對(duì)桿管偏磨問題的研究和解決重點(diǎn)講義

1、對(duì)桿管偏磨問題的研究和解決第一章 國(guó)內(nèi)外管桿偏磨現(xiàn)狀概述在有桿泵抽油系統(tǒng)中，油管和抽油桿的偏磨普遍存在，這不僅降低抽油桿的強(qiáng)度，造成抽油桿斷裂，還會(huì)磨穿油管壁，造成油管漏失，影響油井正常生產(chǎn)。大港油田第三采油廠1048口生產(chǎn)井中，抽油機(jī)井有788口，占生產(chǎn)井的75.2%。由于井斜和綜合含水的上升，抽油桿的偏磨腐蝕現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。偏磨腐蝕井占頻繁作業(yè)井的74%，占抽油機(jī)生產(chǎn)井的53.7%，因偏磨腐蝕而造成油井檢泵作業(yè)的工作量占全年檢泵作業(yè)工作量總和的46.5%，管桿的使用壽命也因偏磨腐蝕而縮短了4060%。勝利油田822口抽油井中，年生產(chǎn)時(shí)間少于200天的作業(yè)井有216口，其中管桿偏磨造成桿斷和油

2、管漏失井有70口，占32.4%。每年由于油管和抽油桿偏磨腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近千萬(wàn)元，間接經(jīng)濟(jì)損失3000萬(wàn)元以上，偏磨腐蝕已成為影響該油田正常生產(chǎn)的重要因素。因此，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝減少偏磨腐蝕，是降低采油成本的有效措施之一。第二章 偏磨原因分析管、桿偏磨的發(fā)生與有桿泵抽油系統(tǒng)所處的井筒狀況、工作參數(shù)、產(chǎn)出液性質(zhì)等工作環(huán)境密切相關(guān)。歸納起來(lái)，造成抽油井管、桿偏磨主要有兩方面的原因：一是機(jī)械磨損；二是腐蝕磨損。2.1 機(jī)械磨損2.1.1 井身結(jié)構(gòu)引起的管桿偏磨對(duì)于斜井或水平井，其井身結(jié)構(gòu)存在一定的井斜角，如果抽油泵下到造斜點(diǎn)以下，泵上油管會(huì)隨著套管一起彎曲，生產(chǎn)時(shí)，抽油桿的綜合拉力產(chǎn)生了一個(gè)

3、側(cè)向分力，導(dǎo)致油管和抽油桿發(fā)生偏磨。彎曲段或造斜點(diǎn)的角度越大，抽油桿與油管之間的磨損越嚴(yán)重。這種磨損發(fā)生在抽油桿的上、下兩個(gè)沖程的全過(guò)程，磨損較嚴(yán)重。即使對(duì)于直井，目前的鉆井技術(shù)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)在泵以上時(shí)，由于抽油桿在油管中的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也會(huì)造成管桿之間的摩擦。2.1.2 封隔器座封造成油管彎曲引起管桿偏磨一方面，由于分層采油、卡堵水等需要，很多油井帶封隔器生產(chǎn)；另一方面由于管柱上使用油管錨。而多數(shù)型號(hào)的封隔器、油管錨的座封和錨定都需要一定的座封重力，會(huì)導(dǎo)致油管彎曲；并且座封重力愈大，油管彎曲程度愈大，彎曲

4、的管柱越長(zhǎng)，管、桿偏磨也就愈嚴(yán)重。2.1.3交變載荷造成桿柱彎曲變形引起管桿偏磨抽油井正常工作時(shí)，抽油桿柱在上、下沖程過(guò)程中的受力情況是不同的。上沖程整個(gè)抽油桿處于受拉狀態(tài)，整個(gè)桿柱基本呈直線狀態(tài)；下沖程時(shí)，抽油桿主要受上下兩個(gè)方向的作用力，一個(gè)是自身向下的重力，另一個(gè)就是活塞和抽油桿下沖程時(shí)受到的阻礙抽油桿下行的彎曲力，使下部的抽油桿產(chǎn)生螺旋彎曲。這樣在抽油桿上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，桿柱上下受力不一致，下沖程時(shí)，在抽油桿柱上形成一個(gè)受力中和點(diǎn)，中和點(diǎn)上部桿柱受向上的拉力，中和點(diǎn)下部桿柱受向下的壓力。下沖程受壓的部分桿柱就會(huì)發(fā)生彎曲變形，與油管發(fā)生偏磨。2.1.4 油管彎曲造成管桿偏磨在沒有錨定的油

5、管柱中，油管在每個(gè)沖程中，要承受液柱壓力作用。上沖程時(shí)，液柱載荷轉(zhuǎn)換到抽油桿上，由于管內(nèi)介質(zhì)的重力、油管與管內(nèi)介質(zhì)和抽油桿的阻力作用，使抽油桿拉直，而原先作用在油管上的液柱載荷突然消失，產(chǎn)生“活塞效應(yīng)”使管柱底部受到一個(gè)向上的虛擬力作用，導(dǎo)致油管收縮并發(fā)生彎曲變形，造成抽油桿上行偏磨。油管彎曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近，即中和點(diǎn)以下到泵的位置。中和點(diǎn)位置又與泵以下尾管的長(zhǎng)度有關(guān)。若尾管加長(zhǎng)，則泵以下油管的質(zhì)量增大，就可以把彎曲應(yīng)力抵消。2.1.5 管桿重復(fù)摩擦，加劇偏磨的速度抽油系統(tǒng)在工作中，由于管、桿在徑向上基本上不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，抽油桿有規(guī)律地重復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成管、桿總是同一方向、同一部位上發(fā)生

6、摩擦，很容易造成摩擦部位的管、桿失效?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，多數(shù)抽油桿接箍?jī)H一側(cè)嚴(yán)重磨損。2.2 腐蝕磨損2.2.1含水的影響在高含水油田，油井產(chǎn)出液性質(zhì)與開發(fā)初期相比發(fā)生了巨大變化。當(dāng)油井產(chǎn)出液含水大于74 %時(shí)產(chǎn)出液換相，由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型。也就是說(shuō)，管、桿表面失去了原油的保護(hù)作用，產(chǎn)出水直接接觸金屬，腐蝕速度增加。摩擦的潤(rùn)滑劑由原油變?yōu)楫a(chǎn)出水，由于失去原油的潤(rùn)滑作用，油管內(nèi)壁和抽油桿磨損速度加快，磨損嚴(yán)重。2.2.2 偏磨和腐蝕的交替效應(yīng)（1）管桿偏磨，使磨損表面產(chǎn)生熱能，從而使管、桿表面鐵分子活化，而產(chǎn)出液具有強(qiáng)腐蝕性，使偏磨處首先被腐蝕。（2）由于偏磨處表面被活化，成為電化學(xué)腐蝕的陽(yáng)極，從

7、而形成了大陰極小陽(yáng)極的電化學(xué)腐蝕，而產(chǎn)出液是強(qiáng)電解質(zhì)，具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)電化學(xué)腐蝕起到一個(gè)催化作用，更加劇了腐蝕。（3）由于腐蝕，使管桿偏磨表面更粗糙，從而磨損更嚴(yán)重。偏磨和腐蝕并非簡(jiǎn)單的疊加，而是相互作用，相互促進(jìn)，二者交替作用具有更大的破壞性。第三章 防偏磨配套技術(shù)研究根據(jù)油井有桿泵生產(chǎn)的特點(diǎn)，針對(duì)造成管、桿偏磨的主要原因和偏磨規(guī)律，為了防止偏磨，制定出以下三方面配套技術(shù)，一是消除油管、抽油桿彎曲的技術(shù)措施；二是采取管、桿柱防偏磨技術(shù)；三是實(shí)施工藝轉(zhuǎn)向，徹底解決管桿偏磨。3.1 防偏磨技術(shù)的原理3.1.1 消除抽油桿彎曲抽油桿柱的失穩(wěn)包括動(dòng)力失穩(wěn)和運(yùn)動(dòng)中的受壓彎曲失穩(wěn)。動(dòng)力失穩(wěn)是指桿體上的周

8、期壓載頻率與壓桿的橫向自振頻率之間的比值達(dá)到一定值時(shí)，壓桿發(fā)生劇烈的橫向振動(dòng)。其實(shí)如果能夠避免了抽油桿柱在運(yùn)動(dòng)中的受壓歪曲失穩(wěn)，則同時(shí)也避免了抽油桿柱發(fā)生的動(dòng)力失穩(wěn)。表3-1 單根（8m）抽油桿壓桿失穩(wěn)彎曲的臨界載荷抽油桿直徑（mm）25.422.219.116.0臨界載荷（N）160905030表3-2 單根（6m）加重桿壓桿失穩(wěn)彎曲的臨界載荷加重桿直徑（mm）42.038.131.828.6臨界載荷（N）2154.81459.2708.1463.3可見，適當(dāng)增加底部抽桿的直徑，可以有效提高抽油桿的彎曲臨界載荷 ，可以避免下部抽油桿的彎曲，從而解決管桿偏磨。3.2防偏磨技術(shù)3.2.1抽油桿防

9、偏磨技術(shù)（1）加重桿是防止桿柱底部抽油桿彎曲的有效方法。它能使桿柱中和點(diǎn)下移，且可以降低桿柱的交變應(yīng)力幅度,延長(zhǎng)抽油桿疲癆斷裂周期。但42mm加重桿下井使用無(wú)配套的提下工具操作極為不方便，目前僅在個(gè)別工藝措施井和少數(shù)稠油井使用難以推廣使用。25mm扶正加重桿除具備有42mm加重桿的加重作用外，還從根本上解決了抽油桿底部壓桿失穩(wěn)彎曲而帶來(lái)的偏磨問題，且操作簡(jiǎn)單，不需任何專用工具，用25mm抽油桿吊卡完成提下工作。（2）為了避免抽油桿和油管的直接接觸，在中和點(diǎn)以下抽油桿上加裝扶正器，以防止管、桿磨損。抽油桿本體尼龍扶正器圖3-3 固定式尼龍扶正器圖3-2 滾輪式抽油桿扶正器扶正器按其與油管的磨擦性

10、質(zhì)分為滾動(dòng)式扶正器和滑動(dòng)式扶正器。滾動(dòng)式扶正器又可分為滾輪式和滾珠式兩種。滑動(dòng)式扶正器主要有兩瓣對(duì)卡式和固定式尼龍扶正器。在扶正器使用方面，我們先后采用了滾輪式扶正器、兩瓣對(duì)卡式尼龍扶正器和固定式尼龍扶正器。滾輪式扶正器（見圖3-2）由于易卡輪和不耐腐蝕的原因，脫落的碎片、軸銷易卡泵，近年已漸漸淘汰不再使用；兩瓣對(duì)卡式尼龍扶正器在抽油桿上易滑動(dòng)，扶正效果差，使用受到限制。采用尼龍扶正器扶正。目前使用最多的是固定式尼龍扶正器（見圖3-3），使用前按設(shè)計(jì)位置直接將尼龍注塑在抽油桿桿體上，一次注塑成型。具有抗沖壓、耐熱、耐磨、耐腐蝕等特點(diǎn)。在抽油桿柱中和點(diǎn)的下部灌注尼龍扶正器，可以有效地防止桿柱彎曲

11、、偏磨。（3）應(yīng)用抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置，改變管桿的接觸面，由原來(lái)的一側(cè)偏磨變?yōu)閳A周偏磨，延長(zhǎng)抽油桿使用時(shí)間。采用定期旋轉(zhuǎn)光桿的措施，變換抽油桿偏磨位置，延長(zhǎng)抽油桿使用壽命。3.2.2油管防偏磨技術(shù)（1）采用座封負(fù)荷小的封隔器。由于目前多數(shù)井動(dòng)液面深，泵掛深度逐年增大，平均達(dá)1800m以上，泵掛最深達(dá)2500米，約有35%以上油井在80kN負(fù)荷下座封，油管柱受壓，中和點(diǎn)在泵上。采用Y211封隔器，座封負(fù)荷很小，僅有3040kN，保證管柱無(wú)彎曲。（2）采用液壓油管錨代替以往的機(jī)械式油管錨。為防止油管伸縮及徑向擺動(dòng)，在無(wú)封隔器全井段生產(chǎn)井中采用油管錨。液壓油管錨接在泵上，油井生產(chǎn)時(shí)，油套管壓差大于0.3Mpa，錨爪卡在套管內(nèi)壁上，實(shí)現(xiàn)油管錨定。帶封隔器的油管柱采用改進(jìn)后的液壓油管錨配套伸縮管，同樣也可實(shí)現(xiàn)泵上油管錨定。（3）應(yīng)用油管旋轉(zhuǎn)裝置。油管旋轉(zhuǎn)裝置座在四通上，通過(guò)地面旋轉(zhuǎn)使井下油管旋轉(zhuǎn)，變換偏磨位置，延長(zhǎng)油管使用壽命。（4）對(duì)于分層開采的油井，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化管柱，優(yōu)先選用丟手管柱，這樣可以避免因作封使泵上油管彎曲造成管桿偏磨現(xiàn)象，同時(shí)可以避免因油管蠕動(dòng)造成的封隔器解封失效，簡(jiǎn)化管柱節(jié)省了油管用量年并使下次作業(yè)程序簡(jiǎn)化。同時(shí)能夠更好的采用一些防偏磨及防砂的工藝措施。3.3 工藝轉(zhuǎn)向針對(duì)目前工藝仍無(wú)法解決的管桿偏磨問題，轉(zhuǎn)變