优化抽油杆扶正器设计与应用

1、摘要：英台油田2010年偏磨井数已达到开井数的59.1%。鉴于偏磨是制约油井免修期的主要 因素，开展了优化抽油杆扶正器设计与应用这一技术研究项目，在2010年1月至12月通过 对油井偏磨机理的深入分析，优选扶正器材质，合理配置扶正器密度，充分应用各类扶正器 分类治理油杆偏磨，降低了作业井次，节省了作业管材，延长了油井免修期。关键词：抽油杆扶正器设计与应用免修期1偏磨机理分析1.1杆偏磨受含水和沉没度的影响研究表明，含水对杆管偏磨有明显影响，随着含水的上升，杆管偏磨呈明显上升趋势， 80%以上偏磨井的含水高于85%； 80%以上的偏磨井发生于沉没度低于300m的油井，50%以上 的偏磨井发生于沉

2、没度低于100m的油井。1.2杆偏磨受井身结构的影响由于钻井过程中，其质量不合格而造成的井筒不直，出现“直井不直”的现象，使油管 和油杆之间产生偏磨。在斜井中，在造斜点以下管杆轴线与重力的方面有一个斜角，管杆就 会在井筒轴线上垂直的方面有一个分力。这个分力会使油杆产生弯曲变形，使管杆产生偏磨。1.3杆偏磨受油管的弯曲变形的影响油管在上冲程时，由于泵的“活塞效应”使油管底部受到一个向上的虚拟力作用，而使 油管产弯曲变形。此时抽油杆因受到较大的张力，而保持直线状态（即管弯杆直），这时弯曲 的油管就会与拉直的油杆产生偏磨。1.4受油杆的弯曲变形的影响抽油杆在下行程时，抽油泵的游动凡尔对流体阻力、柱塞

3、的摩擦阻力、抽油杆在运动中 与井液产生的摩擦力以及“气击”和“液击”现象的影响，会给抽油杆下行造成很大的阻力， 致使抽油杆下部发生弯曲变形。此时油管处于拉直状态（即管直杆弯），使管杆相互磨损。1.5油井供液能力的影响当抽油井的供液能力差、沉没低时，会造成泵的充满程度差。这时柱塞在下冲程时，会 与液面之间产生液击载荷，从而增大油杆的弯曲变形，加大油杆的偏磨。1.6杆柱组合的影响油杆的偏磨主要是下冲程时，下部油杆由于下行阻力造成油杆弯曲。这主要是下行阻力 大于油杆的临界压力，使油杆由于失稳而产生弯曲变形。杆柱组合级数越小，应力集中的机 会越少，杆柱级别不同，受压段长度不同（即中性点长度不同）三级组

4、合时受压段最长，杆 柱压力最大；一级组合时受压段最短，杆柱压力最小。1.7油杆偏磨受抽汲参数的影响抽油机的工作制度对抽油杆的偏磨有着重要的影响，冲次越快，杆振动越大，管杆的磨 损速度越快；抽油泵的泵径越大，抽油杆的下行程式阻力越大，油杆的弯曲变形越大。1.8油杆偏磨受腐蚀与磨损的联合作用的影响有研究表明，当油井产出液中含有腐蚀性介质时，腐蚀和偏磨相互作用。当管杆磨损以 后，加快了腐蚀的速度；而杆管被腐蚀后，其强度降低，磨损的速度也会加快。腐蚀和偏磨 共同作用对管杆的损伤分别是腐蚀和偏磨单独作用的6倍和3倍。2英台油田油杆偏磨主要原因分析2.1井眼轨迹复杂导致杆管偏磨客观存在井身剖面设计为“直-

5、增-稳”，实际是“直增-稳-降”，井眼轨迹不合理，导致偏磨不可 避免。2.2方位角变化频繁，也是导致偏磨的重要因素2.3含水上升加剧油杆偏磨随着含水的上升，降低了原油对管杆接触表面的润滑性，同时油杆中性点位置不断上移， 偏磨段不断加长。2.4腐蚀结垢使油杆偏磨雪上加霜腐蚀结垢降低了管杆表面光滑度，增加了摩擦系数，导致偏磨加剧。目前腐蚀、结垢井 达568 口，占油井开井数（722 口）78.7%，随着腐蚀结垢井数增加，偏磨井数在逐年增加， 对油杆防磨提出更高的要求。从全厂油井偏磨的分布区域来看，抽油杆偏磨在八面台区块、英东萨尔图、英东高台子、 152区块等各区普遍存在。3扶正技术的理论研究依据3

6、.1声波测试定量分析油杆偏磨回声仪反映停抽声波曲线的平滑特征，与开抽时呈区域性剧烈变化的差异，其内在原因 是开抽时杆管弯曲严重，造成杆管局部径向面积增大并呈不规则排列，使声波剧烈反射，揭 示出管杆蠕动与偏磨区域。对声波曲线的科学分析，为防止杆管偏磨，制定有效的技术措施 提供了依据。定量计算杆管偏磨段，例如油井方10-12井声波测试曲线上表明在360米一850米有剧 烈波动，与该区域7次杆断，8次管漏吻合。3.2抽油杆扶正器的负载分析在传递动力过程中，抽油杆扶正器的负载因抽油杆柱的位置而不同，上部的抽油杆扶正 器负载大，下部的抽油杆扶正器负载小。抽油杆扶正器的负载通常有下列几种：抽油杆扶正器自身

7、重量；油管内柱塞以上液柱重量；井口回压产生的压力；柱塞与泵 筒、抽油杆扶正器及其接箍与油管、油管与液柱、抽油杆扶正器与液注之间的摩擦力以及液 体内部粘滞力；管柱内液体对抽油杆扶正器的浮力；抽油杆扶正器与液柱的惯性力；抽油杆 扶正器的弹性变形引起的振动力;液体与活塞运动不一致或泵未充满等因素引起的冲击载荷。 上冲程过程中抽油杆扶正器所受力抽油杆扶正器在上冲程时主要承载负荷为抽油杆扶正器本 身自重，活塞以上液柱重量，摩擦力，井口回压产生的压力，抽油杆扶正器与液柱惯性力。 当抽油杆扶正器向上运动时，重力、摩擦力、惯性力、回压产生的压力都对抽油杆扶正器产 生向下的拉伸力，只有浮力对抽油杆扶正器柱产生不

8、大的力，中和点靠下，抽油杆扶正器不 容易失稳，因此抽油杆扶正器上冲程过程中抽油杆扶正器基本处于拉伸状态，正常垂直井不 会有因抽油杆扶正器弯曲产生的偏磨。当井身达到一定井斜时，这时处于井斜段的抽油杆扶 正器在上行过程中才会产生摩擦。下冲程过程中抽油杆扶正器所受力抽油杆扶正器在下冲程时主要承载负荷为抽油杆扶正器自身重力，摩擦力，抽油杆扶正 器与液柱惯性力，振动力，冲击力。这些力中惯性力、摩擦力、冲击力等都作用力都向上， 并且在抽油杆扶正器下部受有最大轴向压力，这个轴向压力使抽油杆扶正器失稳弯曲并导致 抽油杆扶正器紧贴在油管内壁上，同时振动力产生的径向力也加剧抽油杆扶正器的弯曲，在 生产过程中管杆发

9、生相对运动，从而使得管杆发生偏磨。3.3现场应用效果通过对油杆偏磨机理的进行分析，对抽油杆上、下冲程过程中抽油杆扶正器所受力的分 析，利用声波测试定量分析油杆偏磨段，针对不同偏磨情况，跟据不同井斜分类，合理配置 扶正器密度，减小、延缓抽油杆柱的摩擦，现场应用效果较好，有效的延长了油井免修期。短杆式扶正器：短杆式扶正器应用在油杆接箍处，起到扶正接箍，防止接箍直接作用在 油管内壁，减少偏磨的作用。优点：易于安装，能够有效的保护油杆接箍，减少偏磨。缺点：过多的丝扣连接增多了杆脱的风险；安装方面增加了工作量；材质与油杆不同， 在上下运行时产生载荷交变点，易发生金属疲劳而断脱。通过前期的试验，证明扶正器材质的硬度是决定扶正器使用寿命和保护油管的关键，经 过不断调整扶正器材质的配比，我们最终确定了合理的材料硬度。目前应用300余口井，平 均提高免修期80天，有效地延长了油井免修期。但随着含水上升和腐蚀结垢加剧，降低了原油对管杆接触表面的润滑性和管杆表面光滑 度，增加了摩擦系数，导致偏磨进一步加剧。部分应用二个扶正器油杆的油井已经不能完全 保障油井免修期，因此，开展了扶正器加密试验。4结论通过本