張賀敏

（中石化華北分公司第二采油廠，寧夏鹽池751500）

定邊油田油井管桿偏磨原因分析及治理技術(shù)

張賀敏*

（中石化華北分公司第二采油廠，寧夏鹽池751500）

偏磨是造成定邊油田油井維護(hù)作業(yè)頻次居高不下的主要原因，它嚴(yán)重制約油井生產(chǎn)時(shí)率和檢泵周期指標(biāo)，造成采油成本居高不下。目前定邊油田油井管桿偏磨現(xiàn)象嚴(yán)重，因偏磨原因造成的躺井占全年總躺井?dāng)?shù)的48%。為解決定邊油田油井管桿的偏磨問(wèn)題，通過(guò)對(duì)各生產(chǎn)井管桿偏磨情況進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)、分析，找出造成偏磨的主要原因，學(xué)習(xí)目前各大油田防偏磨技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)做法，制定了一套適合本油田的防偏磨工藝技術(shù)。

管桿偏磨；治理技術(shù)；治理效果

1 管桿偏磨情況及原因分析

1.1 偏磨情況

定邊油田井下油桿接箍偏磨比抽油桿本體偏磨嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)可將抽油桿母扣磨平，油管則表現(xiàn)為被磨出一條平行于軸心的凹槽，甚至磨出一條裂縫。管桿偏磨位置主要表現(xiàn)在泵上500m內(nèi)，而且，一般來(lái)說(shuō)下泵越深，偏磨越嚴(yán)重。

管桿偏磨造成了桿斷、桿脫、管漏等，導(dǎo)致抽油機(jī)井作業(yè)維護(hù)工作量居高不下，管桿報(bào)廢率高，因而減少管桿使用壽命、降低有桿泵檢泵周期、降低泵效、減少有效生產(chǎn)時(shí)間等，不僅造成油井生產(chǎn)效率降低，還增加了油田生產(chǎn)成本。管桿偏磨的普遍存在，已經(jīng)成為制約定邊油田開發(fā)中后期高效穩(wěn)產(chǎn)的主要矛盾。

1.2 偏磨原因分析

在抽油機(jī)井采油系統(tǒng)中，桿管偏磨分為機(jī)械磨損和腐蝕磨損2種。通過(guò)對(duì)定邊油田油井作業(yè)的管桿描述情況和偏磨特點(diǎn)的分析中可以看出，造成定邊油田油井管桿偏磨的主要原因是機(jī)械磨損。主要包括以下幾類。

1.2.1 井身結(jié)構(gòu)

由于鉆井水平的限制，很難保證井身完全垂直，這樣套管在某一段就會(huì)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，其后下入的油管也會(huì)隨著套管彎曲，且當(dāng)彎曲段出現(xiàn)在泵以上，由于抽油桿在油管中的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成桿管之間的接觸摩擦（如圖1所示）。彎曲段的彎曲角度越大，抽油桿與油管之間的磨損就越嚴(yán)重。這種磨損發(fā)生在抽油桿的上下2個(gè)沖程中，磨損是較嚴(yán)重的。井口以下的某一個(gè)區(qū)間內(nèi)，油井成垂直狀態(tài)或井斜較小，在造斜段，油管隨井身軌跡彎曲，一般來(lái)說(shuō)，在井口以下某段區(qū)間內(nèi)油管不產(chǎn)生變形，在這個(gè)深度之內(nèi)的管桿不產(chǎn)生磨損，從造斜段以下，偏磨嚴(yán)重。

圖1 井斜角對(duì)抽油桿管偏磨的影響示意圖

1.2.2 桿管受力運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)彎曲

抽油桿的運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)彎曲產(chǎn)生于下行過(guò)程，下沖程時(shí)，在中和點(diǎn)以上的抽油桿是拉伸狀態(tài)，中和點(diǎn)以下的抽油桿受壓而彎曲。由于抽油桿彎曲，使得抽油桿與油管發(fā)生偏磨。再加上油井結(jié)蠟、結(jié)垢等問(wèn)題都會(huì)造成抽油桿下行阻力增大，促使抽油桿失穩(wěn)彎曲，最終導(dǎo)致桿管偏磨現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2.3 油井生產(chǎn)參數(shù)的影響

抽油機(jī)正常工作時(shí)，抽油桿在上、下沖程過(guò)程中的受力情況是不同的。上沖程時(shí)，泵上液柱載荷作用在抽油桿上，抽油桿受拉，整個(gè)桿柱基本呈直線狀態(tài)。下沖程時(shí)，抽油桿主要受2個(gè)方向的力，一個(gè)是自身向下的重力，另一個(gè)是向上的力，這個(gè)向上的力取決于井下工況的多種因素，其中油井生產(chǎn)參數(shù)中的沖次越高、產(chǎn)生的阻力就越大，偏磨的部位就越多，同時(shí)偏磨的次數(shù)增多，加快磨損。

1.2.4 抽油桿的桿柱組合影響

從剛度角度、抽油桿柱力學(xué)和抽油桿柱軸向力分布可以看出，抽油桿直徑越小，越容易彎曲；抽油桿直徑越大，越不容易彎曲。但受油管尺寸的制約，抽油桿直徑不能過(guò)大，這就要有合適的組合，以防止變形。由于不同的抽油桿組合使抽油桿的變形長(zhǎng)度不同。很明顯，當(dāng)抽油桿直徑大、下行阻力小，則變形跨度的長(zhǎng)度增加，抽油桿變形的次數(shù)就減少，則管桿磨損的幾率就少。

2 管桿防偏磨治理技術(shù)

為了解決定邊油田管桿偏磨問(wèn)題，學(xué)習(xí)了目前各大油田常用的抽油機(jī)井管桿防偏磨技術(shù)，通過(guò)理論分析并結(jié)合定邊油田管桿偏磨特點(diǎn)，制定了以下治理方案。

2.1 使用防磨桿、扶正塊

在出現(xiàn)偏磨情況的油井采用尼龍扶正塊及防磨桿（扶正塊固定在抽油桿上），避免抽油桿與油管之間的直接摩擦，在中性點(diǎn)以下抽油桿上加裝扶正塊，由于尼龍材質(zhì)的扶正塊摩擦系數(shù)較小，可以大大降低管桿的磨損。

在井斜大于3°，造斜點(diǎn)處應(yīng)用扶正塊，在造斜點(diǎn)上部20～30m左右開始加裝扶正塊，在造斜點(diǎn)附近，根據(jù)狗腿度的大小，優(yōu)選扶正塊的大致位置及間距。在穩(wěn)斜段加裝扶正塊的間距一般在30～50m左右，在降斜段加裝扶正塊的間距一般在10～30m左右。

2.2 引進(jìn)加重桿

定邊油田引進(jìn)?42mmD級(jí)加重桿，重量約為?22mm抽油桿的3.6倍，一般安裝在拉桿以上，增加桿柱底部重力，能有效降低中性點(diǎn)，一般將中性點(diǎn)移到加重桿上。同時(shí)，由于加重桿桿體直徑較大，能起到一定的扶正作用，因此能起到較好的效果。

2.3 調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)

為減少管桿摩擦次數(shù)，根據(jù)油井的產(chǎn)能，在不影響產(chǎn)量的前提下采用“小沖程、慢沖次”的工作制度，從而減少單位時(shí)間內(nèi)管桿摩擦次數(shù)，提高管桿的使用壽命，還有效降低了能耗。同時(shí)小沖次能有效的減輕管桿振動(dòng)，減輕慣性載荷帶來(lái)的影響，以及因液擊效應(yīng)導(dǎo)致的抽油桿彎曲，從其他油田應(yīng)用效果來(lái)看，小沖次能有效地降低中性點(diǎn)位置，從而減輕下部管桿的偏磨。結(jié)合定邊油田生產(chǎn)現(xiàn)狀，抽油機(jī)井存在不同程度的供液不足，而供液不足井在柱塞下行過(guò)程中存在“液擊現(xiàn)象”，會(huì)導(dǎo)致抽油桿的彎曲，加劇偏磨。同時(shí)小沖程、低沖次能有效地減輕液擊現(xiàn)象。

2.4 引進(jìn)管桿旋轉(zhuǎn)裝置

引進(jìn)了抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置，并在部分井安裝試用。抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置主要是將原來(lái)的定向偏磨變?yōu)楣軛U間的均勻磨損，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。

引進(jìn)了旋轉(zhuǎn)井口裝置，在定邊油田兩口油井進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，HK5井引進(jìn)旋轉(zhuǎn)井口裝置前，免修期僅為120d，維護(hù)作業(yè)均為管漏，而且具有明顯的周期性，周期為4個(gè)月。安裝旋轉(zhuǎn)井口裝置后，每周進(jìn)行人工旋轉(zhuǎn)，檢泵周期已延長(zhǎng)至180d。HK17B井檢泵周期也由原來(lái)的80d左右延長(zhǎng)至150d，目前仍效果非常好。

2.5 內(nèi)襯HDPE/EXPE耐磨防腐油管技術(shù)

該技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)外加厚油管內(nèi)壁加襯上HDPE/ EXPE內(nèi)襯管，并通過(guò)特殊工藝保證襯管與油管管體緊密結(jié)合，制成具有耐磨和防腐性能的特種用途的油管。一般內(nèi)襯管下在泵上600m以內(nèi)。它是一種以高密度聚乙烯為基體的高分子材料，這種材料具有很優(yōu)良的彈性、柔韌性、耐磨等物理特性和耐H2S、CO2、酸、鹽等化學(xué)穩(wěn)定性。HDPE/EXPE內(nèi)襯油管襯層表面光滑、柔韌，摩擦系數(shù)較低，能有效改善桿管磨損狀況，延長(zhǎng)偏磨油井的生產(chǎn)周期。

2.6 優(yōu)化抽油桿桿柱組合

抽油桿柱設(shè)計(jì)按各級(jí)抽油桿頂部最大應(yīng)力相等原則設(shè)計(jì)。根據(jù)SY/T5873.1-93和SY/T5873.2-93標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合定邊油田采油實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)油桿磨損的長(zhǎng)度在泵的拉桿上方增加適量的加重桿，這樣應(yīng)該可以適當(dāng)?shù)乇苊庥蜅U在油管中的彎曲，從而降低因桿受力彎曲而與管產(chǎn)生磨損的幾率。但部分井底部使用加重桿可能會(huì)導(dǎo)致載荷過(guò)大，針對(duì)此問(wèn)題運(yùn)用抽油機(jī)井有桿泵節(jié)點(diǎn)分析系統(tǒng)，對(duì)入井抽油桿組合進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)泵深、液量、沖程、沖次，合理選擇抽油桿類別，合理調(diào)整桿柱比例，優(yōu)化扶正塊使用的位置、數(shù)量及間隔，以期達(dá)到最佳的使用效果。最終針對(duì)定邊油田這類油井，提出了“767”的（?22mm桿+ ?19mm桿+?19mm桿）桿柱組合，以減輕管柱失穩(wěn)。并且在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后取得了很好的效果。

3 治理效果

定邊油田對(duì)偏磨井進(jìn)行了綜合治理，采取下防磨桿、扶正塊90井次；使用加重桿30井次；調(diào)整工作制度27井次；使用抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置1井次；使用旋轉(zhuǎn)井口2井次；使用內(nèi)襯油管15井次；均取得良好效果。作業(yè)頻次下降25%，平均檢泵周期延長(zhǎng)兩個(gè)多月。有效解決了定邊油田油井管桿偏磨問(wèn)題。其中治理效果較為典型的幾口井如表1所示。

表1 定邊油田典型井防偏磨治理效果實(shí)例

4 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)對(duì)定邊油田油井管桿偏磨情況進(jìn)行總結(jié)，分析偏磨原因，制定了防偏磨措施，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了良好的效果。摸索出了一套適合定邊油田的防偏磨工藝技術(shù)。

（2）泵上500m是出現(xiàn)偏磨的主要井段，各種治理技術(shù)也是主要針對(duì)此偏磨井段采取的。

（3）調(diào)整合理的抽油桿組合是重點(diǎn)，上部油桿承受重量較大，一般采用?22mm抽油桿，中下部采用?19mm抽油桿，以降低載荷，下部使用加重桿，使中性點(diǎn)下移，減輕“失穩(wěn)”造成的偏磨。從定邊油田的現(xiàn)場(chǎng)治理效果來(lái)看，這種抽油桿組合基本能達(dá)到防偏磨的目的。

（4）根據(jù)抽油機(jī)井的產(chǎn)液能力制定合理的工作制度也是簡(jiǎn)單易行，而且效果明顯的措施，低產(chǎn)液井根據(jù)實(shí)際情況采取間抽、小泵徑、小沖程、低沖次等工作制度，提高泵效的同時(shí)，降低了管桿偏磨次數(shù)，同時(shí)減少能耗，使采油成本進(jìn)一步降低，取得了較好的效果。這也是定邊油田減輕管桿偏磨重要的小成本措施。

（5）偏磨成因及防偏磨措施有多種多樣，沒(méi)有一種防偏磨措施能從根本上解決任何成因的偏磨，而且每種防偏磨措施適用場(chǎng)合也不相同。有效的防偏磨措施應(yīng)是在弄清楚偏磨成因的前提下，采用與偏磨成因相對(duì)應(yīng)的有效防偏磨措施。以上防偏磨技術(shù)在定邊油田的應(yīng)用取得了良好效果就是偏磨原因分析準(zhǔn)確、采取措施得當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。

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TE358

A

1004-5716(2015)04-0027-03

2014-04-09

張賀敏（1984-），男（漢族），河北灤南人，工程師，現(xiàn)從事采油工程工藝技術(shù)工作。