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摘要：水驱抽油机井杆、管偏磨问题呈逐年上升趋势，且上升幅度较大，浪费了大量的作业费用。分析了水驱抽油机井杆、管偏磨井产生原因，并提出防治措施，减少了因偏磨而引起的维护性作业费用，提高了经济效益。
关键词：水驱抽油机井；偏磨；原因；预防措施
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：
抽油机井杆、管偏磨是造成油井管柱失效作业的一个重要原因[1]。2005年某队水驱抽油机井发现偏磨井40口，占检泵井數的74%。分析这部分井发生偏磨的原因，应用合理的预防措施，延长这部分井的检泵周期，对控制井下作业成本的支出有着重要意义。
一、原因分析
1.1井斜
（1）自然井斜。是钻井过程中钻头与井口的同心度变差，当钻井深度超过600-800m以后，会出现扭曲。
（2）定向井斜。是钻井技术的发展和油田开发需要，一般井斜度达到300。
（3）地层蠕变。由于地层蠕变，加之强注强采，造成套变，使井段出现弯曲。由于套变和井斜，使井下油管产生弯曲。在抽油机井生产时，使抽油杆与油管产生摩擦，造成蛇行偏磨或整体倾斜偏磨。
1.2含聚污水回注
含聚污水回注造成水驱抽油机井采出液含聚浓度增加，偏磨情况加剧。某队临近井2000年10月投入聚驱开发，至今已将近3年的时间，由于聚驱油井采出液分离的含聚污水进入水驱注水站，因此水驱注入时的含聚造成了采出液大面积含聚。今年检泵井中发生偏磨的40口井，平均含聚浓度67.4mg/L，未发生偏磨的井20口，平均含聚浓度7.6mg/L。根据法向力理论，聚合物属于粘弹性流体，采出井见聚后抽油杆系统会受到两方面影响。
（1）抽油泵柱塞下行阻力增大。该阻力将使得抽油杆在油管内产生螺旋弯曲，造成偏磨和杆断。室内实验证明，大流道Ⅲ级泵在聚合物浓度达到1000 mg/L时的下行阻力要比Ⅰ级泵在清水状态下的下行阻力小。
（2）法向力对抽油杆的影响。法向力就是在抽油杆在上下运动过程中，聚合物溶液对抽油杆产生的垂直于运动方向的力，该力会导致偏磨、杆断。对于粘弹性流体来说，弹性模量（G′）与速度梯度（）成指数关系，弹性模量会导致法向力，速度梯度越大，法向力越大。
由于抽油杆在油管内并不居中，因此它在上下运动过程中，抽油杆两侧的速度梯度就会不同，速度梯度大的一侧法向力将大于速度梯度小的一侧。该力将迫使抽油杆向管壁靠拢，而抽油杆越向抽油管靠拢，两侧的速度梯度差异就越大，法向力也越大，直到抽油杆靠上管壁。无论是上冲程还是下冲程该力都存在。当抽油泵位于上下死点时，抽油杆运动速度为0。此时抽油杆两侧的法向力相等，抽油杆又恢复到初始位置。如此在一个冲程过程中，抽油杆在法向力的作用下将在油管内横向运动4次。对于冲次9次/分的抽油机井，则抽油杆一年内将在油管内横向运动1800×104次，在偏磨的同时加剧了杆断的几率，法向力理论的提出为见聚井部分扶正后偏磨段上移、下移和杆断井数急剧上升提供了理论解释。根据抽油杆法向定量试验结果，当抽油杆与油管偏心度为0.59、流体运动速度为0.8m/s时，200ppm聚合物溶液对抽油杆产生的法向力为0.15N/m；相同条件下，当含聚浓度达到800ppm时，法向力将达到0.37N/m。在分析多大的法向力能够造成抽油杆偏磨时，由法向力概念的的引入，可以得到简支梁在均布载荷作用下，在已知挠度的情况下均布载荷计算公式：
式中：E—抽油杆材料的弹性模量，Mpa；E=2.01×1011Pa；I—抽油杆的的抗弯截面系数，m4；I=πD4/64；ν—抽油杆在均布载荷作用下发生的最大挠度，m；l—抽油杆的长度，m；q—均布载荷，N；
设抽油杆直径=φ0.025m；油管内径=φ0.062。则可以得到在此条件下抽油杆产生偏磨的最大挠度为0.0185m。将各参数代入上式可得不同深度下抽油杆产生偏磨所需的最小均布载荷，见表1。
表1抽油杆产生偏磨所需最小均布载荷与深度关系表
由表1可知，随着抽油杆长度的增加，产生偏磨所需最小均布载荷随之减少。0.15N/m的法向力不会使8m长的抽油杆产生偏磨，但对16m长的抽油杆已经足以产生偏磨了。
1.3低沉没度井
低沉没度井更容易发生杆管偏磨。通过对某队发生偏磨井进行统计，偏磨井平均沉没度179.96m，沉没度小于100m的井占 51.6%，在低沉没度井中，上冲程井液不能充满泵筒，形成抽空现象，下冲程时，柱塞高速运动，和管内液体发生撞击，造成瞬间失稳，发生偏磨。
1.4冲次高的井更容易发生偏磨
在抽油机井运行过程中，冲次相对较高是导致偏磨的又一个因素。不合理的抽汲参数直接影响该井的沉没度和含水等生产数据，冲次较高的抽油机井惯性载荷相对较大，当驴头运行到上死点，开始向下运动时，由于抽油杆在上行时惯性的作用下发生了弹性变形，抽油杆被拉长，此时活塞并未运行到上死点，在弹性力的作用下仍在上行，由于冲次较快，上部抽油杆已经开始下行，造成中部抽油杆受到两个方向力，被压缩变形，发生了弯曲，不但造成了杆管的偏磨，也使最大载荷上升，最小载荷下降，交变载荷增加，使得管杆的疲劳强度较大，易发生断脱。水驱偏磨的产生使某矿抽油机井检泵周期明显缩短，增加了作业成本的支出。随着聚驱开发时间的延长，水驱发生偏磨的井数会进一步增加，因此必须本着防、治结合的原则，减小偏磨对检泵周期的影响。
二、防治措施
根据以上我们对偏磨井的认识，应该采取五项措施。
2.1采取扶正措施
由于含聚污水回注及聚驱开发时间的延长，某地区水驱井的含聚浓度会继续升高，根据法向力理论，法向力是存在于全井的，因此对于南某地区发生的水驱偏磨井应该全部采取全井扶正＋大流道三级间隙泵措施，减小抽油泵的下行阻力，抑制和延缓杆管的偏磨，延长杆管的使用寿命。
2.2低沉没度井治理
低沉没度的井更容易发生杆管偏磨现象，因此结合本地区的注采关系，在检泵时将低沉没度，严重供液不足井要坚决换小泵径生产，使油井保持合理的沉没度，减少偏磨井的发生。
2.3尽量采取小冲次生产
由于低冲次井发生偏磨井数相对较少，因此在满足提液需要的前提下，尽量采取大泵径，长冲程，低冲次生产，以冲次9次为例，杆管每年摩擦次数为473万次，而冲次为6次的井每年的摩擦次数为315万次，每年少磨损158万次，可见低冲次生产能够有效延长杆管使用寿命。
2.4提高洗井质量
水驱见聚后，原油析蜡量增加，而且熔蜡所需的温度较水驱高，这就需要缩短热洗周期，提高热洗质量、热洗温度，现在热洗清蜡还存在不足。
2.5防偏磨旋转器的应用
抽油杆自动旋转器安装在方卡子与悬绳器之间，套在光杆上，用软绳将传动杆与抽油机上部固定部位相连。当悬点运动到下死点时，软绳绷紧拉动传动杆，使传动杆绕轴部转动，旋转器内部传动装置再将转动转变为对光杆的扭矩，使光杆及其下部抽油杆微量转动。当悬点离开下死点时，软绳松弛，传动杆依靠弹簧归位，准备下一次旋转。如此反复，便可完成每日1-3圈的自动旋转，实现抽油杆整体旋转的目的，从而避免扶正器单侧磨损。
三、结论
（1）油田高含水开发后期，油井井下技术状况逐年变差，抽油杆与油管偏磨腐蚀是检泵率上升的主要原因。井斜、抽油杆弯曲造成偏磨、综合含水及见聚浓度的上升使偏磨腐蚀明显，而介质的强腐蚀性加剧了偏磨腐蚀。
（2）某队油机井杆管偏磨主要原因是由于聚驱开发时间长，含聚污水回注，采出井含聚，以及沉没度偏低，冲次偏大综合作用的结果。
（3）对杆管偏磨问题应采取防、治结合的原则，及时调整抽汲参数，尽量使用原装扶正器，对易偏磨井加大应用高强管（N80油管）的力度，避免短期内重复作业。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2000.
关键词：水驱抽油机井；偏磨；原因；预防措施
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：
抽油机井杆、管偏磨是造成油井管柱失效作业的一个重要原因[1]。2005年某队水驱抽油机井发现偏磨井40口，占检泵井數的74%。分析这部分井发生偏磨的原因，应用合理的预防措施，延长这部分井的检泵周期，对控制井下作业成本的支出有着重要意义。
一、原因分析
1.1井斜
（1）自然井斜。是钻井过程中钻头与井口的同心度变差，当钻井深度超过600-800m以后，会出现扭曲。
（2）定向井斜。是钻井技术的发展和油田开发需要，一般井斜度达到300。
（3）地层蠕变。由于地层蠕变，加之强注强采，造成套变，使井段出现弯曲。由于套变和井斜，使井下油管产生弯曲。在抽油机井生产时，使抽油杆与油管产生摩擦，造成蛇行偏磨或整体倾斜偏磨。
1.2含聚污水回注
含聚污水回注造成水驱抽油机井采出液含聚浓度增加，偏磨情况加剧。某队临近井2000年10月投入聚驱开发，至今已将近3年的时间，由于聚驱油井采出液分离的含聚污水进入水驱注水站，因此水驱注入时的含聚造成了采出液大面积含聚。今年检泵井中发生偏磨的40口井，平均含聚浓度67.4mg/L，未发生偏磨的井20口，平均含聚浓度7.6mg/L。根据法向力理论，聚合物属于粘弹性流体，采出井见聚后抽油杆系统会受到两方面影响。
（1）抽油泵柱塞下行阻力增大。该阻力将使得抽油杆在油管内产生螺旋弯曲，造成偏磨和杆断。室内实验证明，大流道Ⅲ级泵在聚合物浓度达到1000 mg/L时的下行阻力要比Ⅰ级泵在清水状态下的下行阻力小。
（2）法向力对抽油杆的影响。法向力就是在抽油杆在上下运动过程中，聚合物溶液对抽油杆产生的垂直于运动方向的力，该力会导致偏磨、杆断。对于粘弹性流体来说，弹性模量（G′）与速度梯度（）成指数关系，弹性模量会导致法向力，速度梯度越大，法向力越大。
由于抽油杆在油管内并不居中，因此它在上下运动过程中，抽油杆两侧的速度梯度就会不同，速度梯度大的一侧法向力将大于速度梯度小的一侧。该力将迫使抽油杆向管壁靠拢，而抽油杆越向抽油管靠拢，两侧的速度梯度差异就越大，法向力也越大，直到抽油杆靠上管壁。无论是上冲程还是下冲程该力都存在。当抽油泵位于上下死点时，抽油杆运动速度为0。此时抽油杆两侧的法向力相等，抽油杆又恢复到初始位置。如此在一个冲程过程中，抽油杆在法向力的作用下将在油管内横向运动4次。对于冲次9次/分的抽油机井，则抽油杆一年内将在油管内横向运动1800×104次，在偏磨的同时加剧了杆断的几率，法向力理论的提出为见聚井部分扶正后偏磨段上移、下移和杆断井数急剧上升提供了理论解释。根据抽油杆法向定量试验结果，当抽油杆与油管偏心度为0.59、流体运动速度为0.8m/s时，200ppm聚合物溶液对抽油杆产生的法向力为0.15N/m；相同条件下，当含聚浓度达到800ppm时，法向力将达到0.37N/m。在分析多大的法向力能够造成抽油杆偏磨时，由法向力概念的的引入，可以得到简支梁在均布载荷作用下，在已知挠度的情况下均布载荷计算公式：
式中：E—抽油杆材料的弹性模量，Mpa；E=2.01×1011Pa；I—抽油杆的的抗弯截面系数，m4；I=πD4/64；ν—抽油杆在均布载荷作用下发生的最大挠度，m；l—抽油杆的长度，m；q—均布载荷，N；
设抽油杆直径=φ0.025m；油管内径=φ0.062。则可以得到在此条件下抽油杆产生偏磨的最大挠度为0.0185m。将各参数代入上式可得不同深度下抽油杆产生偏磨所需的最小均布载荷，见表1。
表1抽油杆产生偏磨所需最小均布载荷与深度关系表
由表1可知，随着抽油杆长度的增加，产生偏磨所需最小均布载荷随之减少。0.15N/m的法向力不会使8m长的抽油杆产生偏磨，但对16m长的抽油杆已经足以产生偏磨了。
1.3低沉没度井
低沉没度井更容易发生杆管偏磨。通过对某队发生偏磨井进行统计，偏磨井平均沉没度179.96m，沉没度小于100m的井占 51.6%，在低沉没度井中，上冲程井液不能充满泵筒，形成抽空现象，下冲程时，柱塞高速运动，和管内液体发生撞击，造成瞬间失稳，发生偏磨。
1.4冲次高的井更容易发生偏磨
在抽油机井运行过程中，冲次相对较高是导致偏磨的又一个因素。不合理的抽汲参数直接影响该井的沉没度和含水等生产数据，冲次较高的抽油机井惯性载荷相对较大，当驴头运行到上死点，开始向下运动时，由于抽油杆在上行时惯性的作用下发生了弹性变形，抽油杆被拉长，此时活塞并未运行到上死点，在弹性力的作用下仍在上行，由于冲次较快，上部抽油杆已经开始下行，造成中部抽油杆受到两个方向力，被压缩变形，发生了弯曲，不但造成了杆管的偏磨，也使最大载荷上升，最小载荷下降，交变载荷增加，使得管杆的疲劳强度较大，易发生断脱。水驱偏磨的产生使某矿抽油机井检泵周期明显缩短，增加了作业成本的支出。随着聚驱开发时间的延长，水驱发生偏磨的井数会进一步增加，因此必须本着防、治结合的原则，减小偏磨对检泵周期的影响。
二、防治措施
根据以上我们对偏磨井的认识，应该采取五项措施。
2.1采取扶正措施
由于含聚污水回注及聚驱开发时间的延长，某地区水驱井的含聚浓度会继续升高，根据法向力理论，法向力是存在于全井的，因此对于南某地区发生的水驱偏磨井应该全部采取全井扶正＋大流道三级间隙泵措施，减小抽油泵的下行阻力，抑制和延缓杆管的偏磨，延长杆管的使用寿命。
2.2低沉没度井治理
低沉没度的井更容易发生杆管偏磨现象，因此结合本地区的注采关系，在检泵时将低沉没度，严重供液不足井要坚决换小泵径生产，使油井保持合理的沉没度，减少偏磨井的发生。
2.3尽量采取小冲次生产
由于低冲次井发生偏磨井数相对较少，因此在满足提液需要的前提下，尽量采取大泵径，长冲程，低冲次生产，以冲次9次为例，杆管每年摩擦次数为473万次，而冲次为6次的井每年的摩擦次数为315万次，每年少磨损158万次，可见低冲次生产能够有效延长杆管使用寿命。
2.4提高洗井质量
水驱见聚后，原油析蜡量增加，而且熔蜡所需的温度较水驱高，这就需要缩短热洗周期，提高热洗质量、热洗温度，现在热洗清蜡还存在不足。
2.5防偏磨旋转器的应用
抽油杆自动旋转器安装在方卡子与悬绳器之间，套在光杆上，用软绳将传动杆与抽油机上部固定部位相连。当悬点运动到下死点时，软绳绷紧拉动传动杆，使传动杆绕轴部转动，旋转器内部传动装置再将转动转变为对光杆的扭矩，使光杆及其下部抽油杆微量转动。当悬点离开下死点时，软绳松弛，传动杆依靠弹簧归位，准备下一次旋转。如此反复，便可完成每日1-3圈的自动旋转，实现抽油杆整体旋转的目的，从而避免扶正器单侧磨损。
三、结论
（1）油田高含水开发后期，油井井下技术状况逐年变差，抽油杆与油管偏磨腐蚀是检泵率上升的主要原因。井斜、抽油杆弯曲造成偏磨、综合含水及见聚浓度的上升使偏磨腐蚀明显，而介质的强腐蚀性加剧了偏磨腐蚀。
（2）某队油机井杆管偏磨主要原因是由于聚驱开发时间长，含聚污水回注，采出井含聚，以及沉没度偏低，冲次偏大综合作用的结果。
（3）对杆管偏磨问题应采取防、治结合的原则，及时调整抽汲参数，尽量使用原装扶正器，对易偏磨井加大应用高强管（N80油管）的力度，避免短期内重复作业。
参考文献：
[1] 陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2000.