对杆管偏磨问题的研究和解决重点讲义

1、对杆管偏磨问题的研究和解决第一章 国内外管杆偏磨现状概述在有杆泵抽油系统中，油管和抽油杆的偏磨普遍存在，这不仅降低抽油杆的强度，造成抽油杆断裂，还会磨穿油管壁，造成油管漏失，影响油井正常生产。大港油田第三采油厂1048口生产井中，抽油机井有788口，占生产井的75.2%。由于井斜和综合含水的上升，抽油杆的偏磨腐蚀现象日趋严重。偏磨腐蚀井占频繁作业井的74%，占抽油机生产井的53.7%，因偏磨腐蚀而造成油井检泵作业的工作量占全年检泵作业工作量总和的46.5%，管杆的使用寿命也因偏磨腐蚀而缩短了4060%。胜利油田822口抽油井中，年生产时间少于200天的作业井有216口，其中管杆偏磨造成杆断和油

2、管漏失井有70口，占32.4%。每年由于油管和抽油杆偏磨腐蚀造成的直接经济损失近千万元，间接经济损失3000万元以上，偏磨腐蚀已成为影响该油田正常生产的重要因素。因此，应用新技术、新工艺减少偏磨腐蚀，是降低采油成本的有效措施之一。第二章 偏磨原因分析管、杆偏磨的发生与有杆泵抽油系统所处的井筒状况、工作参数、产出液性质等工作环境密切相关。归纳起来，造成抽油井管、杆偏磨主要有两方面的原因：一是机械磨损；二是腐蚀磨损。2.1 机械磨损2.1.1 井身结构引起的管杆偏磨对于斜井或水平井，其井身结构存在一定的井斜角，如果抽油泵下到造斜点以下，泵上油管会随着套管一起弯曲，生产时，抽油杆的综合拉力产生了一个

3、侧向分力，导致油管和抽油杆发生偏磨。弯曲段或造斜点的角度越大，抽油杆与油管之间的磨损越严重。这种磨损发生在抽油杆的上、下两个冲程的全过程，磨损较严重。即使对于直井，目前的钻井技术很难保证井身完全垂直，这样套管在某一段就会出现弯曲现象，其后下入的油管也会随着套管弯曲，且当弯曲段出现在泵以上时，由于抽油杆在油管中的上下往复运动，也会造成管杆之间的摩擦。2.1.2 封隔器座封造成油管弯曲引起管杆偏磨一方面，由于分层采油、卡堵水等需要，很多油井带封隔器生产；另一方面由于管柱上使用油管锚。而多数型号的封隔器、油管锚的座封和锚定都需要一定的座封重力，会导致油管弯曲；并且座封重力愈大，油管弯曲程度愈大，弯曲

4、的管柱越长，管、杆偏磨也就愈严重。2.1.3交变载荷造成杆柱弯曲变形引起管杆偏磨抽油井正常工作时，抽油杆柱在上、下冲程过程中的受力情况是不同的。上冲程整个抽油杆处于受拉状态，整个杆柱基本呈直线状态；下冲程时，抽油杆主要受上下两个方向的作用力，一个是自身向下的重力，另一个就是活塞和抽油杆下冲程时受到的阻碍抽油杆下行的弯曲力，使下部的抽油杆产生螺旋弯曲。这样在抽油杆上、下往复运动中，杆柱上下受力不一致，下冲程时，在抽油杆柱上形成一个受力中和点，中和点上部杆柱受向上的拉力，中和点下部杆柱受向下的压力。下冲程受压的部分杆柱就会发生弯曲变形，与油管发生偏磨。2.1.4 油管弯曲造成管杆偏磨在没有锚定的油

5、管柱中，油管在每个冲程中，要承受液柱压力作用。上冲程时，液柱载荷转换到抽油杆上，由于管内介质的重力、油管与管内介质和抽油杆的阻力作用，使抽油杆拉直，而原先作用在油管上的液柱载荷突然消失，产生“活塞效应”使管柱底部受到一个向上的虚拟力作用，导致油管收缩并发生弯曲变形，造成抽油杆上行偏磨。油管弯曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近，即中和点以下到泵的位置。中和点位置又与泵以下尾管的长度有关。若尾管加长，则泵以下油管的质量增大，就可以把弯曲应力抵消。2.1.5 管杆重复摩擦，加剧偏磨的速度抽油系统在工作中，由于管、杆在径向上基本上不发生转动，抽油杆有规律地重复运动，造成管、杆总是同一方向、同一部位上发生

6、摩擦，很容易造成摩擦部位的管、杆失效。现场发现，多数抽油杆接箍仅一侧严重磨损。2.2 腐蚀磨损2.2.1含水的影响在高含水油田，油井产出液性质与开发初期相比发生了巨大变化。当油井产出液含水大于74 %时产出液换相，由油包水型转换为水包油型。也就是说，管、杆表面失去了原油的保护作用，产出水直接接触金属，腐蚀速度增加。摩擦的润滑剂由原油变为产出水，由于失去原油的润滑作用，油管内壁和抽油杆磨损速度加快，磨损严重。2.2.2 偏磨和腐蚀的交替效应（1）管杆偏磨，使磨损表面产生热能，从而使管、杆表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处首先被腐蚀。（2）由于偏磨处表面被活化，成为电化学腐蚀的阳极，从

7、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。（3）由于腐蚀，使管杆偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。偏磨和腐蚀并非简单的叠加，而是相互作用，相互促进，二者交替作用具有更大的破坏性。第三章 防偏磨配套技术研究根据油井有杆泵生产的特点，针对造成管、杆偏磨的主要原因和偏磨规律，为了防止偏磨，制定出以下三方面配套技术，一是消除油管、抽油杆弯曲的技术措施；二是采取管、杆柱防偏磨技术；三是实施工艺转向，彻底解决管杆偏磨。3.1 防偏磨技术的原理3.1.1 消除抽油杆弯曲抽油杆柱的失稳包括动力失稳和运动中的受压弯曲失稳。动力失稳是指杆体上的周

8、期压载频率与压杆的横向自振频率之间的比值达到一定值时，压杆发生剧烈的横向振动。其实如果能够避免了抽油杆柱在运动中的受压歪曲失稳，则同时也避免了抽油杆柱发生的动力失稳。表3-1 单根（8m）抽油杆压杆失稳弯曲的临界载荷抽油杆直径（mm）25.422.219.116.0临界载荷（N）160905030表3-2 单根（6m）加重杆压杆失稳弯曲的临界载荷加重杆直径（mm）42.038.131.828.6临界载荷（N）2154.81459.2708.1463.3可见，适当增加底部抽杆的直径，可以有效提高抽油杆的弯曲临界载荷 ，可以避免下部抽油杆的弯曲，从而解决管杆偏磨。3.2防偏磨技术3.2.1抽油杆防

9、偏磨技术（1）加重杆是防止杆柱底部抽油杆弯曲的有效方法。它能使杆柱中和点下移，且可以降低杆柱的交变应力幅度,延长抽油杆疲痨断裂周期。但42mm加重杆下井使用无配套的提下工具操作极为不方便，目前仅在个别工艺措施井和少数稠油井使用难以推广使用。25mm扶正加重杆除具备有42mm加重杆的加重作用外，还从根本上解决了抽油杆底部压杆失稳弯曲而带来的偏磨问题，且操作简单，不需任何专用工具，用25mm抽油杆吊卡完成提下工作。（2）为了避免抽油杆和油管的直接接触，在中和点以下抽油杆上加装扶正器，以防止管、杆磨损。抽油杆本体尼龙扶正器图3-3 固定式尼龙扶正器图3-2 滚轮式抽油杆扶正器扶正器按其与油管的磨擦性

10、质分为滚动式扶正器和滑动式扶正器。滚动式扶正器又可分为滚轮式和滚珠式两种。滑动式扶正器主要有两瓣对卡式和固定式尼龙扶正器。在扶正器使用方面，我们先后采用了滚轮式扶正器、两瓣对卡式尼龙扶正器和固定式尼龙扶正器。滚轮式扶正器（见图3-2）由于易卡轮和不耐腐蚀的原因，脱落的碎片、轴销易卡泵，近年已渐渐淘汰不再使用；两瓣对卡式尼龙扶正器在抽油杆上易滑动，扶正效果差，使用受到限制。采用尼龙扶正器扶正。目前使用最多的是固定式尼龙扶正器（见图3-3），使用前按设计位置直接将尼龙注塑在抽油杆杆体上，一次注塑成型。具有抗冲压、耐热、耐磨、耐腐蚀等特点。在抽油杆柱中和点的下部灌注尼龙扶正器，可以有效地防止杆柱弯曲

11、、偏磨。（3）应用抽油杆旋转装置，改变管杆的接触面，由原来的一侧偏磨变为圆周偏磨，延长抽油杆使用时间。采用定期旋转光杆的措施，变换抽油杆偏磨位置，延长抽油杆使用寿命。3.2.2油管防偏磨技术（1）采用座封负荷小的封隔器。由于目前多数井动液面深，泵挂深度逐年增大，平均达1800m以上，泵挂最深达2500米，约有35%以上油井在80kN负荷下座封，油管柱受压，中和点在泵上。采用Y211封隔器，座封负荷很小，仅有3040kN，保证管柱无弯曲。（2）采用液压油管锚代替以往的机械式油管锚。为防止油管伸缩及径向摆动，在无封隔器全井段生产井中采用油管锚。液压油管锚接在泵上，油井生产时，油套管压差大于0.3Mpa，锚爪卡在套管内壁上，实现油管锚定。带封隔器的油管柱采用改进后的液压油管锚配套伸缩管，同样也可实现泵上油管锚定。（3）应用油管旋转装置。油管旋转装置座在四通上，通过地面旋转使井下油管旋转，变换偏磨位置，延长油管使用寿命。（4）对于分层开采的油井，应尽量简化管柱，优先选用丢手管柱，这样可以避免因作封使泵上油管弯曲造成管杆偏磨现象，同时可以避免因油管蠕动造成的封隔器解封失效，简化管柱节省了油管用量年并使下次作业程序简化。同时能够更好的采用一些防偏磨及防砂的工艺措施。3.3 工艺转向针对目前工艺仍无法解决的管杆偏磨问题，转变