抽油杆偏磨机理及防偏磨技术研究现状

抽油杆偏磨机理及防偏磨技术研究现状

金梦石

天津大港油田景盛石油技术服务有限公司

摘要：抽油杆偏磨是油井开采过程中常见的设备故障之一，直接影响油井的生产效率及设备寿命。本文综述了抽油杆偏磨的产生机理，分析了与井筒轨迹、井斜、抽油杆材料等因素的关系，总结了现有的防偏磨技术手段及其发展趋势。研究表明，尽管已有多种防偏磨措施，但现有技术在适应性和长效性方面仍有一定局限。基于对现状的分析，提出未来在材料改进、智能监测及精准控制方面的技术发展方向。

关键词：抽油杆偏磨；机理分析；防偏磨技术；井筒轨迹；油井开采

引言：

抽油杆是油井开采过程中的关键部件，其在长期运转中容易发生偏磨，进而影响油井的正常生产。偏磨不仅会缩短抽油杆的使用寿命，还可能导致油管和其他井下设备的损坏，增加维护和更换的成本。随着油田开发进入中后期，抽油杆的偏磨问题愈加严重，研究其机理及防偏磨技术具有重要的实际意义。本文通过对国内外研究现状的梳理，分析抽油杆偏磨的主要原因，探讨现有的防偏磨技术及其应用效果，进一步指出未来研究的重点方向。

一、抽油杆偏磨机理分析

1.1 抽油杆偏磨的基本概念

抽油杆偏磨是指在油井开采过程中，由于抽油杆与油管内壁产生不均匀的接触和摩擦，导致抽油杆表面出现局部磨损的现象。这种现象多发生于抽油杆长期在非直线井段运行时，由于井斜、井深和井下流体的不均匀作用力，抽油杆在上下运动中会沿某一侧与油管内壁产生较大接触应力，最终导致材料的疲劳磨损和表面损坏。偏磨不仅影响抽油杆的使用寿命，还会导致油管的过度磨损和油井开采效率下降，进而增加生产成本和设备维护的复杂性。

1.2 抽油杆偏磨的影响因素

抽油杆偏磨的发生与多种因素有关，主要包括井筒轨迹、抽油杆材料、操作条件和井下环境。井筒的轨迹决定了抽油杆运动的平稳性，尤其是在非直井和水平井中，抽油杆容易在弯曲段受到非对称的力，导致其偏磨加剧。抽油杆的材质对其抗磨性能有直接影响，不同材料在应对井下复杂环境时表现出的耐磨性能各异，硬度、韧性等特性都会影响偏磨程度。此外，井下温度、压力、腐蚀介质的存在会加速抽油杆的老化和磨损。操作中的负荷变化和不当维护也可能导致抽油杆的应力集中或材料疲劳，进而加剧偏磨。

1.3 抽油杆偏磨的力学模型

为了更好地理解抽油杆偏磨现象，研究人员构建了抽油杆偏磨的力学模型。这些模型通常基于抽油杆与油管之间的接触力学原理，结合抽油杆的弯曲振动和油井的动力学特性进行分析。模型分析表明，抽油杆在井下的运动并非完全直线，其运动轨迹受重力、抽油杆自身刚度、井筒形状和流体动力的共同影响。在局部弯曲的井段，由于抽油杆受到的侧向力增大，与油管内壁的摩擦力也随之增强，偏磨现象因此显著加剧。通过对力学模型的研究，可以预测抽油杆在不同工况下的磨损程度，并为防偏磨技术的开发提供理论支持。

二、防偏磨技术现状

2.1 材料改进及表面处理技术

材料改进和表面处理技术是当前防止抽油杆偏磨的主要手段之一。通过使用耐磨性更强的材料或对现有材料进行表面强化处理，可以显著提高抽油杆的使用寿命。常见的材料改进方法包括使用高强度钢材或复合材料，这些材料在应对井下复杂环境时具有更高的抗腐蚀性和耐磨性能。表面处理技术如渗碳、镀铬和喷涂陶瓷涂层等，能够在抽油杆表面形成一层致密、耐磨的保护层，减少抽油杆与油管的直接接触，进而降低磨损速度。这些改进措施虽然能有效延长抽油杆的使用寿命，但其成本较高，且在某些特殊井况下仍有一定的局限性。

2.2 抽油杆导向器的应用

抽油杆导向器是一种通过改变抽油杆运行轨迹来减少偏磨的有效设备。导向器通常安装在抽油杆的关键位置，利用其结构来降低抽油杆与油管内壁的接触频率，从而减少磨损。导向器根据不同的井况和抽油杆类型设计，可以实现局部支撑抽油杆，使其在运行过程中保持相对平稳，避免发生偏磨。导向器的应用在非直井和水平井中尤为广泛，其不仅能够有效减少抽油杆的偏磨，还可以提高井下作业的整体稳定性。然而，导向器的使用也会带来一定的阻力，增加抽油杆系统的运行能耗，因此需要根据实际情况进行合理选用。

2.3 动态监测与智能控制技术

随着科技的发展，动态监测与智能控制技术逐渐被应用于抽油杆偏磨的防控中。通过在抽油杆或油管内壁安装传感器，可以实时监测抽油杆的磨损情况和运行状态。数据通过井下传感器传输至地面监控系统，操作人员能够及时了解抽油杆的受力情况、温度变化和磨损趋势，从而在磨损过度或发生故障前采取预防措施。智能控制技术则通过对抽油杆的运行工况进行实时调整，自动优化抽油杆的工作状态，减少偏磨的发生。这些技术的应用能够显著提高抽油杆的运行安全性和可靠性，但其成本较高，且对于恶劣环境下的设备耐久性仍需进一步验证。

三、防偏磨技术的发展趋势

3.1 新材料的应用与发展

新材料的研究与应用是防偏磨技术未来发展的重要方向之一。随着材料科学的不断进步，具有更高强度、更强耐磨性和更佳抗腐蚀性能的新型材料逐渐进入油田设备领域。例如，复合材料、纳米材料等新型材料的应用，能够显著提高抽油杆的耐磨性能，减少井下复杂环境对抽油杆的损伤。新材料的开发不仅在提高设备寿命方面具有显著优势，还能降低设备的维护频率和成本。此外，通过材料的改性和优化，还可以进一步提高其在极端井况下的适应性，增强抽油杆在深井、超深井和水平井中的防偏磨能力。

3.2 智能监测与诊断技术的前景

随着工业智能化的发展，智能监测与诊断技术在油田设备中的应用前景十分广阔。通过将大数据分析、人工智能和物联网技术与抽油杆磨损防控相结合，可以实现对磨损的预测性维护。在实际应用中，智能监测系统能够实时采集抽油杆的运行数据，并通过算法分析预测磨损趋势，提前预警潜在的故障风险。这种基于数据驱动的预测性维护模式将大幅减少因设备故障导致的非计划停产，同时优化设备的运维效率和经济性。此外，智能监测技术的发展还将进一步推动抽油杆自动化运行系统的完善，实现远程监控与精细化管理。

3.3 精准控制与井下环境适应性改进

未来，防偏磨技术还将向精准控制和井下环境适应性改进的方向发展。精准控制技术通过对抽油杆运行状态的精细调节，能够有效降低其与油管内壁的接触频率，从而减少磨损。这需要结合先进的自动化控制系统和高精度传感器，实现对抽油杆运动的动态调节和实时控制。在井下环境适应性方面，防偏磨技术的研究将更加注重井下多变的环境条件，如高温、高压、腐蚀性流体等对抽油杆的综合影响。通过改进材料和设备设计，进一步提高抽油杆在恶劣环境下的稳定性和耐久性，将是未来防偏磨技术的重点研究方向。

四、结语

综上所述，抽油杆偏磨问题是油井开采中亟待解决的技术难题之一，现有的防偏磨技术尽管取得了一定进展，但仍无法完全满足复杂井下环境的要求。未来，随着材料科学、传感技术及自动化控制技术的发展，抽油杆防偏磨技术将朝着智能化、精准化的方向发展，进一步提升油井开采的安全性和效率。在实际应用中，应根据具体油井情况选择最合适的防偏磨措施，并结合技术进步不断优化方案，以延长设备使用寿命、降低维护成本。

参考文献：

[1] 高防腐耐磨镍钨镀层抽油杆的研究. 雷同鑫;柳小宝;韩晓宇;谢敏.化工管理,2024(01)

[2] 抽油杆疲劳性能试验影响因素分析. 马千惠;李宏威;张乃元;王桂全;王路石.石油工业技术监督,2024(01)

[3] 等径空心防偏磨抽油杆使用性能分析. 刘彦欣;胡秀全;张鑫华.机械制造,2024(02)

[4] 半包覆抽油杆包覆层移位机理分析. 乜冠祯;王蓉;孟晓锋;任鹏举;潘太平;曾立国;徐凯.石化技术,2024(08)

[5] 抽油杆现场检测验收中存在的问题. 李昊天.化学工程与装备,2023(01)