油管抽油杆偏磨机理研究与对策

油管抽油杆偏磨机理研究与对策

滨南采油厂四矿利津联合站 刘正萍、

桩西采油厂桩西作业大队 徐蓬勃

摘要：随着油田生产的不断发展和油田油井向老龄井过渡，油田采油工程出现了许多新的问题，特别是机械采油过程中出现的油管、抽油杆的机械磨损，严重的影响着油田高效、低耗生产的发展。

关键词：机械磨损、管杆磨损机理、防偏防磨

经过了①油井偏磨状况调查②影响机采井管杆磨损的因素的探讨③抽油杆上的作用力及其变形分析④位移约束引起的油管和抽油杆的变形⑤机采井管杆磨损机理分析，对国内外资料和现场实际问题的分析，结合有关力学理论，对影响机采井管杆磨损的主要原因进行初步推断，针对分析的原因采取相应的措施，减少或避免管杆的磨损。

通过一段时间的研究和应用，总结出以下防偏防磨对策及应用：

①防止机采井管杆磨损的对策②机采井管杆磨损防治应用

一、油井偏磨状况调查

根据统计，目前该区块油井总数达20197口，目前，发现存在偏磨井418口，占抽油机井的27%，占抽油井开井数的44%，由此，针对桩西采油厂的实际情况，对机采井管杆磨损的机理进行探讨，并提出相应的对策，不仅能降低生产成本和维护工作量，而且能提高经济效益。

二、影响机采井管杆磨损的因素的探讨

机械采油井管杆磨损的原因是抽油杆和油管之间的相互接触并产生相对的运动造成的，抽油杆和油管之间具有相对的运动也是由抽油过程所决定的：

1、油井的井身结构引起管杆变形，造成管杆磨损：

2、抽油机参数（冲程、冲次）的影响：

三、抽油杆上的作用力及其变形分析

（一）上冲程时抽油杆上的作用力分析

抽油杆上的作用力有：

（1）抽油机对抽油杆的拉力（抽油机的悬点载荷）；

（2）抽油杆柱在井液中的重量（抽油杆柱自重）和油柱自重

（二）下冲程时抽油杆的作用力分析

抽油杆上的作用力有：

（1）抽油机对抽油杆的拉力

（2）抽油杆柱在井液中的重量

（3）抽油杆柱和油柱运动所产生的惯性载荷

（三）摩擦载荷的分析

抽油机工作时，抽油杆上的摩擦载荷有五部分组成：

（1）抽油杆与油管的的半干摩擦；（2）柱塞与衬套之间的摩擦；（3）液柱与抽油杆之间的摩擦；（4）液柱与油管之间的摩擦；（5）液体通过游动阀的摩擦。

（四）在力的作用下抽油杆的变形分析

在力的作用下，使抽油杆发生变形是管杆磨损的原因之一，杆柱发生弯曲变形。设上下端点的约束铰链约束，

（五）抽油杆变形计算机模拟计算及计算结果进行分析

根据以上分析，对油井抽油杆因外力变形进行了计算模拟，并对计算结果进行分析。

1、抽油杆上的作用力，更确切地说驴头悬点载荷的变化仅能影响抽油杆中和点（应力零点）的位置，对下冲程过程中中和点以下抽油杆的变形影响不大。

2、抽油杆在承受拉力时发生横向弯曲，井斜对横向弯曲的长度影响较大。

3、抽油杆的组合影响抽油杆的变形长度。

从刚度角度，抽油杆直径越大，越不容易弯曲，但受油管和产量的限制，抽油杆直径不能过大，这就需要有合适的组合，以防止变形。

4、在下冲程时，井液的粘度越大，受压的抽油杆越长，抽油杆发生磨损的几率越大。

5、抽油杆在力的作用下产生的变形是抽油杆和油管磨损的原因之一，对抽油杆和油管的磨损有一定的影响。

四、位移约束引起的油管和抽油杆的变形

（一）油井的轨迹模拟

通过先进的测井手段，对部分油井的井身结构进行了测井，

（二）油管在油井中的受力、约束和力学模型

油管柱是比较特殊，它的受力是受井筒和油管组合的限制的。

（三）油管变形的计算机模拟结果分析

将油井的测井数据和油管、套管与油管的环空等参数按要求输入计算机中，通过计算机模拟计算，得到了油管在油井中的实际接触位置。

五、机采井管杆磨损机理分析

经过对抽油杆的受力分析和对抽油杆、油管在油井中的变形分析、计算机的模拟计算可以获得机采井管杆磨损的基本原因：

1、油井的井身结构是决定管杆是否磨损的重要因素。

2、井斜是管杆磨损的重要因素之一。

3、抽油杆上的作用力是管杆磨损的另一原因

4、抽油杆的组合影响抽油杆的变形长度，影响着管杆磨损

5、在理论直井中，如果抽油杆的应力零点在泵挂深度以下，即抽油杆在上下冲程过程中始终处于受拉状态，则抽没杆不发生弯曲变形，不存在管杆磨损问题。在这类直井中，如果存在管杆磨损，抽油杆一定有弯曲变形，则抽油杆上的应力零点一定在挂泵深度以上，弯曲变形和磨损位置一定发生在应力零点以下。

总之长期的接触和摩擦，最后导致管杆磨损。

六、防止机采井管杆磨损的对策

通过分析，应该从以下几个方面入手解决：

1、彻底从根本上避免使油管产生变形的外部因素，简言之，要使得油井的实际井身结构与设计的井身结构相同。

2、寻求一种有效的工具或机构使抽油杆在油管变形部位不直接和油管接触，避免管杆的磨损。

3、合理的选择抽油机的运动参数，避免磨损。

通过综合分析和现场实践，初步获得了管杆磨损的机理和预防管杆磨损的措施，经过把这些措施应用于实际的生产中，证明以上的措施是有效的。

七、机采井管杆磨损防治应用

根据“防止机采井管杆磨损的对策”，在桩西采油厂进行了应用，使用效果比较理想。

1、使用有效工具，防止管杆偏磨

安装了防磨器后，油井的免修期是使用前的4.9倍。

2、合理选择运动参数应用实例

根据对策的要求，要减少管杆的磨损，就要尽量使得抽油杆的中和点靠近抽油泵的柱塞或在柱塞以下。

3、优化抽油杆组合，延长油井免修期的应用实例

抽油杆的优化设计，合理的对抽油杆进行组合，减少磨损，延长油井的免修时间。

4、低价位产品牺牲法和使用特殊油管和抽油杆，减少管杆磨损，延长油井免修期应用实例

5、采用综合治理，减少管杆磨损，延长油井免修期应用实例

管柱锚定：首选机械预张力锚定。

综上所述，应用对策来指导生产，以减少油管和抽油杆因变形产生接触，引起磨损，达到防止管杆磨损的目的。

八、结论

针对造成机采井管杆磨损原因采取相应的对策，并应用于生产实际中效果明显。

1、油管抽油杆在生产过程中受力发生失稳和弯曲变形、生产参数及管柱组合不合理等造成油管抽油杆的磨损。

2、油井的井身结构是造成管杆磨损的重要原因，采油参数（冲程、冲次）、抽油杆柱的组合、井下工况（静液面、井液的粘度、比重）等是引起机采井偏磨的基本原因。

3、严格控制钻井质量，使油井的实际井身结构与设计的井身结构相同是避免管杆磨损的前提。

4、使用有效的防偏磨工具、选择合理的生产参数和管柱组合以及应用特种油管和抽油杆等是综合治理管杆磨损的有效途经。