论文部分内容阅读
摘要：目前孤东采油厂生产井中斜井比例越来越大，且井斜角大（大于65度），造斜点高（在190-500米左右），易出现杆管磨损严重、检泵周期短、泵效低等问题。偏磨井治理工作主要以斜井防偏磨为主，同时，兼顾直井深抽偏磨现象及井液腐蚀偏磨现象的治理。根据油井的具体偏磨情况，制订了多种防偏磨治理模式，采用尼龙扶正器、抗磨副、连续杆、内衬油管的分级治理方式。目前共治理偏磨井218井次，平均检泵周期延长106天，取得较好经济和社会效益。
关键字：孤东油田；抽油井；斜井；偏磨；配套技术
0 前言
近几年，孤东采油厂斜井、大斜度井数快速增加。复杂结构井所占比例越来越大，井况趋于复杂，部分区块油井进入了特高含水期，抽油井的井况发生较大的变化，致使抽油井生产中偏磨问题越来越突出。动液面的下降，抽油机负荷的增大，抽油杆柱、管柱的受力状况发生较大的变化，下部抽油杆柱、管柱失稳弯曲造成偏磨；含水的升高，润滑状况恶化，油井介质的腐蚀，砂、聚合物结晶等磨粒的增多，进一步加剧抽油井的偏磨，严重影响了油井的正常生产。
对于新建产能块地处滩海地区，井斜角大（大于60度 ），井身造斜率大（大于230/100m），造斜点高（在260-500米左右），尤其是GO641块的油井，平均造斜点为217米，最大井斜70.53度，抽油泵在造斜点以下，易出现杆管磨损严重、检泵周期短、泵效低等问题。
1 油井偏磨影响因素分析
有杆泵井管杆偏磨的原因复杂多样，如：井斜结构、油井生产参数、油管抽油杆组合及管杆运动形态、产出液物性、含水、矿化度及杂质等因素，而且这些因素相互交错、相互作用，因此油井管杆偏磨是多种因素共同作用的结果，十分复杂。
1.1 油管抽油杆失稳弯曲造成管杆接触偏磨
抽油井生产上下往复运动，在下冲程中，抽油杆柱在自身杆柱的重力作用下下行，但同时受到杆柱与液体间的摩擦阻力、抽油泵活塞与泵筒间的摩擦阻力、杆柱在液体中的浮力等多种阻力的共同作用，抽油杆柱中存在受力为零的一点为中性点，中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，不会弯曲变形，而中性点以下的抽油杆在各种阻力作用下弯曲变形，严重时产生螺旋弯曲现象，这种现象称为“失稳弯曲”。杆柱“失稳弯曲”造成管杆接触产生偏磨，而中性点越低，杆柱的“失稳弯曲”越轻，杆柱偏磨现象也越轻。
1.2 高含水高矿化度产出液腐蚀加剧管杆偏磨
当油井含水大于60-70％时产出液换相，由油包水型转换为水包油型，管杆表面失去了原油的保护作用，而产出水矿化度比较高(10000-21000mg/L)，对抽油杆和油管有大的腐蚀作用，加剧了磨损。如4-12-22井在检泵作业发现500-600m之间抽油杆接箍严重磨损，有4根抽油杆接箍已被磨平，相应的油管内壁也受到严重磨损。
1.3 油井井身轨迹的变化造成油井管杆接触偏磨
1.3.1 自然井斜影响
在钻井过程中，随着钻井深度的增加，钻头与井口的同心度变差。即使是直井，井身轨迹大多存在一定的拐点或螺旋弯曲，抽油杆在自然井斜的井筒轨迹中上下运动时，由于管杆本身重力的作用，必然引起管杆的接触偏磨。
1.3.2 井筒变形的影响
由于地层蠕变，加之多年的强注强采，造成套管变形，井段出现弯曲，俗称“狗腿子”，严重时造成油井套管破裂、错断，甚至报废。
由于套变和井斜，使井下油管产生弯曲。在抽油井生产时，抽油杆的综合拉力或综合重力产生了一个水平分力，如图1所示。在水平分力的作用下，在抽油机上下冲程过程中，管杆相互接触产生摩擦造成偏磨。
在正压力N的作用下，上冲程时抽油杆与油管的上侧内壁产生摩擦；下冲程时抽油杆与油管的下内壁产生摩擦。由于离井口越近，F或W越大，则N也越大，磨损越严重；油管的倾斜角度? 越大，正压力N越大，磨损就越严重。在拐点处，不仅由于抽油杆上下往复运动与油管内壁发生偏磨，而且由于在抽油杆抽汲力的作用油管产生蠕动，油管与套管也发生偏磨。
图1 井筒弯曲管杆偏磨受力示意图
上冲程时
下冲程时
式中：N 为由F或W引起的抽油杆对油管内壁的正压力，N；? 为油管倾斜角度，°；F 为抽油杆的拉力，N；W为抽油杆的重力和各种阻力的合力，N。
孤东采油厂管杆磨损腐蚀的原因可归结为井斜影响、失稳弯曲和冲刷腐蚀三大因素。其中，管杆失稳弯曲和产出液的冲刷腐蚀是可控因素，通过调整生产参数、管杆组合，控制产出液与管杆接触与防腐技术进行防治；针对井斜、井筒弯曲不可避免地造成了管杆直接接触产生磨损问题，主要通过扶正、减磨、防腐等技术的综合应用进行解决。
2 偏磨治理配套技术应用
针对有杆泵采油出现的偏磨问题，从现有技术角度，国内的防偏磨技术按其功能可分为三大类：一类是转移偏磨点的技术，主要是指加扶正器，把抽油杆柱上的偏磨点转移到扶正器上；二是实现均匀磨损的技术，主要是指旋转抽油杆和旋转油管装置等；三是降低杆柱偏磨速度的技术，主要是指采用经表面处理的油管、抽油杆和耐磨接箍以及緩蚀剂技术。
2.1大泵提液井防偏磨技术
造成大泵抽油井的杆管偏磨的主要因素是，油井每个冲程排量较大，上、下冲程载荷差异明显，抽油杆受力不均衡，轴向应力失稳弯曲，从而在油管内壁摩擦，同时，大泵生产油井一般含水较高，矿化度较高，容易给抽油杆造成腐蚀，进一步加剧杆管偏磨。
对大泵主要采取以下防偏磨措施：
对供液较好的大泵提液浅井，采取底部杆柱加重技术减轻杆下行阻力，减少振动载荷影响；对腐蚀造成偏磨加重的油井采用“DSW合金抽油杆+碳锆涂层防偏磨油管”、“镀渗钨合金油管+耐磨接箍”、“连续杆+碳锆涂层防偏磨油管”等方式，减少管杆偏磨。
2.2 常规排量油井的防偏磨技术
对于常规排量油井的杆管偏磨主要因素有：（1）机械磨损：由于井身质量原因(井斜、挠曲)以及抽油杆在轴向载荷作用下的弯曲，造成抽油杆与油管直接接触，在抽油杆上、下往复运动过程中产生机械磨损。（2）磨料磨损：油管内充满了流体，这种来自地层的流体含有不同性质的岩屑。这些岩屑的存在使得抽油杆与油管之间的磨损成为磨料磨损。（3）化学腐蚀：井眼中的流体往往含有H2S、Cl-、CO2 和细菌等对油管和抽油杆有化学腐蚀作用。 2.3 其它的防偏磨技术
（1）水力喷射泵
工作原理是高压动力液经过动力液油管,到达喷嘴。由于喷嘴的节流作用,动力液压力急剧下降，在喷嘴的周围形成低压区域,地层液在沉没压力与低压区的压力差作用下进入喷射泵内“负压”区，并在喉管和扩散管与高速动力流混合。由于喉管、扩散管的面积增大，混合液流速降低，压力升高，获得势能，进而通过混合液管柱举升至地面。该技术主要是采用无杆生产，有效避免了杆柱的摩擦。
（2）连续抽油杆
连续抽油杆是—种在专门生产线上加工的具有特定形状截面、没有接头或没有单独接头的长度在月百米到几千米的特种抽油杆。由于没有接头，与油管走向吻合，改变了常规抽没杆的点接触状态，消除了由于常规抽油杆接箍产生的活塞效应，极大地减缓了杆管的磨损。
连续杆主要用于超过D级杆理论下入深度的油井和偏磨严重、屡次断脱的油井。2006年至2011年，共应用连续杆53井次，81760米，平均免修期由措施前的623天延长到1069天，平均延长446天。
3 几点结论
(1)抽油杆尼龙扶正器、抗磨防腐接箍，抗磨副、加重杆、光杆密封器、抽油杆旋转器都不能从根本上彻底解决管杆偏磨问题，但能适当延缓管杆偏磨，延长油管、抽油杆使用寿命，在目前抽油井占绝大多数的情况下，仍应继续使用，如能配套使用，充分利用各工具的优点，效果将更好。
(2)钢质连续抽油杆强度大，可靠性高，能满足深抽要求，同时由于连续杆无接箍，大大减少杆管偏磨影响，但是目前主要集中在深抽油井中，可以逐步尝试在大斜度井中推广使用。
(3)对于供液好的抽油井，可采用电潜泵、螺杆泵等来彻底解决抽油泵管杆偏磨问题，但选井条件较为苛刻，一次性成本投入也较高。
参考文献：
[1] 郑岩，扬荣建，刘斌，等．文留油田有杆泵井防偏磨、防腐蚀技术的应用与效果[J].内蒙古石油化工，2OO3．
[2] 王懷明，武继辉，陈新民等．抽油机井杆管偏磨机理与治理技术[J]．西南石油学院学报，2006，28(5)：99～101．
[3] 靳从起，吕树章，韩应胜．抽油机井偏磨腐蚀机理及防治对策[J]．石油矿场机械，1999，28(5)：15～19
作者简介：
张鹏志（1985.04-），男，一线操作工，长期从事修井作业技术工作。Email：[email protected].
关键字：孤东油田；抽油井；斜井；偏磨；配套技术
0 前言
近几年，孤东采油厂斜井、大斜度井数快速增加。复杂结构井所占比例越来越大，井况趋于复杂，部分区块油井进入了特高含水期，抽油井的井况发生较大的变化，致使抽油井生产中偏磨问题越来越突出。动液面的下降，抽油机负荷的增大，抽油杆柱、管柱的受力状况发生较大的变化，下部抽油杆柱、管柱失稳弯曲造成偏磨；含水的升高，润滑状况恶化，油井介质的腐蚀，砂、聚合物结晶等磨粒的增多，进一步加剧抽油井的偏磨，严重影响了油井的正常生产。
对于新建产能块地处滩海地区，井斜角大（大于60度 ），井身造斜率大（大于230/100m），造斜点高（在260-500米左右），尤其是GO641块的油井，平均造斜点为217米，最大井斜70.53度，抽油泵在造斜点以下，易出现杆管磨损严重、检泵周期短、泵效低等问题。
1 油井偏磨影响因素分析
有杆泵井管杆偏磨的原因复杂多样，如：井斜结构、油井生产参数、油管抽油杆组合及管杆运动形态、产出液物性、含水、矿化度及杂质等因素，而且这些因素相互交错、相互作用，因此油井管杆偏磨是多种因素共同作用的结果，十分复杂。
1.1 油管抽油杆失稳弯曲造成管杆接触偏磨
抽油井生产上下往复运动，在下冲程中，抽油杆柱在自身杆柱的重力作用下下行，但同时受到杆柱与液体间的摩擦阻力、抽油泵活塞与泵筒间的摩擦阻力、杆柱在液体中的浮力等多种阻力的共同作用，抽油杆柱中存在受力为零的一点为中性点，中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，不会弯曲变形，而中性点以下的抽油杆在各种阻力作用下弯曲变形，严重时产生螺旋弯曲现象，这种现象称为“失稳弯曲”。杆柱“失稳弯曲”造成管杆接触产生偏磨，而中性点越低，杆柱的“失稳弯曲”越轻，杆柱偏磨现象也越轻。
1.2 高含水高矿化度产出液腐蚀加剧管杆偏磨
当油井含水大于60-70％时产出液换相，由油包水型转换为水包油型，管杆表面失去了原油的保护作用，而产出水矿化度比较高(10000-21000mg/L)，对抽油杆和油管有大的腐蚀作用，加剧了磨损。如4-12-22井在检泵作业发现500-600m之间抽油杆接箍严重磨损，有4根抽油杆接箍已被磨平，相应的油管内壁也受到严重磨损。
1.3 油井井身轨迹的变化造成油井管杆接触偏磨
1.3.1 自然井斜影响
在钻井过程中，随着钻井深度的增加，钻头与井口的同心度变差。即使是直井，井身轨迹大多存在一定的拐点或螺旋弯曲，抽油杆在自然井斜的井筒轨迹中上下运动时，由于管杆本身重力的作用，必然引起管杆的接触偏磨。
1.3.2 井筒变形的影响
由于地层蠕变，加之多年的强注强采，造成套管变形，井段出现弯曲，俗称“狗腿子”，严重时造成油井套管破裂、错断，甚至报废。
由于套变和井斜，使井下油管产生弯曲。在抽油井生产时，抽油杆的综合拉力或综合重力产生了一个水平分力，如图1所示。在水平分力的作用下，在抽油机上下冲程过程中，管杆相互接触产生摩擦造成偏磨。
在正压力N的作用下，上冲程时抽油杆与油管的上侧内壁产生摩擦；下冲程时抽油杆与油管的下内壁产生摩擦。由于离井口越近，F或W越大，则N也越大，磨损越严重；油管的倾斜角度? 越大，正压力N越大，磨损就越严重。在拐点处，不仅由于抽油杆上下往复运动与油管内壁发生偏磨，而且由于在抽油杆抽汲力的作用油管产生蠕动，油管与套管也发生偏磨。
图1 井筒弯曲管杆偏磨受力示意图
上冲程时
下冲程时
式中：N 为由F或W引起的抽油杆对油管内壁的正压力，N；? 为油管倾斜角度，°；F 为抽油杆的拉力，N；W为抽油杆的重力和各种阻力的合力，N。
孤东采油厂管杆磨损腐蚀的原因可归结为井斜影响、失稳弯曲和冲刷腐蚀三大因素。其中，管杆失稳弯曲和产出液的冲刷腐蚀是可控因素，通过调整生产参数、管杆组合，控制产出液与管杆接触与防腐技术进行防治；针对井斜、井筒弯曲不可避免地造成了管杆直接接触产生磨损问题，主要通过扶正、减磨、防腐等技术的综合应用进行解决。
2 偏磨治理配套技术应用
针对有杆泵采油出现的偏磨问题，从现有技术角度，国内的防偏磨技术按其功能可分为三大类：一类是转移偏磨点的技术，主要是指加扶正器，把抽油杆柱上的偏磨点转移到扶正器上；二是实现均匀磨损的技术，主要是指旋转抽油杆和旋转油管装置等；三是降低杆柱偏磨速度的技术，主要是指采用经表面处理的油管、抽油杆和耐磨接箍以及緩蚀剂技术。
2.1大泵提液井防偏磨技术
造成大泵抽油井的杆管偏磨的主要因素是，油井每个冲程排量较大，上、下冲程载荷差异明显，抽油杆受力不均衡，轴向应力失稳弯曲，从而在油管内壁摩擦，同时，大泵生产油井一般含水较高，矿化度较高，容易给抽油杆造成腐蚀，进一步加剧杆管偏磨。
对大泵主要采取以下防偏磨措施：
对供液较好的大泵提液浅井，采取底部杆柱加重技术减轻杆下行阻力，减少振动载荷影响；对腐蚀造成偏磨加重的油井采用“DSW合金抽油杆+碳锆涂层防偏磨油管”、“镀渗钨合金油管+耐磨接箍”、“连续杆+碳锆涂层防偏磨油管”等方式，减少管杆偏磨。
2.2 常规排量油井的防偏磨技术
对于常规排量油井的杆管偏磨主要因素有：（1）机械磨损：由于井身质量原因(井斜、挠曲)以及抽油杆在轴向载荷作用下的弯曲，造成抽油杆与油管直接接触，在抽油杆上、下往复运动过程中产生机械磨损。（2）磨料磨损：油管内充满了流体，这种来自地层的流体含有不同性质的岩屑。这些岩屑的存在使得抽油杆与油管之间的磨损成为磨料磨损。（3）化学腐蚀：井眼中的流体往往含有H2S、Cl-、CO2 和细菌等对油管和抽油杆有化学腐蚀作用。 2.3 其它的防偏磨技术
（1）水力喷射泵
工作原理是高压动力液经过动力液油管,到达喷嘴。由于喷嘴的节流作用,动力液压力急剧下降，在喷嘴的周围形成低压区域,地层液在沉没压力与低压区的压力差作用下进入喷射泵内“负压”区，并在喉管和扩散管与高速动力流混合。由于喉管、扩散管的面积增大，混合液流速降低，压力升高，获得势能，进而通过混合液管柱举升至地面。该技术主要是采用无杆生产，有效避免了杆柱的摩擦。
（2）连续抽油杆
连续抽油杆是—种在专门生产线上加工的具有特定形状截面、没有接头或没有单独接头的长度在月百米到几千米的特种抽油杆。由于没有接头，与油管走向吻合，改变了常规抽没杆的点接触状态，消除了由于常规抽油杆接箍产生的活塞效应，极大地减缓了杆管的磨损。
连续杆主要用于超过D级杆理论下入深度的油井和偏磨严重、屡次断脱的油井。2006年至2011年，共应用连续杆53井次，81760米，平均免修期由措施前的623天延长到1069天，平均延长446天。
3 几点结论
(1)抽油杆尼龙扶正器、抗磨防腐接箍，抗磨副、加重杆、光杆密封器、抽油杆旋转器都不能从根本上彻底解决管杆偏磨问题，但能适当延缓管杆偏磨，延长油管、抽油杆使用寿命，在目前抽油井占绝大多数的情况下，仍应继续使用，如能配套使用，充分利用各工具的优点，效果将更好。
(2)钢质连续抽油杆强度大，可靠性高，能满足深抽要求，同时由于连续杆无接箍，大大减少杆管偏磨影响，但是目前主要集中在深抽油井中，可以逐步尝试在大斜度井中推广使用。
(3)对于供液好的抽油井，可采用电潜泵、螺杆泵等来彻底解决抽油泵管杆偏磨问题，但选井条件较为苛刻，一次性成本投入也较高。
参考文献：
[1] 郑岩，扬荣建，刘斌，等．文留油田有杆泵井防偏磨、防腐蚀技术的应用与效果[J].内蒙古石油化工，2OO3．
[2] 王懷明，武继辉，陈新民等．抽油机井杆管偏磨机理与治理技术[J]．西南石油学院学报，2006，28(5)：99～101．
[3] 靳从起，吕树章，韩应胜．抽油机井偏磨腐蚀机理及防治对策[J]．石油矿场机械，1999，28(5)：15～19
作者简介：
张鹏志（1985.04-），男，一线操作工，长期从事修井作业技术工作。Email：[email protected].