压或减轻受压程度。

管式加重杆起到了较好的加重效果，但是在作业施工中需要把每一根加重砣套在抽油杆上，现场操作比较烦琐，为此，我们设计了一种新型传重式加重杆。其原理是：当数根这样的加重杆连接在一起时，每个空心抽油杆中的加重块通过传力杆将相邻空心抽油杆中的加重块串接在一起，从而将所有空心杆中的加重块重量全部传递到底部，彻底消除了普通加重杆重心上移、抽油杆柱存在中和点的问题。本实用新型的目的是提供一种提高抽油杆使用寿命的抽油杆加重管。传重式加重杆由特殊空心抽油杆、加重块、传力杆、调节杆等组成。

（二）抽油杆防偏磨接箍的研制

有杆泵抽油过程中由于受到井眼轨迹、液性、抽油杆杆组合等因素影响，抽油杆在上下往复运动时与油管产生磨损，导致抽油杆磨断、油管磨穿，影响油井的正常生产，增加了原油生产成本。由于抽油杆接箍比抽油杆本体的直径大，因此，当抽油杆在油管内上下往复工作时，接箍一般是最先被磨损的部件。基于此，为了防止抽油杆接箍被磨坏，目前最常用的措施是在抽油杆接箍上、下安装抽油杆扶正器，该装置是在金属本体上注塑了一个比抽油杆接箍直径大的非金属部件，通过磨损该部件来达到保护抽油杆、油管的目的。

为此研究、设计了抽油杆防磨脱接箍，获得了实用新型专利。用该磨脱接箍取代目前抽油杆普通接箍，该接箍将抽油杆接箍与防偏磨等功能集一体，通过替代目前普通抽油杆接箍的办法，来降低成本、起到防偏磨、防断脱的效果。抽油杆防磨脱接箍主要由金属本体和非金属部件两大部分组成。其主要原理是采用软硬相结合的办法，首先使磨脱接箍的非金属部件与油管接触，当非金属材料磨损后，金属本体再与油管接触。由于非金属部件采用了特殊超高分子材料，因此极大延长了接箍的使用寿命。

总之我们研制的接箍材料具有以下优点：（1）结构形式与抽油杆接箍相同；（2）耐磨性是钢材的7倍，尼龙的4倍；（3）摩擦系数是 “钢-尼龙”的1/2；（4）具有一定的弹性，可以避免油管的损坏；（5）具有足够的强度；（6）安装于抽油杆加重后偏磨严重点。

二、防偏磨工艺的现场应用

（一）直井斜井区别对待，寻求相适应的防偏磨工艺

在防偏磨井中，直井（

据相关研究资料显示，9号井最大井斜1°，属直井，于2008.7.10泵上第2根抽油杆底部接箍断检泵，但偏磨不明显。油管杆结蜡严重，油杆4-900m蜡厚约6mm，900-1100m蜡厚约4mm，40加重杆5根。2008.12.2第 170根油杆本体断检泵，且偏磨、腐蚀较重。抽油杆800m以下井段抽杆接箍见偏磨，程度不重。分析认为是结蜡导致偏磨，偏磨又加剧腐蚀，造成抽油杆疲劳断。主要措施是加重，让中和点下移，所以采取了φ40mm加重杆8根，在1444.12-1198.42m井段新加抽油杆防偏接箍5只，每根油杆加1只扶正器，共16只，抽油杆更换为为HL级。采取措施后至目前已正常生产了302天，较前一次144天延长了158天。

王北2井最大井斜1.5°，2008年已重复作业了2次。2009年1月21日因第144根抽油杆本体断而检泵；2月17日因第155根本体断再次检泵；3月6日又第145根本体断检泵。分析认为是井身结构的约束使油管螺旋弯曲，抽油杆与油管相互接触而偏磨，同时因为该井抽油杆使用年限过长，造成抽油杆疲劳断。本次用5根φ40mm加重杆加重，同时加重杆以上下了20只防偏磨接箍（每根一只），并更换了全井抽油杆。采取措施后至目前已正常生产了252天，较前一次17天延长了235天。

（二）进行综合治理，保证防偏磨效果。

普通情况下采用YLMZ-115C、KYLM-116液力锚锚定油管防止液力锚以上油管蠕动，上冲程时，液柱载荷由油管转移到抽油杆上中和点以下的这一段油管因卸载而发生弹性收缩产生螺旋弯曲，造成油管、抽油杆相互接触摩擦。加长尾管目的是防止液力锚以下油管蠕动。减少泵管变形，预防偏磨，造成活塞和拉杆断。

抽油杆加重就是减小或抵消上顶力，让中和点移至抽油杆下部或根部（活塞位置），使抽油杆始终处于受拉状态而不发生弯曲变形造成偏磨。过去我们对抽油杆均是采用φ22mm抽油杆加重，这种加重杆使用数量多，虽然对其它抽油杆起到了加重作用，但自己本身却无法加重，同样受到拉伸作用，发生弯曲。大部分偏磨的井往往都是加重杆自己偏磨严重，造成杆断管漏。

我们在理论研究的基础上引进了两种加重杆：用φ40mm×6m的管式灌铅加重杆和传重式加重杆。我们自主开发研制了防偏磨接箍。接箍是用超分子材料外肤加工的耐磨接箍，直接接在抽油杆本体上，可有效防止抽油杆接箍的磨损。该接箍是亚铃式结构，在原抽油杆接箍本体上加工而成，两头外肤有超分子耐磨材料。防磨接箍材料的砂浆耐磨性能较高，磨阻系数较小。管杆的优化设计就是对管柱和杆柱组合、生产参数实施系统优化设计，配套应用油管锚定、抽杆下部加重、扶正，从而确保管杆弯曲变形最小化。

三、效果评价

通过近两年来的不断研究、摸索和积累，已累计开展了部分井口在抽油井的防偏磨，防偏磨工艺也是受许多条件限制的。在井下条件比较简单，地面工作制度比较合理的情况下，防偏磨效果一般比较理想；而对于井下条件复杂，尤其是复杂井眼轨迹，防偏磨技术还要在以后的工作中不断研究和引进先进的防偏磨工艺技术。目前较为理想的防偏磨综合配套模式是：管柱锚定、杆柱扶正加重、底部下防偏磨接箍，对结蜡、结垢油井下入内衬油管。

油井偏磨是由多种因素共同作用而成的，对油井进行防偏磨措施是一项长久持续的工作。因此，岗位工人应加强日常管理，根据动态资料变化情况，定期实施井筒清理、防垢措施，以减小管柱的载荷，使油井在比较好的状态下生产，减少因防蜡、防垢等措施不到位带来的油井管杆偏磨现象发生。

参考文献

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