[科普中国]-防偏磨工艺技术

背景

一般而言，在油田开发的过程中，地层能量会逐渐下降，到一定时期地层原始能量就不能使油井保持自喷；有些油田甚至因为原始地层能量低或油稠一开始就不能自喷。油井不能保持自喷时，或虽能自喷但产量过低时，就必须借助机械的能量进行采油。有杆泵抽油是世界石油工业传统的采油方式，也是迄今在采油工艺中一直占主导地位的人工举升方式。在我国各油田的生产井中大约有 80%是使用有杆抽油技术。全国各油田产液量的60%、产油量的75%是靠有杆抽油采出的。

抽油机井采油是有杆泵抽油的主体，也是石油工业的传统的采油方式，是迄今为止一直占主导地位的人工举升方式。然而，在世界各国油田的抽油机井采油系统中，由于杆管偏磨造成的油井事故广泛存在。随着下泵深度增加、产出液含水上升，偏磨问题呈上升的趋势，每年因此造成的经济损失巨大。

因此，根据油井的偏磨现状，分析偏磨机理，找到切实有效的防治方法，对提高油井生产水平，减轻偏磨造成的影响，减少作业开支，具有重要的实际意义。

造成偏磨的主要原因井眼轨迹影响随着油田开发深入，定向大斜度井越来越多。由于井斜导致油管在井筒内发生偏移，而油管内的抽油杆在重力作用下趋于垂直，致使管杆接触磨损。

油品物性影响随着原油粘度的增加，杆柱承受的最大载荷增加、最小载荷降低，交变载荷变大，杆柱中性点明显上移，受力复杂程度加剧，杆管偏磨加剧。

工作制度影响（泵深、泵径、冲程冲次）随着油井泵挂深度加深、泵径增大、冲次变快等变化均导致油井杆管柱的受力状况发生改变，尤其是频繁的改变油井的工作制度，杆柱的受力会随即发生变化，从而导致频繁的杆断脱。

（1）泵挂深度影响

随着泵挂深度的加深，杆柱所承受的最大及交变载荷急剧加大，加大了杆管之间的侧向压力，加剧了杆管偏磨程度。加之油稠、结蜡、腐蚀结垢等多重因素影响，油井生产工况恶劣，加剧了杆管偏磨断脱。随着油井泵挂深度的增加，杆柱承受的最大、最小、交变载荷均增大，杆柱受力复杂，杆管偏磨加剧。

（2）泵径影响

随着含水的增加，油井面临提液生产，泵径及工作制度的加大，油井杆管柱出现失稳、液击力增加等问题，从而加剧了杆柱的失稳，导致杆管偏磨。泵径越大，杆管偏磨率越高。

（3）冲程冲次影响

随着冲程、冲次的增大，杆柱承受的交变载荷增加，杆柱中性点上移，杆柱受力复杂，杆管偏磨加剧。冲次越高，杆柱所受惯性载荷越大，悬点载荷差也随之增大，杆柱失稳越严重；冲次越低，悬点载荷差越小，杆柱运动相对平稳。

（4）出砂影响

油井举升过程中如果出砂，管道内表面除了受流动介质产生的切应力外，高速条件下还受到砂粒的冲刷，导致管道内表面的表面膜破坏，使管道内表面受损。研究表明，低合金钢在流动氯化物体系中，其流体腐蚀速度与含砂量成正比，含砂量越高，流体腐蚀速度越大。

由于油井出砂，砂砾连续的冲刷使得涂有防腐和润滑层的井下管杆失去了防腐和润滑作用。此外，非连续偏磨下，硬质砂粒极易进入偏磨表面，这样就会加速偏磨速度，使偏磨处优先被腐蚀。由于偏磨处表面被活化，成为电化学腐蚀的阳极，从而形成了大阴极小阳极的电化学腐蚀，而产出液是强电解质，具有强腐蚀性，对电化学腐蚀起到一个催化作用，更加剧了腐蚀。由于腐蚀，使管、杆偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。1

危害油田进入高含水期开发后, 特高含水改变了有杆泵井的工作介质, 柱塞与衬套之间、抽油杆接箍与油管之间, 润滑由原油变为地层水, 润滑性能降低, 摩擦系数增大, 同时腐蚀加剧, 加剧了杆管磨损程度。偏磨井作业频繁, 免修期短( 3～4 个月) , 油管常被磨穿、磨漏, 抽油杆磨断, 造成大量油管、抽油杆早期报废, 严重影响油井的正常生产。2

防偏磨措施1、国内外防偏磨措施

管杆腐蚀和偏磨的危害性极大，因此寻找有效的解决方法刻不容缓。目前，国内外在防偏磨措施的研究大致有杆管结构材质研究、杆管防磨涂层、管杆旋转及各种扶正器，另外还有使用无油管、空心抽油杆、防偏抽油泵等新技术、新工艺的。

2、 杆管结构材质及防磨涂层

HDPE(高密度聚乙烯)塑料内衬油管是通过改变油管结构提高油管防偏磨性能。其结构是在普通油管内嵌入一根 HDPE 管，与金属管相比， HDPE 管具有质轻、耐腐、耐磨、不生锈、导热系数低、摩擦因数低等优点。但是加装内衬管后，导致内径减小,需采取适当措施以保证井下工具的正常使用；HDPE的耐温有限，对下入深度有要求；其价格昂贵，约是普通油管的1.7倍。所以使用有一定的局限性。

3、管杆旋转

在油井生产过程中，运用各种旋转装置旋转管杆，使管杆磨损从

原来的几度、十几度扩大到360°，从而达到管杆均匀磨损的目的，减缓管杆局部磨损程度，延长管杆使用寿命。

4、空心抽油杆技术

空心杆抽油是用空心杆代替油管和实心抽油杆 ,将泵筒直接悬挂在套管上，用空心杆带动柱塞完成抽油过程。该技术泵效高，可降低成本，减少劳动强度，能直接解决由实心杆和油管组成的管柱所无法避免的管杆偏磨问题。

另外，在保持产液量不变的情况下，合理调整生产参数，由短冲程、高冲次，改成长冲程、低冲次，增加偏磨面积，减少偏磨次数，以达到延长油管和抽油杆使用寿命的目的。1