抽油井管桿偏磨應(yīng)力分析與治理措施

1、抽油井管桿偏磨應(yīng)力分析與治理措施 抽油井管桿偏磨應(yīng)力分析與治理措施 摘 要在油田開發(fā)過程中，應(yīng)用機(jī)采系統(tǒng)采油存在著管桿偏磨問題。管桿偏磨是指抽油桿接箍及其本體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，而引起抽油桿、管磨損導(dǎo)致?lián)p壞的現(xiàn)象，它是油井頻繁作業(yè)、縮短檢泵周期的主要原因。本文就抽油井管桿偏磨應(yīng)力分析與治理措施進(jìn)行論述。 關(guān)鍵詞采油設(shè)備 桿管偏磨 治理措施 中圖分類號：O670 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X04-0048-01 前言 隨著油田不斷深入開發(fā)，綜合含水逐漸上升，油井的偏磨、腐蝕等情況不斷加劇。有桿泵油井生產(chǎn)過程中，由于井身結(jié)構(gòu)限制、管柱失穩(wěn)和管桿彈性變形、產(chǎn)出液性質(zhì)影響等因素，造成抽

2、油桿與油管之間總是存在接觸 磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致油井油管磨損漏失、抽油桿磨損斷脫等問題，嚴(yán)重影響油井檢泵周期。而且隨著油田開發(fā)的進(jìn)一步深入，低品位油藏相繼投入開發(fā)，油井泵掛深度加 大，同時(shí)，老油田高含水期開發(fā)產(chǎn)出液物性逐漸變差等因素都從不同程度上加劇了油井管桿偏磨問題的發(fā)生。消除或減緩抽油桿及油管的偏磨速度，延長檢泵周期是提高油田開發(fā)效益的重要路徑。 一、偏磨原因與分析 抽油機(jī)井桿管偏磨主要有三個(gè)方面的原因造成，一是井斜造成油管彎曲而導(dǎo)致桿管偏磨。二是抽油桿柱在較大的軸向壓力作用下導(dǎo)致桿管彎曲所造成偏磨。三是產(chǎn)出液的腐蝕性介質(zhì)加劇了偏磨。具體來說： 井斜 人為井斜。隨著油田開發(fā)和鉆井技術(shù)的不斷開展，

3、斜井、定向井越來越多。在造斜點(diǎn)附近，油管受井眼軌跡的影響產(chǎn)生彎曲。假設(shè)抽油泵在造斜點(diǎn)以下，造斜點(diǎn)處抽油桿與油管必然產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致桿管磨損。 自然井斜。在鉆井過程中，隨著鉆井深度的增加，鉆頭與井口的同心度出現(xiàn)偏差，井筒出現(xiàn)自然井斜，由此造成桿管磨損。 地層蠕變。開發(fā)地層段在地下高溫、高壓和地面注水的影響下，這種地層發(fā)生蠕變，形成對套管的擠壓作用。這種壓力在2000m以下井段中可到達(dá) 190MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上覆地層巖石的壓力，使原來較直的井眼軌跡發(fā)生變形成而彎曲。另外，疏松砂層，油藏地區(qū)出砂嚴(yán)重，引起地應(yīng)力和局部變化所產(chǎn)生 的擠壓力，也會使井眼軌跡發(fā)生變形，從而造成油管彎曲變形，在采油過程中導(dǎo)

4、致桿管偏磨。 桿管彎曲 底部抽油桿彎曲。抽油桿彎曲產(chǎn)生于下沖程，期間，抽油桿主要受兩個(gè)方面的作用力，一是自身在液體中向下的重力，再就是活塞下沖程時(shí)受到向上的阻力。阻力隨著活塞直徑、抽油桿在油管內(nèi)的各種摩擦阻力、抽油泵沖次以及液體運(yùn)動速度的變大而加大。兩個(gè)方向的力的平衡點(diǎn)，即中性點(diǎn)，在中性點(diǎn)以上抽油桿呈拉伸狀態(tài)，中性點(diǎn)以下的抽油桿受壓而彎曲，使抽油桿與油管發(fā)生偏磨。 油管彎曲。抽油桿在上沖程時(shí)，游動凡爾關(guān)閉，活塞帶動油管內(nèi)介質(zhì)上移。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，而油管在中性點(diǎn)以下產(chǎn)生彎曲，使桿管接觸產(chǎn)生磨損。油管彎曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近，即中性點(diǎn)以

5、下到泵的位置。 封箱器坐封。在多油層油井分層開發(fā)過程中，要使用封箱器將油層隔開，封箱器坐封需要一定的坐封力，坐封力會導(dǎo)致油管彎曲，坐封力越大油管彎曲越大，桿管偏磨也就越嚴(yán)重。 井液介質(zhì)影響 綜合含水影響。當(dāng)油井產(chǎn)出液的含水大于74.02%時(shí)，由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型。此時(shí)，管桿壁失去了原油的保護(hù)作用，直接與產(chǎn)出水接觸，腐蝕速度加快，同時(shí)，原有摩擦的潤滑劑由原油變成產(chǎn)出水，管桿壁失去了原油的潤滑作用，磨損速度加快。 腐蝕介質(zhì)影響。對產(chǎn)出液中所含水的理化分析結(jié)果，酸性離子的存在，對抽油桿和油管產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕作用，腐蝕和磨損的聯(lián)合作用加速了抽油桿和油管的破壞。 同時(shí)，含砂量、油井結(jié)蠟、原油粘度也是造

6、成偏磨的重要因素。 二、偏磨治理對策 開展防偏磨成型工藝研究與應(yīng)用 加強(qiáng)根底研究，建立桿、管模擬實(shí)驗(yàn)室。對抽油桿柱，特別是泵上300500米桿柱進(jìn)行工況實(shí)測，修正防偏磨優(yōu)化診斷軟件，仿真抽油桿柱的運(yùn)動狀態(tài)，應(yīng)用防偏磨配套技術(shù)，提高防偏磨技術(shù)應(yīng)用成功率。 一是研究直井中抽油桿柱受力分析，特別是對高含水期桿柱所受的各種摩擦力和中和點(diǎn)以下螺旋彎曲機(jī)理的研究，分析抽油桿穩(wěn)定性和形成螺旋彎曲的條件。 二是對于斜井要根據(jù)井身剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，考慮增加扶正器等工具后抽油桿的約束條件和井斜角、方位角的變化等邊界條件后，建立全新的抽油桿柱三維受力模型，使理論桿管空間受力狀態(tài)與實(shí)際更加吻合，研究抽油機(jī)桿系的運(yùn)動與

7、振動問題。 轉(zhuǎn)變磨損對象。抽油機(jī)抗磨副使抽油桿與油管的磨擦與磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槌橛蜅U抗磨副自身的摩擦與磨損，可克服井身軌跡彎曲造成的桿管偏磨。其特點(diǎn)是：抗磨 光桿強(qiáng)度高，平安可靠；抗磨光桿、抗磨滑套防腐耐磨壽命長，摩擦阻力小；采用可拆卸連接，抗磨扶正滑套磨損后能現(xiàn)場更換；防止損傷油管和抽油桿，減少上下 行阻力，改善抽油機(jī)運(yùn)行工況。 完善應(yīng)用抗磨副+下部加重+油管錨定的有桿泵防偏磨配套工藝。 針對不同油藏、不同類型井，具體分析，采用分類治理方法，制定相應(yīng)的技術(shù)對策，減少偏磨及本錢。 對采用有桿泵治理效果的油井進(jìn)行工藝轉(zhuǎn)向，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用小排量的電潛泵、螺桿泵、電潛螺桿泵以及水力噴射泵等其他工藝。 開展腐蝕環(huán)境

8、監(jiān)測，對腐蝕問題進(jìn)行評估，改善防腐蝕控制方案，開展防腐蝕研究與應(yīng)用。 應(yīng)用液力采油工藝技術(shù) 由抽油機(jī)、地面動力系統(tǒng)、井下舉升系統(tǒng)、液力反應(yīng)抽油系統(tǒng)及同心管柱系統(tǒng)組成的液力采油工藝，以抽油機(jī)作為動力，用液力反應(yīng)抽油系統(tǒng)進(jìn)行采油，以液壓傳遞方式代替抽油桿，由于其井筒內(nèi)沒有抽油桿運(yùn)動件，應(yīng)用于大斜度井、定向井采油，可以徹底解決有桿抽油系統(tǒng)的桿管偏磨。不僅如此，免修期長，不增加地面流程，電機(jī)功率和減速箱扭距也大大減少。 三、結(jié)束語 3.1科學(xué)的管好，確定油井合 理的漂浮度，上好井口盤根；調(diào)整油井的抽吸參數(shù)，使裝置在高效下工作；及時(shí)進(jìn)行油井清、防蠟，假設(shè)用熱洗法，那么確定油井合理的熱洗周期，及時(shí)解除蠟堵，確保 出油通道暢通；保證合理的油管與抽油桿配合尺寸及泵柱塞與襯套間隙，在聚驅(qū)井中應(yīng)適當(dāng)調(diào)大一級泵間隙，以減少摩擦阻力。 3.2在油田開發(fā)中，應(yīng)嚴(yán)格控制含水上升速度；在無壓裂、酸化等特殊工藝要求時(shí)，盡可能不下油管錨或扶正器。需要下扶正器、防偏接箍時(shí)應(yīng)嚴(yán)格注意其質(zhì)量、數(shù)量及下入位置；下加重桿可使抽油桿中和點(diǎn)位置下移，減少桿的螺旋彎曲。 3.3鋼質(zhì)連續(xù)抽油桿耐磨性能高，強(qiáng)度大而且連續(xù)桿無接箍，大大減少桿管偏磨