论文部分内容阅读
摘要：抽油机井杆管偏磨一直是影响石油开发中心检泵作业的主要原因。随着油田进入中后期开发，综合含水不断升高，不少难动用的深部储层相继投入开发，使机采井杆管偏磨现象愈加严重，缩短了杆管使用寿命。本文系统分析了油井管杆偏磨腐蚀原因，对目前各种管杆偏磨腐蚀工艺进行论述比较，对今后管杆偏磨防治工作有一定的指导作用。
主题词：抽油杆；油管；防偏磨；采油工艺
1 抽油井管杆偏磨产生的危害
在有杆机械采油过程中，经常会发生抽油杆与油管的相互接触磨损，造成杆断、杆脱、管漏等事故，缩短油井免修期，影响油井正常生产，增大作业及材料成本投入。
据统计，胜利油田90%以上的油井采用有杆机械采油工艺，因特高含水期，参数大，生产任务紧张等原因，50%的井存在不同程度的管杆偏磨腐蚀现象，随着斜井、侧钻井的增多，偏磨腐蚀现象越来越严重。管杆偏磨造成了频繁躺井和作业、油井免修期的降低和作业材料成本的大量投入，严重影响了油田的原油生产和经济效益。开展油井管杆防偏磨技术、方法的探讨与应用工作，具有现实而深远的意义。
2 抽油井管杆偏磨原因分析
在有杆抽油系统中，抽油杆在油管中的运动及油管自身的运动情况非常复杂，这种运动会引起抽油杆与油管内壁的剧烈摩擦，致使抽油杆本体及接箍磨穿，油管磨损裂缝，造成杆管报废。
随着近年来油管泄油锚的应用，在高含水期，基本上是由于大泵和高参数的影响,致使了躺井的频繁,检泵周期的缩短，即使把泵上油管锚定，但在游动凡尔关闭，固定凡尔打开时，油管向上运动发生螺旋弯曲，抽油杆下行时螺旋弯曲上行摩擦，也会引起抽油杆接箍与油管内壁的摩擦。在油管锚定且处于拉伸状态下，柱塞下行中抽油杆螺旋弯曲也会造成管杆偏磨，而且这种弯曲、偏磨通常发生在泵以上几百米的管柱范围内。
该类井平均泵径80.8mm，平均泵深737.2m，平均液量102.8t/d，平均动液面659.5m，平均冲次7.6次(高于平均冲次6.8次)，平均沉没度100.3m，平均检泵周期226d，平均矿化度9905mg/l。
从以上的数据来看，大泵高参数就成了躺井的主要原因，从7-36-126看，两次躺井相隔时间短，调参之后沉没度下降了284m，另外该井的矿化度很高，因此在这类井的共性就是大泵-高参数-液量高-井下工具疲劳躺井。近年来，斜井、侧钻井、水平井数量大增。在此类井中，管、杆的对中更为困难，管杆偏磨更为严重。目前，油田普遍使用的是CYB250井口装置，所使用的大四通是自喷井250型采油树下部的大四通，虽然安装简便，但不能解决抽油杆与油管对中问题，一旦抽油机底座固定，调中就很困难，偏心、光杆与防喷盒不对中现象的存在，加剧了管杆偏磨。
3 抽油井管杆防偏磨技术研究与应用效果分析
3.1 抽油杆扶正器与抽油杆双向防偏磨接箍工艺
抽油杆扶正器有硬质塑料和钢质两种，硬质塑料扶正器、钢质扶正器通过配合上在抽油杆公扣与接箍之间，通过丝扣直接连接在两根抽油杆之间，由于其外径比抽油杆接箍稍粗，自身先与油管内壁接触偏磨，待扶正器或滚动接箍磨蚀到一定程度后，抽油杆接箍才与油管内壁接触、偏磨。
优点：重量轻、体积小，成本低，安装简单，能延缓抽油杆接箍的偏磨，延长抽油杆的使用寿命，几年来一直在油田开发中广泛使用，并起到了一定的积极作用。
缺点：采用该工具，油管仍然一直处于较小面积范围内的局部偏磨状态，油管“沟槽”的形成仍然不可难免；同时，当扶正器或滚动接箍磨蚀到一定程度后，抽油杆接箍与油管内壁开始接触磨蚀，并且仍是局部侧面磨损，时间稍长，接箍仍然将被磨穿。即抽油杆扶正器、滚动接箍仍然未能从根本上彻底解决管杆偏磨，只是一种权宜之策。
抽油杆双向防偏磨接箍是由表面度了一层防偏磨材料，表面光滑耐磨，两头有倒角，管杆相互摩擦时起到保护接箍与油管内壁的磨损，延长油井生产周期一延长接箍与油管寿命。
3.2 内衬油管与镀钨基抽油杆工艺
内衬油管原理结垢：内衬油管就是在油管内部镶衬上防腐蚀材料，起到防腐耐磨作用，镀钨基抽油杆就是在抽油杆外部镀上一层防腐材料，起到防腐耐磨作用，两种同时应用能有效地杜绝腐蚀偏磨，延长生产周期，延长使用寿命。
2009年9月垦东12-x105躺井原因管漏关,检下83长泵500m ,解剖起出原井杆节箍腐蚀偏磨严重，70活塞下凡尔刺坏5×5cm洞，泵上第30根油管公扣偏磨穿漏，油管内壁腐蚀偏磨严重，根据解剖情况本井腐蚀偏磨严重，及时联系工艺所换泵上76mm加厚内衬新油管53根500m，换镀新钨抽油杆，泵下装防腐药剂，9.18日开井，以3×6.2开井日液141.2t/d，日油5.0t/d，含水96.4％，比修前液量油量都增加，参数降低2.8次，通过地面设备、地层生产情况、井筒管柱，对方案进行论证，由原來的70泵550m下83长泵500m，地面设备由原来的8型机换12型抽油机，参数由原来的3×9，调整参数为4.2×6.2，达到四升一降，泵径升级、泵挂上提、液量上升、油量上升、参数降低，通过参数优化下降参数开井,保证作业质量和延长生产周期，控制躺井率，现已正常生产410d。
3.3 光杆双翼调偏防喷盒
油井井口装置中的大四通平面有的不水平，导致三通放喷盒与光杆不聚中，不具有调中作用，但每口抽油井必用的光杆密封器，不但具有光杆密闭作用，所以推广应用双翼调偏放喷盒，具有光杆调中作用，在一定程度上延缓了管杆偏磨。但这种作用，主要体现在对光杆和抽油管柱上部的部分管杆的保护上，对于中下部抽油杆和油管，特别是斜井、水平井、侧钻井中的管杆，起不到防偏磨作用。通过在5口井应用双翼调偏放喷盒，应用效果良好，起到光杆与防喷盒调偏对中双翼密封，更换盘根时不用停井等优点。
3.4防偏磨光杆旋转悬绳器
针对管杆偏磨严重现象，研制、推广了防偏磨旋转悬绳器，使抽油杆在抽油过程中也能匀速转动，使磨损在抽油杆接箍360度范围内均匀分布，从而有效延长抽油杆与油管的使用寿命。 构成：主要由壳体、推力轴承、芯轴、蜗轮、蜗杆、外罩、摇臂、驱动轮罩、驱动轮、棘轮、棘爪、扭簧、圆锥滚子轴承等组成。
特点：结构紧凑、体积小，现场安装方便。借助于抽油机自身动力，实现抽油杆匀速转动。
主要技术参数：通径：φ50mm，转速：12圈/天。
工作原理：抽油杆旋转器安装在悬绳器上端，光杆从其中心孔穿过，其上端装光杆卡子。当抽油机向下运动到一定位置时，拴在抽油机驴头和摇臂之间的钢丝绳拉动摇臂转动一定角度，此时，棘爪驱动棘轮和蜗杆顺时针转动一定角度。
现场应用情况：根据油井生产参数大，偏磨程度大的油井，优化实施了12口井，例：KD128井参数大偏磨严重，原检泵周期平均在145天左右，通过应用后现已正常生产328天，现场应用效果显著，能防止抽油杆脱扣优点，有效起到抽油杆周围均匀摩擦，起到有效延长抽油杆与油管的使用寿命。
3.5 油管旋转器
从现场发现的大量管杆偏磨现象中可以发现：抽油杆接箍对油管的磨损只是集中在油管内壁20%面积左右的狭窄沟槽内，而不是360度范围内的整个管壁。因此，如果能使油管内壁所有侧面面积都参与均匀磨损，就不易磨出沟槽，油管的使用寿命就可得到有效延长，油管旋转器就是基于这一设想而研制开发出来的新产品。
结构原理：主要由壳体、推力轴承、芯轴、蜗轮、蜗杆、摇臂、驱动轮、棘轮、棘爪、扭簧、圆锥滚子轴承等组成（图1）。
作用原理：油管旋转器连接在最末一根油管上，并通过法兰安装在井口大四通上，上端与三通连接，摇臂上端安装在防喷盒上，光杆通过其中心孔，距摇臂上端10—15mm处的光杆上卡有光杆卡子。当抽油机下行到一定位置时，光杆卡子压缩摇臂拉动棘爪驱动棘轮和蜗杆顺时针转动一定角度，芯轴也随之转动一定角度，由于油管连接在旋转器下端，因而也转过一定角度，转速：0.5-8圈/天（可调整），当抽油机上行时，旋转器通过摇臂的自重使棘爪复位。
该工艺能使油管缓慢旋转，增大参与偏磨的油管内壁侧面面积，而且磨损是在整个油管侧面上均匀进行，因而能够有效避免油管被磨成沟槽而磨穿，延缓了油管的偏磨，该工艺具有一定的推广使用价值。
3.6 螺杆泵采油工艺
特点：螺杆泵作为一种机械采油设备，具有其它抽油设备所不能替代的优越性，它主要适用于绸油、高含砂、高含气井，海上油田纵式井组的开采，具有泵效高、体积小、安装方便、无污染、能耗低、管理费用低等易于推广的重要性。
系统组成：螺杆泵采油系统按不同驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两大类。地面驱动螺杆泵主要有皮带传动和直接传动两种型式。井下驱动螺杆泵可分为电驱动和液压驱动两种形式，目前油田常用的是地面驱动井下单螺杆泵采油系统。
地面驱动井下单螺杆泵主要由电控部分、地面驱动部分、井下螺杆泵、配套工具等四部分组成。
电控部分，电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停，有过载欠载自动保护优化转速等功能，确保生产井正常生产。地面驱动部分：是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子实现自传和公转，实现抽抽吸原油的机械装置。
现场应用情况：在KD125井应用2010年2月12日投产下57泵1000m生产146d杆断关，2010年7.13日检探冲下泵上掺水，生产144d油稠供液差关，2011年1月16日检下螺杆泵1000m生产339d后螺杆泵坏关，比抽油机生产周期增加195d，日油量增加1.6t/d，抽油机日耗电平均320kwh，螺杆泵日耗电100 kwh，平均日节电220 kwh，累计增油310t，创经济效益93万元，减少作业费用一次6万元，收到显著效果。
4 结论与认识
（1）抽油杆扶正器、双向接箍能延緩管杆偏磨，延长油井免修期；缺点：不能彻底解决管杆偏磨，效果一般。
（2）调偏防喷盒能调正光杆和上部抽油杆，减少部分管杆偏磨；缺点：不能彻底解决管杆偏磨，效果一般。
（3）内衬油管和镀钨基杆、油管旋转器能有效延缓油管偏磨，延长油井免修期；缺点：成本费用高，井口安装复杂，效果较好。
（4）螺杆泵、旋转悬绳器能有效延缓抽油杆偏磨，延长油井免修期；缺点：排量小、高液量高含水井不适用，效果较好。
【参考文献】
[1]沈琛等.中石化油气勘探开发井下作业工程监督培训教材.石油工业出版社.北京：2005
[2]刘志明.井下作业工具.北京石油工业出版社，1998
作者简介：
马正党（1969.10-），男，胜利油田石油开发中心从事开发工作。Emial：mazhengdang@sina.com.
主题词：抽油杆；油管；防偏磨；采油工艺
1 抽油井管杆偏磨产生的危害
在有杆机械采油过程中，经常会发生抽油杆与油管的相互接触磨损，造成杆断、杆脱、管漏等事故，缩短油井免修期，影响油井正常生产，增大作业及材料成本投入。
据统计，胜利油田90%以上的油井采用有杆机械采油工艺，因特高含水期，参数大，生产任务紧张等原因，50%的井存在不同程度的管杆偏磨腐蚀现象，随着斜井、侧钻井的增多，偏磨腐蚀现象越来越严重。管杆偏磨造成了频繁躺井和作业、油井免修期的降低和作业材料成本的大量投入，严重影响了油田的原油生产和经济效益。开展油井管杆防偏磨技术、方法的探讨与应用工作，具有现实而深远的意义。
2 抽油井管杆偏磨原因分析
在有杆抽油系统中，抽油杆在油管中的运动及油管自身的运动情况非常复杂，这种运动会引起抽油杆与油管内壁的剧烈摩擦，致使抽油杆本体及接箍磨穿，油管磨损裂缝，造成杆管报废。
随着近年来油管泄油锚的应用，在高含水期，基本上是由于大泵和高参数的影响,致使了躺井的频繁,检泵周期的缩短，即使把泵上油管锚定，但在游动凡尔关闭，固定凡尔打开时，油管向上运动发生螺旋弯曲，抽油杆下行时螺旋弯曲上行摩擦，也会引起抽油杆接箍与油管内壁的摩擦。在油管锚定且处于拉伸状态下，柱塞下行中抽油杆螺旋弯曲也会造成管杆偏磨，而且这种弯曲、偏磨通常发生在泵以上几百米的管柱范围内。
该类井平均泵径80.8mm，平均泵深737.2m，平均液量102.8t/d，平均动液面659.5m，平均冲次7.6次(高于平均冲次6.8次)，平均沉没度100.3m，平均检泵周期226d，平均矿化度9905mg/l。
从以上的数据来看，大泵高参数就成了躺井的主要原因，从7-36-126看，两次躺井相隔时间短，调参之后沉没度下降了284m，另外该井的矿化度很高，因此在这类井的共性就是大泵-高参数-液量高-井下工具疲劳躺井。近年来，斜井、侧钻井、水平井数量大增。在此类井中，管、杆的对中更为困难，管杆偏磨更为严重。目前，油田普遍使用的是CYB250井口装置，所使用的大四通是自喷井250型采油树下部的大四通，虽然安装简便，但不能解决抽油杆与油管对中问题，一旦抽油机底座固定，调中就很困难，偏心、光杆与防喷盒不对中现象的存在，加剧了管杆偏磨。
3 抽油井管杆防偏磨技术研究与应用效果分析
3.1 抽油杆扶正器与抽油杆双向防偏磨接箍工艺
抽油杆扶正器有硬质塑料和钢质两种，硬质塑料扶正器、钢质扶正器通过配合上在抽油杆公扣与接箍之间，通过丝扣直接连接在两根抽油杆之间，由于其外径比抽油杆接箍稍粗，自身先与油管内壁接触偏磨，待扶正器或滚动接箍磨蚀到一定程度后，抽油杆接箍才与油管内壁接触、偏磨。
优点：重量轻、体积小，成本低，安装简单，能延缓抽油杆接箍的偏磨，延长抽油杆的使用寿命，几年来一直在油田开发中广泛使用，并起到了一定的积极作用。
缺点：采用该工具，油管仍然一直处于较小面积范围内的局部偏磨状态，油管“沟槽”的形成仍然不可难免；同时，当扶正器或滚动接箍磨蚀到一定程度后，抽油杆接箍与油管内壁开始接触磨蚀，并且仍是局部侧面磨损，时间稍长，接箍仍然将被磨穿。即抽油杆扶正器、滚动接箍仍然未能从根本上彻底解决管杆偏磨，只是一种权宜之策。
抽油杆双向防偏磨接箍是由表面度了一层防偏磨材料，表面光滑耐磨，两头有倒角，管杆相互摩擦时起到保护接箍与油管内壁的磨损，延长油井生产周期一延长接箍与油管寿命。
3.2 内衬油管与镀钨基抽油杆工艺
内衬油管原理结垢：内衬油管就是在油管内部镶衬上防腐蚀材料，起到防腐耐磨作用，镀钨基抽油杆就是在抽油杆外部镀上一层防腐材料，起到防腐耐磨作用，两种同时应用能有效地杜绝腐蚀偏磨，延长生产周期，延长使用寿命。
2009年9月垦东12-x105躺井原因管漏关,检下83长泵500m ,解剖起出原井杆节箍腐蚀偏磨严重，70活塞下凡尔刺坏5×5cm洞，泵上第30根油管公扣偏磨穿漏，油管内壁腐蚀偏磨严重，根据解剖情况本井腐蚀偏磨严重，及时联系工艺所换泵上76mm加厚内衬新油管53根500m，换镀新钨抽油杆，泵下装防腐药剂，9.18日开井，以3×6.2开井日液141.2t/d，日油5.0t/d，含水96.4％，比修前液量油量都增加，参数降低2.8次，通过地面设备、地层生产情况、井筒管柱，对方案进行论证，由原來的70泵550m下83长泵500m，地面设备由原来的8型机换12型抽油机，参数由原来的3×9，调整参数为4.2×6.2，达到四升一降，泵径升级、泵挂上提、液量上升、油量上升、参数降低，通过参数优化下降参数开井,保证作业质量和延长生产周期，控制躺井率，现已正常生产410d。
3.3 光杆双翼调偏防喷盒
油井井口装置中的大四通平面有的不水平，导致三通放喷盒与光杆不聚中，不具有调中作用，但每口抽油井必用的光杆密封器，不但具有光杆密闭作用，所以推广应用双翼调偏放喷盒，具有光杆调中作用，在一定程度上延缓了管杆偏磨。但这种作用，主要体现在对光杆和抽油管柱上部的部分管杆的保护上，对于中下部抽油杆和油管，特别是斜井、水平井、侧钻井中的管杆，起不到防偏磨作用。通过在5口井应用双翼调偏放喷盒，应用效果良好，起到光杆与防喷盒调偏对中双翼密封，更换盘根时不用停井等优点。
3.4防偏磨光杆旋转悬绳器
针对管杆偏磨严重现象，研制、推广了防偏磨旋转悬绳器，使抽油杆在抽油过程中也能匀速转动，使磨损在抽油杆接箍360度范围内均匀分布，从而有效延长抽油杆与油管的使用寿命。 构成：主要由壳体、推力轴承、芯轴、蜗轮、蜗杆、外罩、摇臂、驱动轮罩、驱动轮、棘轮、棘爪、扭簧、圆锥滚子轴承等组成。
特点：结构紧凑、体积小，现场安装方便。借助于抽油机自身动力，实现抽油杆匀速转动。
主要技术参数：通径：φ50mm，转速：12圈/天。
工作原理：抽油杆旋转器安装在悬绳器上端，光杆从其中心孔穿过，其上端装光杆卡子。当抽油机向下运动到一定位置时，拴在抽油机驴头和摇臂之间的钢丝绳拉动摇臂转动一定角度，此时，棘爪驱动棘轮和蜗杆顺时针转动一定角度。
现场应用情况：根据油井生产参数大，偏磨程度大的油井，优化实施了12口井，例：KD128井参数大偏磨严重，原检泵周期平均在145天左右，通过应用后现已正常生产328天，现场应用效果显著，能防止抽油杆脱扣优点，有效起到抽油杆周围均匀摩擦，起到有效延长抽油杆与油管的使用寿命。
3.5 油管旋转器
从现场发现的大量管杆偏磨现象中可以发现：抽油杆接箍对油管的磨损只是集中在油管内壁20%面积左右的狭窄沟槽内，而不是360度范围内的整个管壁。因此，如果能使油管内壁所有侧面面积都参与均匀磨损，就不易磨出沟槽，油管的使用寿命就可得到有效延长，油管旋转器就是基于这一设想而研制开发出来的新产品。
结构原理：主要由壳体、推力轴承、芯轴、蜗轮、蜗杆、摇臂、驱动轮、棘轮、棘爪、扭簧、圆锥滚子轴承等组成（图1）。
作用原理：油管旋转器连接在最末一根油管上，并通过法兰安装在井口大四通上，上端与三通连接，摇臂上端安装在防喷盒上，光杆通过其中心孔，距摇臂上端10—15mm处的光杆上卡有光杆卡子。当抽油机下行到一定位置时，光杆卡子压缩摇臂拉动棘爪驱动棘轮和蜗杆顺时针转动一定角度，芯轴也随之转动一定角度，由于油管连接在旋转器下端，因而也转过一定角度，转速：0.5-8圈/天（可调整），当抽油机上行时，旋转器通过摇臂的自重使棘爪复位。
该工艺能使油管缓慢旋转，增大参与偏磨的油管内壁侧面面积，而且磨损是在整个油管侧面上均匀进行，因而能够有效避免油管被磨成沟槽而磨穿，延缓了油管的偏磨，该工艺具有一定的推广使用价值。
3.6 螺杆泵采油工艺
特点：螺杆泵作为一种机械采油设备，具有其它抽油设备所不能替代的优越性，它主要适用于绸油、高含砂、高含气井，海上油田纵式井组的开采，具有泵效高、体积小、安装方便、无污染、能耗低、管理费用低等易于推广的重要性。
系统组成：螺杆泵采油系统按不同驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两大类。地面驱动螺杆泵主要有皮带传动和直接传动两种型式。井下驱动螺杆泵可分为电驱动和液压驱动两种形式，目前油田常用的是地面驱动井下单螺杆泵采油系统。
地面驱动井下单螺杆泵主要由电控部分、地面驱动部分、井下螺杆泵、配套工具等四部分组成。
电控部分，电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停，有过载欠载自动保护优化转速等功能，确保生产井正常生产。地面驱动部分：是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子实现自传和公转，实现抽抽吸原油的机械装置。
现场应用情况：在KD125井应用2010年2月12日投产下57泵1000m生产146d杆断关，2010年7.13日检探冲下泵上掺水，生产144d油稠供液差关，2011年1月16日检下螺杆泵1000m生产339d后螺杆泵坏关，比抽油机生产周期增加195d，日油量增加1.6t/d，抽油机日耗电平均320kwh，螺杆泵日耗电100 kwh，平均日节电220 kwh，累计增油310t，创经济效益93万元，减少作业费用一次6万元，收到显著效果。
4 结论与认识
（1）抽油杆扶正器、双向接箍能延緩管杆偏磨，延长油井免修期；缺点：不能彻底解决管杆偏磨，效果一般。
（2）调偏防喷盒能调正光杆和上部抽油杆，减少部分管杆偏磨；缺点：不能彻底解决管杆偏磨，效果一般。
（3）内衬油管和镀钨基杆、油管旋转器能有效延缓油管偏磨，延长油井免修期；缺点：成本费用高，井口安装复杂，效果较好。
（4）螺杆泵、旋转悬绳器能有效延缓抽油杆偏磨，延长油井免修期；缺点：排量小、高液量高含水井不适用，效果较好。
【参考文献】
[1]沈琛等.中石化油气勘探开发井下作业工程监督培训教材.石油工业出版社.北京：2005
[2]刘志明.井下作业工具.北京石油工业出版社，1998
作者简介：
马正党（1969.10-），男，胜利油田石油开发中心从事开发工作。Emial：mazhengdang@sina.com.