抽油机井杆管偏磨分析及治理

抽油机井杆管偏磨分析及治理

吴英华，高文斌，滕勇，蔡鹏义，巩秋霞

（辽河油田公司金海采油厂，辽宁省盘锦市）

摘要：随着油田开发的不断深入，抽油机井作为油田生产的重要组成部分，其运行效率和安全性直接影响到油田的整体开发效果。然而，在实际生产过程中，抽油机井杆管偏磨问题频繁出现，严重影响了油井的正常生产和油田的开发进度。因此，对抽油机井杆管偏磨影响因素进行深入研究，对于制定有效的防治措施、提高油田开发水平具有重要意义。本文将详细阐述抽油机井杆管偏磨的影响因素并提出治理措施。

关键词：抽油机井；杆管偏磨；原因分析；治理措施；

1抽油机井杆管偏磨影响因素

1.1井身结构的影响

井身结构的不规则是导致抽油机井杆管偏磨的重要原因之一。在钻井过程中，由于地质条件的复杂性和钻井技术的限制，井眼轨迹可能会出现弯曲、倾斜等情况。当抽油杆和油管在这样的井身中工作时，就会产生偏磨现象。例如，狗腿度较大的井段，抽油杆在上下往复运动过程中，与油管接触的位置和角度不断变化，增加了摩擦的不均匀性，从而加剧了偏磨。此外，井斜角较大的井，抽油杆的重力分量会使杆柱贴向井壁的一侧，导致偏磨集中在特定的区域。

1.2抽油杆柱的受力状况

抽油杆在工作过程中所受的各种力是导致杆管偏磨的关键因素。抽油杆在上下往复运动时，会受到惯性力、摩擦力、液柱压力、杆柱自重等多种力的作用。在上冲程时，抽油杆柱承受着拉伸载荷，同时要克服液柱的重力和摩擦力向上运动。此时，抽油杆柱处于受拉状态，与油管之间的摩擦力相对较小。然而，在下冲程时，抽油杆柱受到的是压缩载荷，杆柱会发生弯曲变形。当弯曲变形超过一定程度时，抽油杆就会与油管接触并产生摩擦，从而导致偏磨。特别是在抽油机井供液不足的情况下，下冲程时抽油杆柱所受的阻力减小，容易出现“液击”现象，使杆柱的下行速度突然加快，增加了杆柱的弯曲程度和与油管的摩擦，进一步加重了偏磨。抽油机井在低沉没度条件下运行时，抽油泵因严重供液不足而产生液击，会加剧抽油杆柱振动，降低抽油机悬点最小载荷，减少抽油杆柱的轴向分布力与杆管产生偏磨的临界轴向压力，加大下冲程时抽油杆柱下部受压段的长度，容易造成抽油杆柱屈曲而导致杆管偏磨。

1.3产出液的性质

产出液的性质对杆管偏磨也有着显著的影响。产出液中通常含有水、油、砂、气等成分，其物理化学性质的变化会导致摩擦系数的改变。当产出液含水率较高时，水的润滑性能较差，会使抽油杆与油管之间的摩擦力增大，从而增加偏磨的风险。同时，水中的腐蚀性物质如溶解氧、硫化氢等，会加速杆管的腐蚀，降低其强度和耐磨性，使偏磨更容易发生。此外，产出液中的砂粒会在杆管之间起到磨粒的作用，加剧磨损。砂粒的硬度较高，在抽油杆和油管的相对运动中，会刮擦和磨损杆管表面，形成一道道划痕和沟槽，进而加重偏磨。例如，产出液中含水量较高（大于75%）时，产出液会由油包水型转换为水包油型，管、杆表面失去原油的保护，产出水直接接触金属，腐蚀速度增加。同时，失去原油的润滑作用，油管内壁和抽油杆的磨损速度也会加快。

1.4抽油机的工作参数

抽油机的工作参数设置不合理也是造成杆管偏磨的原因之一。冲程、冲次、泵径等参数的选择直接影响着抽油杆和油管的运动状态和受力情况。如果冲程过长或冲次过高，会使抽油杆柱的运动速度加快，惯性力增大，导致杆柱的弯曲变形加剧，增加与油管的接触频率和摩擦力，从而加重偏磨。另外，泵径过大时，抽油杆柱所承受的载荷增加，容易发生弯曲，也会导致偏磨现象的出现。

2抽油机井杆管偏磨治理措施

2.1优化井身结构和轨迹

在新井设计和钻井过程中，应尽可能保证井身垂直和轨迹平滑，减少井斜和弯曲度。对于已经存在井斜的油井，可以通过定向钻井技术进行修正，或者采用特殊的完井方式，如增加扶正器、使用大直径套管等，以改善杆管的接触状况。例如，在某油田的开发中，对井斜角较大的X井进行了定向修正，通过精确的测量和计算，调整钻井方向，使井斜角控制在合理范围内。同时，在完井时采用了增加扶正器的方式，有效地减少了杆管偏磨的发生。优化井身结构和轨迹是一项从源头解决偏磨问题的重要措施，但实施起来成本较高，且对于一些已经投产的老井改造难度较大。因此，在实际应用中需要综合考虑成本和效益。

2.2合理调整生产参数

合理调整抽油机的冲程、冲次和沉没度等生产参数，可以有效减轻杆管偏磨。降低冲次可以减少抽油杆的往复运动次数，从而降低偏磨的频率和程度。适当增加冲程可以使抽油杆的受力更加均匀，减少弯曲变形。同时，合理控制沉没度，保证抽油泵有充足的供液，避免抽油泵因供液不足而产生液击，减少杆柱的振动和偏磨。以Y井为例，该井原来的冲次为6次/分钟，通过调整减速箱皮带轮的直径，将冲次降低至4次/分钟，同时将冲程由3米增加至4米。经过一段时间的运行观察，杆管偏磨情况得到明显改善，检泵周期也大大延长。

然而，调整生产参数需要根据油井的产能和地质条件进行综合考虑，以确保在减轻偏磨的同时不影响油井的产量。

2.3使用防偏磨工具和材料

抽油杆扶正器是一种常用的防偏磨工具，安装在抽油杆上，能够限制抽油杆的弯曲和偏斜，减少与油管的接触和摩擦。常见的扶正器有尼龙扶正器、碳纤维扶正器和滚轮扶正器等。尼龙扶正器具有成本低、耐磨性好的优点，但在高温、高压环境下容易变形；碳纤维扶正器强度高、耐磨损，但价格相对较高；滚轮扶正器可以将滑动摩擦转变为滚动摩擦，减小摩擦力，但安装和维护较为复杂。在实际应用中，应根据油井的具体情况选择合适的扶正器类型和安装位置。例如，对于偏磨严重的井段，可以加密扶正器的安装间距。抗磨油管一般采用特殊的材质或表面处理工艺，提高油管的耐磨性。如采用内衬陶瓷油管、镀钨合金油管等。这些油管能够有效地抵抗抽油杆的磨损，延长油管的使用寿命。在抽油杆底部安装加重杆，可以增加抽油杆柱的下部重量，减少抽油杆的弯曲变形，从而减轻偏磨。

2.4优化抽油杆柱组合

通过优化抽油杆柱的组合方式，如采用不同直径、材质和强度的抽油杆组合，可以改善抽油杆柱的受力状况，减少偏磨的发生。例如，在上部使用强度较高、直径较大的抽油杆，下部使用强度较低、直径较小的抽油杆，可以使抽油杆柱的受力更加合理。同时，还可以采用空心抽油杆、连续抽油杆等新型抽油杆，提高抽油杆柱的整体性能。某油田的Z井在治理偏磨问题时，对抽油杆柱组合进行了优化。原来采用的是单一规格的普通抽油杆，偏磨现象严重。经过分析计算，将上部的抽油杆更换为高强度的空心抽油杆，下部采用普通抽油杆，并在偏磨严重的部位安装了滚轮扶正器。经过一段时间的运行，偏磨情况得到了有效控制，检泵周期从原来的160天延长至270天。

2.5加强油井管理和维护

定期对油井的生产数据进行监测和分析，如载荷、电流、示功图等，及时发现杆管偏磨的迹象。通过对示功图的分析，可以判断抽油杆的受力情况和偏磨位置；通过对载荷和电流的监测，可以了解抽油机的运行状况和是否存在异常。油井结蜡会增加抽油杆和油管之间的摩擦力，加重偏磨。因此，应定期进行清蜡和防蜡作业，保持油管和抽油杆的表面清洁。可以采用机械清蜡、热洗清蜡、化学清蜡等方法。定期对抽油机进行维护保养，确保设备的正常运行。检查抽油机的平衡状况、皮带的松紧度、润滑情况等，及时调整和更换磨损的部件，保证抽油机的工作性能稳定。

3结束语

综上所述，抽油机井杆管偏磨的原因多种多样，需要从地质条件、工程设计及施工质量、杆管材料及热处理工艺、抽汲工艺及参数设置以及维护保养及管理制度等方面进行综合分析。为了有效解决抽油机井杆管偏磨问题，需要采取综合性的防治措施，包括优化工程设计、提高施工质量、选用优质材料、合理设置抽汲参数、加强日常检查和维护等。通过这些措施的实施，可以最大限度地减少抽油机井杆管偏磨现象的发生，提高油田的开发效率和经济效益。

参考文献

[1]徐道胜,庞亚谱,侯少锋.抽油机井杆管偏磨原因分析及治理措施[J].中国设备工程,2023(14):168-170.