造成抽油井管杆偏磨的原因

造成抽油井管杆偏磨的原因主要有以下几个方面。⑴井身结构的影响造成生产管柱弯曲,导致管杆偏磨。对于斜井，其井身结构与垂直方向有一定的角度，如抽油泵在造斜点以下,泵上油管会随套管一起弯曲，导致抽油杆与油管摩擦。即使是直井，因目前的钻井技术不可能保证井身完全垂直，套管在某一段也会出现弯曲现象，当油管下入后，随着套管弯曲，从而造成杆管之间的摩擦。⑵封隔器坐封造成油管弯曲，发生管杆偏磨。胜坨油田经过长时间开发，同一口油井中射开层位多，有80%的油井带封隔器生产，而封隔器坐封需要一定的坐封重力,会导致油管弯曲;并且坐封重力愈大，油管弯曲程度愈大，管杆偏磨也就愈严重。⑶杆柱在工作中受交变载荷的影响产生弯曲变形，从而造成管杆偏磨。上冲程时,抽油杆柱受拉;下冲程时，由于抽油杆和活塞受油管中液体阻力的影响,杆柱上下受力不一致,在抽油杆柱上形成一个受力中合点，中合点上部杆柱受向上的拉力,中合点下部杆柱受向下的压力。下冲程受压的部分杆柱就会弯曲变形，与油管发生偏磨。⑷抽油系统在工作中，由于杆管在径向上基本上不发生转动，抽油杆有规律地重复运动，造成管杆总是在同一方向、同一部位上发生摩擦，很容易造成摩擦部位的管杆失效。⑸产出液对杆管的腐蚀加快了偏磨速度。腐蚀和偏磨可以互相促进，当管杆磨损以后,就加快了腐蚀的速度，而管杆被腐蚀后，其强度降低，磨损的速度也会加快。（6）抽油杆扶正器因结构和材质的影响，其防偏磨效果不理想。6、油井结蜡对偏磨的影响油井结蜡对抽油杆柱受到的液体摩擦力、柱塞与泵筒间的摩擦力以及液体通过游动阀时的阻力影响较大。当抽油杆或油管结蜡时，油管内径与抽油杆外径比值减小，致使经过结蜡点的抽油杆所受的液体摩擦力大于其它部位受到的摩擦力，极易导致结蜡点上部的抽油杆柱产生弯曲，从而发生偏磨。2、杆管弹性变形造成弯曲偏磨抽油杆的纵横弯曲和失稳变形是造成杆管偏磨的基本原因。抽油机在运行过程中，抽油杆柱在交变载荷的作用下会产生弯曲变形。上冲程时，液柱载荷由油管转移到抽油杆上，中和点以下的这一段油管因卸载而发生弹性收缩产生螺旋弯曲，造成抽油杆、油管相互接触摩擦。其相互接触摩擦又增加了抽油机光杆载荷，抽油杆接箍通过油管接箍时将产生强烈的震荡产生振动载荷，同时又增加了抽油杆上行时对油管的横向压力，增加了上行的摩擦阻力，加剧杆管的偏磨损伤「'。〕。下冲程时，液柱载荷由抽油杆柱转移到油管上，抽油杆卸载发生弹性收缩产生螺旋弯曲。下行时还将受到柱塞与泵筒间摩擦阻力及液流通过柱塞产生的阻力和井液对抽油杆的浮力，因此抽油杆柱下部容易发生失稳弯曲，造成杆、管相互接触摩擦形成偏磨。这种相互接触摩擦所造成的偏磨损伤随泵深的增加、含水的上升（矿化度增高）、沉没度的降低、生产参数（冲次偏高）、管柱的原始压缩弯曲等因素的影响越来越严重。4、油井参数的影响造成偏磨冲程、冲次、沉没度以及泵径都会影响杆管偏磨。在理想状态下，抽油杆全部重量应该加载到抽油机驴头上，上、下冲程换向时抽油杆下行速度与驴头速度同步，抽油杆柱处于拉伸状态。但在实际生产中，抽油杆下行受到井液的阻尼作用、杆管以及柱塞与泵筒之间的摩擦阻力。为了提高产液能力，由于生产参数不合理，相当一部分油井由于冲次过快，抽油杆下行速度滞后于驴头的运动速度，造成中和点以下的抽油杆几乎全部处于受压状态，产生失稳屈曲变形，弯曲变形的抽油杆与油管发生接触摩擦，进一步加剧了偏磨的严重性「8〕‘4〕。泵径越大，抽油杆下行受到的阻尼力越大，抽油杆发生弯曲变形的可能性越大，杆管偏磨的几率也越大。5、井口回压和井口盘根对偏磨的影响油井井口回压的存在，无疑增加了抽油时的悬点载荷，当井口回压增加时，相当于增加了抽油杆的重力，上冲程悬点载荷增加，下冲程载荷降低。井口回压过高，悬点载荷增大，亦可造成泵的漏失。在井偏角作用下，会导致抽油杆与油管偏磨加剧「15j。当井口盘根压得过紧，盘根与光杆间摩擦力增大，上冲程时加剧了抽油杆的弯曲。特别是在杆较细，下泵较深，泵柱塞与衬套配合间隙较小时更会加剧杆管的偏磨。生产中，应使盘根上紧程度适中，既保证不漏油也不过紧，以减缓偏磨。防止管杆偏磨的技术对策⑴改进抽油杆扶正器的结构和材质，提高其耐磨性能。根据抽油杆偏磨的规律，在容易发生偏磨的杆段加装抽油杆扶正器,可以有效地减缓管杆偏磨。⑵需要封层的油井应用低坐封载荷封隔器(坐封载荷为20~40kN),同时配套应用坐封吨位控制器,使泵上油管处于受拉状态,这样可防止泵上油管因受压而弯曲,从而减轻管杆偏磨。这种管柱结构在胜坨油田50多口井上应用收到了较好的防偏磨效果。⑶在杆柱底部配置一部分加重杆，改善杆柱受力状况，使杆柱在上下冲程中始终处于受拉状态，减轻因交变载荷引起的抽油杆弯曲变形。⑷在抽油杆和油管上分别安装旋转装置，定期转动油管和抽油杆，防止管杆在同一方向上重复摩擦，可有效减轻偏磨的危害,延长抽油井正常生产时间。1997年,中原石油勘探局第三采油厂在2口井上应用了旋转井口装置，每月通过人力将油管旋转90°，有效减轻了偏磨的危害,油井检泵周期平均延长了88天［2］。⑸改进抽油杆接箍的材质和处理工艺，提高其耐磨、耐腐蚀性。(6)在满足油井产液量要求的前提下，尽量采用长冲程、低冲次的抽油机生产参数,可改善抽油杆柱的受力状况，减轻管杆偏磨。⑺加强对作业油井的现场监控，准确掌握管杆偏磨的详细情况，及时采取有效的防偏磨措施。欲在比较长的水平井井段中以较短的时间、安全地压裂形成上述优化的多条水力裂缝，且压后快速地排液，实现低伤害的水平井分段压裂，其压裂工艺技术难点在于分段压裂工艺方式选择和井下封堵工具，目前国内外水平井分段压裂的工艺技术方法，主要分为以下四类。化学隔离技术国内外在20世纪90年代初采用该技术，主要用于套管井。其基本做法是:①射开第一段，油管压裂；②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；③射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离；④采用这种办法，依次压开所需改造的井段；⑤施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高，但所使用的液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大，同时压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害，而且施工工序繁杂，作业周期长，使得综合成本高，因此，该技术方法20世纪90年代初发展起来后没有得到进一步发展与推广应用。机械封隔分段压裂技术机械封隔技术用于套管井，主要有机械桥塞与封隔器结合或双封隔器单卡分压或环空封隔器分段压裂等技术，基本分为以下3种。（1） 机械桥塞+封隔器分段压裂。射开第一段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再射开第二段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；按照该方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液求产。（2） 环空封隔器分段压裂。首先把封隔器下到设计位置，从油管内加一定压力坐封环空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压。（3） 双封隔器单卡分压。可以一次性射开所有待改造层段，压裂时利用导压喷砂封隔器的节流压差压裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各层的压裂。现场试验结果表明，环空封隔器分段压裂技术已成功地应用于浅层油藏，相对成熟，在深井应用中还需改进与完善。双封隔器单卡分段压裂技术容易砂卡封隔器，造成井下事故，正进一步攻关。限流压裂技术限流压裂技术是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝，它要求各个段破裂压力基本接近，可用孔眼摩阻来调节。该技术多用于形成纵向裂缝的水平井，分段的针对性相对较差。水力喷砂压裂技术水力喷射分段改造技术是90年代末发展起来的目前国外应用比较广泛的技术，其技术原理是根据伯努利方程，将压力能转换为速度，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流（喷嘴喷射速度大于 126m/s）在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井上进行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规油管相连接入井，也可以与大直径连续油管（60.3mm）相结合，使施工更快捷，国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理。3.1水力喷射压裂工艺过程喷砂射孔阶段：正循环低替,利用高压水射流携带粉砂或压裂砂套管开孔,排量一般在1900~2300L/min,砂量一般为1.0〜2.0m3,射孔结束后可关套管闸门，根据压力上升情况，判断射孔效果。压裂阶段：套管注入系统开泵，按设计注入平衡液体，排量一般为700L/min,同时正循环打前置液，按泵注程序加砂直至结束。从施工曲线可以看出（见图5）,水力喷射压裂施工压力对排量比较敏感，提升排量时压力有明显的上升,在压裂施工前加一个砂量2m3左右的段塞进行喷砂射孔。在射孔以后，压裂过程施工压力持续升高,高速水射流在裂缝中的摩阻作用比较明显,停泵后压力下降大，关井时可以观测到裂缝闭合时的压降曲线。不同于普通压裂的是水力喷射是依靠高压水射流的动压能来压开地层的，经过喷嘴节流，油压曲线比裂缝延伸压力要高。施工过程中每层施工压力区别明显，曲线延伸形态各异,显示分层改造过程中每一层都得到了相应改造。在主压裂以前采用水力喷射射孔均达到目的，该射孔方式不产生压实带和微裂缝区，孔眼直径和深度远大于常规聚能弹射孔，有助于压裂主裂缝的形成和延伸。3.2水力喷射压裂改造效果水力