偏磨因素分析及防治
代新勇
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代新勇,. 偏磨因素分析及防治[J]. 天然气进展,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.157108.
摘要: 近年来管杆偏磨问题突出,通过对油田抽油机井管杆偏磨状况调查,偏磨导致检泵占维护性作业工作的70%,根据现场情况,从井身结构、含水、抽汲参数和杆柱稳定性入手,对管杆偏磨原因进行分析,制定偏磨治理的技术方案,在现场应用中取得显著效果,有效延长了检泵周期。
关键词: 油井结蜡;管杆偏磨;抽汲参数
DOI:10.12721/ccn.2021.157108
基金资助:

1.前言

目前偏磨已成为导致检泵工作的主要原因,因此如何防治杆、管偏磨已成为延长检泵周期,保证油井正常生产的关键问题。通过对杆、管偏磨的研究找出影响偏磨的主要因素,并提出防治措施。

2. 影响因素分析

抽油机井的抽汲过程是一个变速过程,不同工作参数下存在不同的加速度,抽油杆柱受力存在差异。抽油杆柱在油井正常生产过程中,受到多种载荷的影响。上冲程,抽油杆受拉,基本上呈直线拉伸状态;下冲程,抽油杆受到向上的阻力,出现一中和点。杆柱中和点以下部分杆柱受压,当压力达到一定值时,抽油杆失稳发生屈曲,导致抽油杆与油管偏磨。

抽油杆柱在下冲程时主要受力有杆柱自重Wr、杆柱受到的浮力Fu与液体间的摩擦力Flf、柱塞与泵筒间的摩擦力Ff及液流流过游动阀的阻力Fv,其中Wr、Fu、Flf属于分布力,Ff、Fv属于作用在柱塞上的集中力。

下冲程使抽油杆下部受压的力可近似表示为:P= Fu+Flf+Ff+Fv,由以上分析可以看出,只有减小阻力才能防治管、杆偏磨。

2.1井身结构约束致使管杆弯曲偏磨

由于油管、抽油杆本身是具有弹性和刚性的,在无任何约束的情况下,油管、抽油杆应该是直线状态,但在呈现空间曲线的套管中,由于油管在井筒中的空间位置是受套管与油管间的环空限制的,抽油杆在井筒中的空间位置同样是受油管内环空的限制,因此大斜度井的井眼轨迹就导致了管杆的初始弯曲。在抽油机井生产时,抽油杆对油管产生一了一个压力,在压力的作用下,油管和抽油杆接触,产生摩擦,导致管杆偏磨。在狗腿处,不仅抽油杆上下运动与油管内壁偏磨,而且油管也易产生蠕动,有时也会与套管也发生偏磨。

2.2含水对杆柱偏磨的影响

在工作制度不变的情况下,随含水升高偏磨加剧,其主要原因为产出液密度、粘度及油水混合相态类型的改变,即当产出液含水上升时,密度增加、杆柱的浮力随之增加,从而增加了杆柱下行的阻力和侧向压力,杆柱更易失稳弯曲;并且在含水较高后产出液换相,由于摩擦系数增大、侧向压力增加,抽油杆磨损率显著增加。

另外,若产出液含腐蚀性介质,抽油杆一旦发生偏磨便更易被腐蚀,致使管杆表面更加粗糙进一步加剧了磨损,二者相互作用具有更大的破坏性。

2.3油井结蜡对杆柱偏磨的影响

稀油油藏区块油品具有高含蜡量、高沥青质的特点,当油井结蜡后,当杆柱在下冲程时受到的阻力增大,由于油管内径缩小,杆柱与管内液体间的摩擦力增大,也加剧了杆、管磨损。

2.4抽汲参数对杆柱偏磨的影响

抽汲参数对抽油杆柱轴向受力有直接影响,不合理的工作制度使管、杆偏磨状况愈演愈烈。

抽汲参数增大,杆柱的振荡越激烈,杆柱的纵向载荷增加也随之增大,杆柱越易弯曲。

泵径越大,柱塞与泵筒间摩擦力越大。

当偏磨发生时,尤其在小冲程、高冲次时偏磨位置集中,次数频繁,所以在冲程一定时冲次越慢,越利于减小杆柱弯曲,减少偏磨发生几率。

3. 治理措施

根据井斜角大不适宜油管锚定的特点,针对杆管偏磨产生原因采用了以下多项技术措施来缓解偏磨。

在设计完井管柱时,考虑井眼轨道的实际弯曲程度,建立了抽油杆柱轴向振动仿真的数学模型与抽油杆柱在油管内弯曲变形的分析方法,对大斜度井有杆泵进行分析优化,合理配置尼龙扶正器并根据动液面、日产液情况计算设计出合理的泵径、冲程、冲次。

采用高强度H级抽油杆,应用三级杆柱组合方式使抽油杆柱强度增加,在载荷不变情况下延缓疲劳寿命,并使其中和点下移,减少杆柱弯曲井段,减轻杆柱屈曲,对减缓杆柱偏磨有一定效果。

抽油杆整体扶正技术是将具有螺旋凹槽油流通道的高分子材料扶正器注塑在抽油杆合适位置上转移杆体、接箍与油管的接触面,减轻管杆磨损,具有抗冲压、耐磨、耐热、耐腐蚀的特点,在杆柱中和点以下位置应用能够有效治理杆柱弯曲、偏磨问题。

应用扶正器,扶正器与油管内壁同曲率的接触面增大了油管管与扶正器间的接触面,减小了接触压力。

实施防磨内衬管工艺,通过特殊工艺可靠的衬在油管内壁,衬层抗腐蚀性强、不易结蜡、结垢,可以减小抽油杆与油管管壁的摩擦和震动载荷从而降低管杆磨损。

4. 结论

抽油机井管杆偏磨是客观存在的,是多因素共同作用的结果,因此要针对具体原因应结合实际情况综合治理。

油井的含水增加、井况变差、抽汲参数的不合理都增加了管杆的磨损,以长冲程、低冲次为原则动态调整抽汲参数。

通过防偏磨治理,有效延长了检泵周期,取得较好的经济效益。

加大防偏磨技术的研究和现场应用,引进并推广新工艺、新技术,形成配套有效的防偏磨技术。

参考文献

[1] 韩修庭. 抽油机井振动载荷对杆管偏磨的影响研究 [J]. 大庆石油地质与开发,2004,  23(1):  

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