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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.