奚運(yùn)濤，王 宇，趙紅波，王德玉，于志剛，

王 雷1，張可人1，胥珊娜1，汲江濤6

（1.西安石油大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065； 2.中油國(guó)家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心有限公司，西安 710018； 3.中國(guó)石油寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721008； 4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院，西安 710021； 5.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710021； 6.中鐵第一勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043）

0 前 言

有桿泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、能夠在比較復(fù)雜的情形下運(yùn)行、在斜井和水平井中能夠正常使用等優(yōu)勢(shì)[1]，目前是最常用的采油方式。截止2022 年8 月，長(zhǎng)慶油田大約有5 萬(wàn)口抽油桿井，占全部油井總數(shù)的96%以上，生產(chǎn)的石油占全部生產(chǎn)量的90%以上[2]。隨著油田開(kāi)采進(jìn)入中后期階段，深井、水平井、大斜度井等越來(lái)越多的新型油井進(jìn)入人們的視野。中國(guó)石油每年有1 000 口以上新開(kāi)發(fā)的油井，其中大斜度井約占60%以上。油井軌跡的復(fù)雜多變，隨之也帶來(lái)了許多嚴(yán)重的問(wèn)題，給傳統(tǒng)的采油方式提出了新的挑戰(zhàn)。其中，抽油桿與油管之間的偏磨問(wèn)題是新型油井的突出問(wèn)題，偏磨縮短了抽油桿與油管的使用壽命，導(dǎo)致維護(hù)工作繁重以及石油生產(chǎn)成本顯著升高。有數(shù)據(jù)表明[3]，2015 年長(zhǎng)慶油田設(shè)備的維修次數(shù)為42 000 次，維修費(fèi)用高達(dá)5.5億元人民幣，其中抽油桿與油管偏磨導(dǎo)致的維修數(shù)占總維修數(shù)的42.8%。

目前，主要的防偏磨方法可以分為減小桿柱屈曲類、旋轉(zhuǎn)抽油桿或油管類、避免管桿接觸類和降低摩擦系數(shù)類，其中避免管桿接觸類又可以細(xì)分為扶正器和柔性桿，降低摩擦系數(shù)類可細(xì)分為油管內(nèi)襯技術(shù)、油管內(nèi)壁涂層技術(shù)等。雖然各方法均有一定的改善作用，但又有一定的局限性，不能解決所有的管桿偏磨問(wèn)題。為此，本研究歸納總結(jié)了人工舉升過(guò)程中管桿產(chǎn)生偏磨的主要原因，對(duì)現(xiàn)有的防偏磨技術(shù)進(jìn)行了分析和梳理，指出各方法的適用范圍和局限性，并提出了現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展方向，為油田科研人員提供了數(shù)據(jù)支撐和參考。

1 偏磨原因及機(jī)理分析

1.1 交變應(yīng)力

在抽油桿失效分析中，負(fù)載的周期性變化是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，有桿泵在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮處理一些壓差，但是壓差的突變就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行故障。在上沖程時(shí)，抽油桿除了承受自身的質(zhì)量外還要承受油液的載荷，在此期間承受拉應(yīng)力；在下沖程時(shí)，抽油桿不需要承受油液的重量，在抽油桿的上半部分承受拉應(yīng)力，而在抽油桿的底部承受上半部分施加的壓應(yīng)力[4]。這種交變載荷的作用會(huì)導(dǎo)致抽油桿與油管之間的接觸，最終會(huì)產(chǎn)生磨損和失效[5]。抽油桿與油管之間的磨損如圖1[5]所示。

圖1 桿管偏磨示意圖

1.2 復(fù)雜的井身軌跡及生產(chǎn)過(guò)程中的扭矩

隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期階段，井深逐漸增大，大井群的比例越來(lái)越高。在石油開(kāi)采工程中，對(duì)油井防磨損、避障等特殊要求導(dǎo)致油井的井段多、井斜大、整體角度變化率高，最終造成整體井身軌跡復(fù)雜。在抽油桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于軸向力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平分力，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡的扭矩，在復(fù)雜的井身軌跡和扭矩的共同作用下，抽油桿與油管的內(nèi)壁容易發(fā)生接觸，尤其是在斜井中[6]，摩擦系數(shù)顯著上升，隨著時(shí)間的推移，就會(huì)發(fā)生偏磨現(xiàn)象。偏磨有可能會(huì)導(dǎo)致抽油桿的斷裂或者油管的泄漏。

1.3 油井結(jié)蠟

油井結(jié)蠟（蠟沉積與結(jié)垢）現(xiàn)象可以定義為在底層溫度、壓力等各種因素的作用下，石油中的固體或半固體成分（此成分通常為瀝青、石蠟），從石油中析出后與油管外部形成粘連，進(jìn)一步會(huì)形成固體混合物[7]。在抽油桿運(yùn)行的上沖程時(shí)，結(jié)蠟會(huì)使得光桿的阻力增加，而在下沖程時(shí)，光桿的阻力會(huì)減少，這就造成了光桿的振動(dòng)[8]。由于石蠟的存在，抽油桿表面的粗糙度增大，在整個(gè)行程長(zhǎng)度或某個(gè)區(qū)域內(nèi)，抽油桿會(huì)受到液體摩擦力的影響，使得閥門的阻力增加。在這種摩擦力的持續(xù)作用下，抽油桿的外徑會(huì)減小，油管的內(nèi)徑會(huì)增大。結(jié)蠟點(diǎn)的摩擦力將會(huì)比其他未結(jié)蠟部位的摩擦力更大，抽油桿會(huì)發(fā)生彎曲變形，引發(fā)更加嚴(yán)重的偏磨。

1.4 井液流動(dòng)

在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，大多忽略了井液流動(dòng)對(duì)抽油桿磨損的影響，或?qū)⒊橛蜅U視為一個(gè)等徑圓柱體。抽油桿由多根桿柱通過(guò)接箍連接而成，接箍的直徑要比抽油桿的直徑大，當(dāng)油液通過(guò)接箍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓力差，壓力差對(duì)抽油桿的偏磨也會(huì)產(chǎn)生一定影響。

馬前進(jìn)[9]構(gòu)建了抽油桿、接箍和油管之間的模型，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算得到井液流量對(duì)有無(wú)接箍的壓降影響變化趨勢(shì)，如圖2所示。研究結(jié)果表明，井液流動(dòng)在接箍處產(chǎn)生的壓力差在桿柱受力分析時(shí)不可忽略，井液的流動(dòng)也會(huì)對(duì)桿、管的偏磨產(chǎn)生影響。

圖2 有無(wú)接箍時(shí)的壓降對(duì)比

1.5 生產(chǎn)參數(shù)

在石油開(kāi)采過(guò)程中，需要對(duì)油井設(shè)置不同的生產(chǎn)參數(shù)，抽油桿的偏磨與生產(chǎn)參數(shù)密切相關(guān)。大沖次和高沉沒(méi)度都會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的側(cè)向力和更嚴(yán)重的偏磨。在抽油桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，側(cè)向力的變化非常劇烈。在中國(guó)酒東油田的偏磨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中[10-11]，偏磨井的沖次多集中于3.5 次/min 以上的油井，說(shuō)明沖次較大的油井偏磨較嚴(yán)重。沖次增加，每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，泵中油液的充盈程度相對(duì)就會(huì)降低，導(dǎo)致抽油桿與油管之間的偏磨加重。因此，對(duì)于采油率較低的油井，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臏p少?zèng)_次，增加沖程。油井沉沒(méi)度是抽油泵下入到動(dòng)液面以下的深度，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，沉沒(méi)度低于200 m 的油井偏磨率為32.5%，沉沒(méi)度大于800 m 的油井偏磨率為33%，沉沒(méi)度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)使油井偏磨率上升。當(dāng)沉沒(méi)度過(guò)高時(shí)，柱塞受到的浮力也會(huì)越大，抽油桿的偏磨加重；反之，當(dāng)沉沒(méi)度過(guò)低時(shí)，上沖程時(shí)油液來(lái)不及注入泵筒內(nèi)，下沖程時(shí)泵筒會(huì)空載一段時(shí)間后突然撞擊液面，抽油桿的偏磨也會(huì)加重。

1.6 復(fù)雜的井下環(huán)境

井下環(huán)境的影響因素主要有含水率、采出液的含沙量、液量、泵效、黏稠度以及礦物質(zhì)含量等，不同影響因素的作用見(jiàn)表1。其中，含水率對(duì)抽油桿腐蝕速率影響較大，其關(guān)系如圖3[12]所示，而高含沙量容易造成管口的堵塞，如圖4[13]所示。

表1 井下環(huán)境的影響因素及其作用

圖3 含水率與抽油桿腐蝕速率的關(guān)系

圖4 高含沙量對(duì)抽油桿管口的堵塞情況

2 抽油桿防偏磨技術(shù)研究進(jìn)展

油井抽油桿的偏磨問(wèn)題不容忽視，由此產(chǎn)生的維修、保養(yǎng)成本非常高，在世界各國(guó)的研究人員的共同努力下，進(jìn)行了大量的配套技術(shù)研究與應(yīng)用，這些技術(shù)在一定程度上延長(zhǎng)了抽油設(shè)備的服役時(shí)間，減少了材料的損耗。這些技術(shù)在思路上概括起來(lái)可分為減小桿柱屈曲、旋轉(zhuǎn)抽油桿或油管、避免桿管接觸、降低摩擦系數(shù)、添加化學(xué)試劑5類。

2.1 減小桿柱屈曲

通過(guò)加重技術(shù)、油管錨定技術(shù)等手段，有效解決抽油桿、油管的沖程損失和由于桿管不穩(wěn)定和彎曲引起的偏磨。加重技術(shù)就是通過(guò)加重桿或者在抽油桿底部增加重塊以達(dá)到增加抽油桿整體的重量，利用加重技術(shù)可以提高抽油桿整體的剛度和強(qiáng)度，使抽油桿處于受拉狀態(tài)，避免了在下沖程過(guò)程中著力點(diǎn)的彎曲問(wèn)題[14]。減少抽油桿彎曲、變形的幾率，增強(qiáng)其運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止偏磨情形的出現(xiàn)。其中加重桿的長(zhǎng)度可由經(jīng)驗(yàn)公式：L= 1.2HZ計(jì)算，其中HZ為中和點(diǎn)到抽油桿底端的距離。油管錨定技術(shù)用以減少由于抽油桿柱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)泵運(yùn)動(dòng)造成的油管失穩(wěn)變形，改善管柱受力狀態(tài)，此項(xiàng)技術(shù)可以減輕管柱失穩(wěn)變形造成的抽油桿和油管的摩擦損壞，減少?zèng)_程損失，延長(zhǎng)管柱的使用壽命[15]。油管錨定技術(shù)大多通過(guò)管內(nèi)外液柱引起的壓差帶動(dòng)油管錨定器工作，可靠性差。隨著系統(tǒng)效率的要求逐步提升以及整體優(yōu)化設(shè)計(jì)因素的制約，拉伸技術(shù)往往有較多的局限性，在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)逐漸減少此類技術(shù)的使用。

2.2 旋轉(zhuǎn)抽油桿或油管技術(shù)

旋轉(zhuǎn)技術(shù)的工作原理是通過(guò)上下沖程的外力或人為施加的外力使得抽油桿或油管自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，抽油桿與油管之間的單一面磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周的螺旋狀磨損[16]，從而延長(zhǎng)抽油桿的使用壽命。理論上，抽油桿和油管的旋轉(zhuǎn)都可以達(dá)到上述效果，但是旋轉(zhuǎn)油管所需的扭矩更大，需要消耗更多的能源，在實(shí)際生產(chǎn)中多數(shù)油田已經(jīng)停止使用油管旋轉(zhuǎn)技術(shù)。相反，抽油桿的直徑更小，應(yīng)用效果更好，在油田中的應(yīng)用更為廣泛。

2.3 避免桿管接觸技術(shù)

2.3.1 扶正器

抽油桿扶正器是各油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的主要防偏轉(zhuǎn)措施。扶正器的工作原理是利用扶正器的外徑比抽油桿的外徑大，當(dāng)桿柱發(fā)生磨損時(shí)，扶正器最先與油管接觸，從而減少抽油桿的磨損，延長(zhǎng)抽油桿的使用壽命，安裝扶正器前后抽油桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖5[9]所示。抽油桿扶正器主要分為扭轉(zhuǎn)式和聯(lián)軸器兩種：①扭轉(zhuǎn)式扶正器安裝在抽油桿上，這種方法的重復(fù)利用率高，可有效防止抽油桿偏磨，但容易出現(xiàn)位置偏移現(xiàn)象；②聯(lián)軸器式扶正器如圖6[17]所示，安裝在抽油桿接箍上，磨損均勻，緊固緊密，可有效防止接箍磨損，但當(dāng)偏心磨損嚴(yán)重時(shí)容易發(fā)生斷裂，造成拉桿被拆下。

圖5 裝扶正器前后抽油桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖

圖6 聯(lián)軸器式扶正器

在實(shí)際生產(chǎn)中，具有一定數(shù)量的聯(lián)軸器根據(jù)實(shí)際情況配置到抽油桿上，對(duì)扶正器的配置方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。智勤功[18]將相鄰兩扶正器之間的耦合振動(dòng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為具有初彎曲的簡(jiǎn)支梁耦合振動(dòng)問(wèn)題，在交變軸向載荷的激勵(lì)下，建立了兩相鄰扶正器之間抽油桿的力學(xué)模型及仿真模擬，結(jié)果表明，動(dòng)力學(xué)模型與靜力學(xué)模型的模擬計(jì)算結(jié)果不同，動(dòng)力學(xué)模型的橫向變形更大，因此在以后設(shè)計(jì)扶正器配置方案時(shí)，采用動(dòng)力學(xué)模型更加準(zhǔn)確。研究成果可以為以后的抽油桿防偏磨優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

扶正器自身也有一些局限性，比如相應(yīng)裝置磨損以后，桿管之間還是會(huì)存在偏磨，并且由于有扶正器的存在，抽油桿與油管之間的空隙減少，油液在桿管之間的空腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)，阻力會(huì)增大，結(jié)蠟情況也會(huì)加重。

2.3.2 柔性桿

柔性桿的結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的抽油桿有所不同，傳統(tǒng)的抽油桿由多根抽油管通過(guò)接箍連接而成，將接箍改為可以彎曲變形的柔性連接。當(dāng)抽油桿受到的阻力大于臨界載荷而發(fā)生彎曲時(shí)，柔性桿可通過(guò)彎曲變形適應(yīng)阻力的變化，以達(dá)到減少磨損的目的。目前這種技術(shù)還處于試驗(yàn)階段，從試驗(yàn)油井的應(yīng)用效果來(lái)看，柔性桿比普通抽油桿的磨損要輕很多。

付堯等[19]開(kāi)展了碳纖維柔性桿技術(shù)的研究與應(yīng)用，以解決桿管磨損、斷脫問(wèn)題。選擇含碳量超過(guò)99%的碳纖維作為柔性桿的主體材料，碳纖維柔性桿以耐高溫樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，以碳纖維作為增強(qiáng)材料，具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，碳纖維連續(xù)柔性抽油桿是一項(xiàng)新的工藝技術(shù)，有效緩解了鋼制桿的桿管偏磨、斷脫問(wèn)題，同時(shí)具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì)，有力推動(dòng)了抽油機(jī)井舉升工藝更好更快地發(fā)展。

2.4 降低摩擦系數(shù)

2.4.1 油管內(nèi)襯工藝

（1）內(nèi)襯HDPE耐磨防腐油管技術(shù)

HDPE 油管內(nèi)襯工藝是將HDPE 內(nèi)襯管嵌入到油管內(nèi)部，避免了抽油桿與油管的直接接觸，得到抗磨性、抗腐蝕性非常強(qiáng)的內(nèi)襯油管。這種高分子材料的基體是高密度聚乙烯，耐磨性、彈性、韌性、抵抗塑性變形的能力都顯著高于普通材料，可有效防止抽油桿與油管之間的偏磨。HDPE內(nèi)襯油管結(jié)構(gòu)如圖7[20]所示。

圖7 HDPE內(nèi)襯油管結(jié)構(gòu)示意圖

HDPE 以其耐腐蝕和改善流體流動(dòng)的能力而聞名，它隔斷了油井產(chǎn)出液對(duì)鋼質(zhì)油管內(nèi)壁的腐蝕，可以有效防止腐蝕以及腐蝕與磨損聯(lián)合作用形成的偏磨。與碳鋼相比，HDPE 具有更低的摩擦系數(shù)，HDPE 內(nèi)襯材料與普通抽油桿之間的摩擦系數(shù)約為0.16～0.23，同時(shí)具有高韌性和良好的彈性，可有效抵抗磨料磨損，彈性記憶效應(yīng)能夠讓其變形后迅速恢復(fù)原狀，并且承受側(cè)向載荷的能力比裸鋼管更強(qiáng)[21]。HDPE 用于與多相流體（水/原油/天然氣）接觸的環(huán)境，最高工作溫度可達(dá)60 ℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試[22]，HDPE 的耐磨性和耐腐蝕性大約是碳鋼的3 倍。HDPE 襯管技術(shù)推薦應(yīng)用于現(xiàn)存油氣田、腐蝕性氣井、海上油井、管道泄漏頻繁等場(chǎng)合[23]。同時(shí)，HDPE 的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)：①減少由于內(nèi)部泄漏導(dǎo)致的流道故障次數(shù)；②延長(zhǎng)管道壽命；③提高生產(chǎn)效率和降低維修養(yǎng)護(hù)成本。

（2）內(nèi)襯GRE（玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂）耐磨防腐油管技術(shù)

地下油井的腐蝕與磨損所造成的維修與保養(yǎng)費(fèi)用是非常昂貴的，防止這種磨損的一種非常有效的方法是在碳鋼管中安裝GRE 內(nèi)襯油管，如圖8[27]所示。用GRE 為碳鋼管提供保護(hù)層的內(nèi)襯技術(shù)已經(jīng)存在了幾十年，全球已經(jīng)有超過(guò)10 萬(wàn)次安裝。GRE內(nèi)襯的獨(dú)特性能使其成為對(duì)抗一系列惡劣井下環(huán)境的相對(duì)廉價(jià)的選擇。該技術(shù)為昂貴的耐腐蝕合金或化學(xué)緩蝕劑處理提供了一種可行的替代方案。從世界范圍內(nèi)GRE 的歷史表現(xiàn)來(lái)看，即使在最惡劣的環(huán)境中，GRE的使用壽命也非常長(zhǎng)[24]。

圖8 GRE內(nèi)襯油管示意圖［27］

GRE的光滑表面帶來(lái)一些額外的好處。GRE內(nèi)部表面的光滑度達(dá)到了5.3 μm（0.000 21 in），而碳鋼的光滑度則為35.1 μm（0.001 38 in），與碳鋼不同，在GRE 的整個(gè)生命周期內(nèi)都會(huì)保持這種光滑度[25]。這種光滑的表面阻礙了瀝青或蠟等在內(nèi)襯表面的附著。

與碳鋼相比，光滑表面的另一個(gè)好處是摩擦減少，壓降更小。此外，GRE 襯管還適用于相對(duì)較高的井下溫度（高達(dá)138 ℃），適用于大部分油氣井[26]。

（3）塑料內(nèi)襯油管

塑料內(nèi)襯油管也稱作熱塑性塑料襯套，用于保護(hù)各種油田管柱，具有提高耐腐蝕性、減輕磨損、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，塑料內(nèi)襯油管采用高密度聚乙烯（HDPE）或超高分子量聚乙烯（UHMPE）作為原材料，可在溫度高達(dá)99 ℃的環(huán)境中安裝；同時(shí)降低了壓降，最大限度提高了流體吞吐能力，特別是在使用高速流體的高流量井中[28]。此外，在延長(zhǎng)管材壽命方面，它們可能比耐腐蝕合金、塑料涂層和熱固性內(nèi)襯產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)。

普通油管內(nèi)壁與抽油桿的摩擦因數(shù)為0.3 左右、絕對(duì)粗糙度為0.046，塑料內(nèi)襯油管與抽油桿的摩擦因數(shù)為0.16～0.23，絕對(duì)粗糙度為0.001 5，可有效減少油管內(nèi)壁的磨損。內(nèi)襯油管良好的耐磨性源于塑料分子自身的特點(diǎn)——彈性記憶效應(yīng)，彈性記憶效應(yīng)主要表現(xiàn)在兩方面：一是可以吸收因內(nèi)襯管與抽油桿摩擦而產(chǎn)生的熱量；二是對(duì)于一些微小劃痕可以自動(dòng)愈合，所以塑料內(nèi)襯油管耐磨性能夠達(dá)到普通鋼管的4～6 倍[29]。

（4）陶瓷內(nèi)襯油管

陶瓷內(nèi)襯復(fù)合油管常使用自蔓延高溫合成法（self-propagating high-temperature synthesis，SHS）加工而成，具有良好的耐磨損、耐腐蝕、防結(jié)垢結(jié)蠟等性能，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和油田實(shí)際生產(chǎn)中都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。孫海礁等[30]對(duì)N80鋼管內(nèi)襯陶瓷前后的金相組織、力學(xué)性能、耐高溫高壓腐蝕性能做了相關(guān)研究，試驗(yàn)表明，N80鋼管內(nèi)襯陶瓷后金相組織及力學(xué)性能未發(fā)生明顯變化；由圖9[30]可知，隨著溫度的升高，陶瓷內(nèi)襯層的失重率呈升高趨勢(shì)，且失重率明顯低于金屬管。

（2）新興材料納標(biāo)不及時(shí)。對(duì)于新興材料的采標(biāo)納標(biāo)要求，目前我國(guó)尚沒(méi)有明確的成文規(guī)定。據(jù)有關(guān)資料顯示，許多已經(jīng)設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造成功且技術(shù)成熟的新興材料，多年來(lái)都沒(méi)有納入規(guī)范的行業(yè)及以上標(biāo)準(zhǔn)。如此一來(lái)，嚴(yán)重妨礙了產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量控制和過(guò)程控制，阻礙了新材料的推廣使用進(jìn)程。

圖9 金屬基體與陶瓷內(nèi)襯層的腐蝕速率和失重率

2.4.2 油管內(nèi)壁涂層技術(shù)

減少抽油桿和油管磨損的另一種選擇是使用耐磨、低摩擦涂層。類金剛石或DLC涂層由于涂層表面和對(duì)立面的低磨損，同時(shí)還具有低摩擦的優(yōu)點(diǎn)，因此是特別有吸引力的候選涂層。此外，DLC涂層易于應(yīng)用，特別是在類似于抽油桿的圓柱形幾何形狀上。減少磨損和摩擦的機(jī)制取決于載荷、耐磨性和其他環(huán)境因素[31]。該涂層可應(yīng)用于抽油桿與油管，以減少生產(chǎn)過(guò)程中油管的磨損，同時(shí)保持接箍的完整性，從而能夠增加抽油桿與油管的使用壽命，減少維修保養(yǎng)的頻率。

鎳基合金涂層具有良好的抗磨損和耐腐蝕性能，被廣泛用于金屬的強(qiáng)化涂層，以提高金屬的耐磨性。此外，為了滿足更苛刻的工程環(huán)境的需要，在鎳基合金涂層中加入一些陶瓷顆粒，以獲得更高的硬度和更好的耐磨性。在各種陶瓷顆粒中，碳化鈦（TiC）具有較高的顯微硬度(2 795HV0.2)、較高的熔化溫度(3 150 °C)、較高的剛度、良好的耐腐蝕和耐沖蝕性能，有望成為鎳基復(fù)合涂層的最佳強(qiáng)化劑之一[32]。陳宏等[33]通過(guò)激光熔覆制備TiC-Ni復(fù)合涂層，TiC 顆粒組織得到細(xì)化，提高了TiC/Ni復(fù)合材料的顯微硬度和耐磨性。黃世明等[34]采用混合粉末（NiCrBSi+Ni+NiCr-Cr3C2）等離子噴涂工藝制備了原位TiC 顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層。黃本勝等[35]采用混合粉末（Ni60A+B4C+Ti）高頻感應(yīng)熔鑄法制備了TiC 增強(qiáng)鎳基涂層。選擇B4C和Ti粉末有兩個(gè)原因：一是B4C 硬度高，耐磨性突出[36]；二是TiB2和TiC也是通過(guò)B4C 和Ti 在高溫下原位反應(yīng)合成的[35]。原位TiC/TiB2增強(qiáng)鎳基合金復(fù)合鍍層具有較高的顯微硬度，復(fù)合涂層的平均硬度值隨B4C+Ti 粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸增大。當(dāng)w（B4C+Ti）=40%時(shí)，涂層的顯微硬度最高(866.7HV0.2)，是基體的2.7倍左右。

2.5 添加化學(xué)試劑

2.5.1 添加除蠟劑

原油中含有石蠟、凝油、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、砂和其他機(jī)械雜質(zhì)，在原油的輸送過(guò)程中，這些雜質(zhì)會(huì)慢慢地沉積在管道內(nèi)壁形成殘留物，我們稱之為石蠟沉積物。經(jīng)過(guò)分析，石蠟沉積物中含有大約35%～45%石蠟、30%～40%凝油、15%～25%瀝青質(zhì)和膠質(zhì)以及少量的鐵銹和砂等[37]?；瘜W(xué)試劑除蠟的原理就是在油井中添加化學(xué)藥劑，化學(xué)藥劑能夠溶解石蠟沉積物，使得沉積物從管道上面脫落，并隨油流一起流動(dòng)到地表。這種方法效果顯著，對(duì)油井環(huán)境要求低，成本較低，經(jīng)濟(jì)效益高，在各大油田的生產(chǎn)中都備受青睞。彭剛[38]研制出了一種新型除蠟劑，以苯乙烯、馬來(lái)酸酐、烯丙基硫脲和十八醇為主要原料，通過(guò)共聚、酯化反應(yīng)合成SM-ATUE 高分子防蠟劑，種清蠟劑不同于一般清蠟劑的地方在于加入了一定量的表面活性劑，其目的是希望溶解石蠟后的清蠟劑能直接與大量水互溶，并能在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。這種清蠟劑不僅具有油基清蠟劑除蠟效果好的優(yōu)點(diǎn)，而且還能通過(guò)稀釋達(dá)到污水處理標(biāo)準(zhǔn)。

2.5.2 添加緩蝕劑

3 結(jié)論與展望

（1）井液流動(dòng)在接箍處產(chǎn)生的壓力差在桿柱受力分析時(shí)不可忽略。井液的流動(dòng)也會(huì)對(duì)桿、管的偏磨產(chǎn)生影響。

（2）智勤功將相鄰兩扶正器之間的耦合振動(dòng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為具有初彎曲的簡(jiǎn)支梁耦合振動(dòng)問(wèn)題，在交變軸向載荷的激勵(lì)下，建立了兩相鄰扶正器之間抽油桿的力學(xué)模型及仿真模擬，研究成果可以為以后的抽油桿防偏磨優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

（3）付堯等選擇含碳量超過(guò)99%的碳纖維作為柔性桿的主體材料，碳纖維柔性桿以耐高溫樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，以碳纖維作為增強(qiáng)材料，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，碳纖維連續(xù)柔性抽油桿是一項(xiàng)新的工藝技術(shù)，有效緩解了鋼制桿的桿管偏磨、斷脫問(wèn)題。

（4）GRE內(nèi)襯的獨(dú)特性能使其成為對(duì)抗一系列惡劣井下環(huán)境的相對(duì)廉價(jià)的選擇。該技術(shù)為昂貴的耐腐蝕合金或化學(xué)緩蝕劑處理提供了一種可行的替代方案。

（5）陶瓷內(nèi)襯油管有著良好的耐磨損、耐腐蝕、防結(jié)垢結(jié)蠟等性能，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和油田實(shí)際生產(chǎn)中都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。

（6）目前防治偏磨的方法還有一些局限性，比如應(yīng)用范圍較小、成本較高、操作難度大等，這些問(wèn)題的進(jìn)一步突破將對(duì)抽油桿的應(yīng)用研究具有重要意義。