油井合理安装扶正器(2)

3.3总结....................................................................................................................................... 12

3.4致谢....................................................................................................................................... 12

参考文献 .................................................................................................. 13 II

稠油井防偏磨技术研究

摘要

抽油杆偏磨是油田有杆抽油系统普遍存在的问题，在抽油杆柱中合适的位置安装抽油杆扶正器是解决这一问题的措施之一。实际井眼轴线是一条空间曲线，随着井深增加，井眼的井斜角、方位角、井眼曲率都在变化，致使抽油杆柱工作时受力复杂，特别是弯曲井眼段受压的杆柱，会发生纵横弯曲。如何在抽油杆柱中合理地布置、安装抽油杆扶正器，一直是各油田未能很好解决的问题。

本设计中，分析研究了管、杆偏磨断脱的原因，并提出相应的治理及防治措施。建立杆柱力学模型，运用力学知识、弹性稳定理论对油井井下管柱进行抽油杆柱优化组合设计、加重杆优化设计、抽油杆扶正器安装位置优化设计，为减少斜直井偏磨等问题提供一套较实用的设计方法。

[关键字] 斜直井 抽油杆柱 力学模型 加重杆 扶正器

1

稠油井防偏磨技术研究

前言

尽管随着石油开采技术的发展,出现了无杆采油技术,但有杆采油井数仍占机采井数的90 %以上 ,有杆采油在目前采油中仍占主导地位。随着石油开采在国内各大油田都进入开发后期,各大油田都出现抽油杆、管偏磨现象。这些偏磨增大了油水井管漏、断脱等事故发生率,增加了油水井维修次数和成本,减少了油水井有效工作时间,给油田带来了巨大经济损失。

本设计中，分析研究了斜直井管、杆偏磨断脱的原因，并提出相应的治理及防治措施。建立杆柱力学模型，运用力学知识、弹性稳定理论分析杆柱上下行程所受阻力变化的规律，进行抽油杆柱优化组合设计、加重杆优化设计、抽油杆扶正器安装位置优化设计，解决工程实际中斜直井偏磨问题。

1斜直井管杆偏磨与断脱的因素

抽油杆柱在工作过程中受力复杂，条件恶劣。随着时间的推移，油田开发的不断深入在抽油机井维护性作业中，管、杆偏磨与断脱问题日益突出，同时给油田正常生产产生了极大的影响，直接影响着油田的经济效益，斜直井中更为突出。下面从油井井身结构、采油工艺、生产参数等方面，分析研究管杆偏磨与断脱的原因。

1.1抽油杆柱磨损机理分析

从磨损后抽油杆的截面形状看，大部分抽油杆属单侧磨损，即抽油杆偏磨．当抽油杆柱在油管内做上、下往复运动时，由于某种原因造成抽油杆柱(或油管柱)的弯曲，在弯曲点处，抽油杆柱与油管柱相互接触并相对滑动，由此产生磨损，抽油杆柱的磨损应属粘着磨损，在接触点处，抽油杆和油管两个相对滑动的表面在摩擦力的作用下，表面层发生塑性变形，表面的污染膜、氧化膜发生破裂，使新鲜的金属表面裸露出来，由于分子力的作用，两表面发生焊合．当外力克服结合力使两表面继续保持相对运动时，强度较低一方(即抽油杆)的表面层受剪切作用而粘附在强度较高一方(即油管)的表面上，在重复摩擦过程中，前者表面逐渐磨损，而后者表面的粘附层以磨屑形式脱落，抽油杆磨损相对严重，而油管的磨损不明显．此外，在整个上、下冲程期间，抽油杆柱只是在接触点附近的一小块区域内发生磨损，而油管柱则在整个冲程范同内相对较宽的区域内发生磨损，这也是造成抽油杆较油管磨损严重的原因之一。

2

稠油井防偏磨技术研究

1.2管杆偏磨的原因

1.2.1井斜的影响

自然井斜，从垂直来看，井筒是一条弯曲旋扭的线条，尤其在斜井中。地层蠕变造成套管变形.使井段出现弯曲变形，地层蠕变严重时会导致油井报废。由于套管变形和井斜使油管产生弯曲 在抽油机井生产时.抽油杆的综合拉力F或综合重力（抽油杆的重力和各种阻力的合力）产生了一个水平分力。在水平分力（抽油杆对油管内壁的正压力）的作用下管杆产生摩擦。

图1 井下管杆偏磨示意图

1.2.2低沉没度对管杆偏磨的影响

不同液压下生产的油井，原油进入泵的形态会有所不同。一般认为，低沉没度井井底流压低，液体进泵的能力差，会出现供液不足现象。在供液能力差的低沉没度油井内，由于泵的充满程度差，泵的柱塞与液面之间存在液击现象，从而进一步增大抽油杆柱下行阻力，易发生抽油杆偏磨。

1.2.3抽油泵的工作原理决定了杆、管偏磨的客观必然性

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，所以上冲程时油管、抽油杆相互接触摩擦造成偏磨损伤。此时的这种相互接触摩擦不但增加了抽油机光杆载荷，抽油杆接箍通过油管接箍时还会产生强烈的震荡，随着产生振动载荷的同时又增加了抽油杆上行时对油管的横向压力，这种横向压力不但增加了上行的摩擦阻力，还加剧了管杆的偏磨损伤。

下冲程时：液柱载荷由抽油杆转移到油管上，抽油杆卸载发生弹性收缩产生螺旋弯曲。继续下行时将受到柱塞与泵筒间磨擦阻力及液流通过柱塞产生的阻力和井液对抽油杆产生的浮力。这些阻力比下部杆柱载荷大，因此抽油杆柱下部十分容易出现失稳弯曲，所以下冲程时油管、抽油杆相互接触摩擦所造成的偏磨损伤也是必然的和客观存在的。

3

稠油井防偏磨技术研究

1.2.4配套工艺不完善和不合理的杆柱组合

因抽油机井采油工艺特性决定了油管、抽油杆在工作过程中必然产生变形，管、杆均无法完全处于自由状态，所以偏磨是必然的和客观存在的，如果未采取其他防护措施，变形的抽油杆与油管发生摩擦，偏磨损伤将是严重的。

1.2.5抽汲参数的影响

在生产过程中，抽油杆下行受到井液的阻尼作用和管杆以及柱塞与泵筒的半干摩擦阻力，相当一部分抽油杆滞后于驴头的运动速度，特别是中和点以下的抽油杆几乎全部处于受压状态，容易产生失稳弯曲变形和横弯曲变形，变形的抽油杆与油管发生接触摩擦偏磨损伤，如果生产参数不合理，特别是采取高冲次，将加剧失稳弯曲变形和横弯曲变形偏磨的频率以及偏磨的严重性。

1.2.6偏磨和腐蚀相互作用相互促进

管、杆偏磨使管、杆偏磨表面产生热能。从而使管、杆表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处优先被腐蚀。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.二者结合具有更大的破坏性。

1.2.7管杆干磨

油井间隙出油或不出油时，管杆干磨，管杆接触面的摩擦阻力增加，加剧了管杆偏磨。

1.2.8管杆等材质耐腐蚀性差

管杆材质及表层涂料的强度和耐蚀性不同。管杆耐腐蚀性和寿命不一样。

1.3管杆偏磨腐蚀防治对策

针对以上偏磨腐蚀的特点，根据防治结合的原则，结合现场实际对偏磨腐蚀油井采取以下防治措施。

1.3.1加长尾管和管柱锚定

加长尾管仅能减轻管柱弹性弯曲。管拄锚定来防止或减缓管杆偏磨。管拄锚定又有机械预张力锚定。液压张力锚定，支撑式锚定三种工艺。

4

稠油井防偏磨技术研究

1.3.2抽油杆扶正器

在抽油杆柱的某些部位安装扶正器，将抽油杆柱与油管之间的钢对钢的接触滑动摩擦转化为扶正器与油管之间的接触滑动或滚动摩擦，从而达到了减少或防止管杆偏磨的产生。

1.3.3加加重杆

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、延长抽油杆疲劳断裂周期。加重杆也同样需要扶正防偏磨。

1.3.4抽油杆旋转器

抽油杆旋转器。通过自动旋转油管改变油管与抽油杆的偏磨面，使磨损面均匀分布，从而达到延长油管使用寿命的目的。

1.3.5加缓蚀剂

通过缓蚀剂加入到产出介质中，在金属表面形成一种致密薄膜.使金属本体与腐蚀介质隔离开来，以达到保护金属、防止腐蚀的目的。另外.通过油井缓蚀剂在油管内壁形成的保护油膜，起到润滑作用，达到减少磨损的目的。

1.3.6合理调整生产参数

在保持产液量不变的情况下，由短冲程、高冲次，改成长冲程、低冲次，增加偏磨面积，减少煽磨次数，以达到延长油管和抽油杆使用寿命。

1.3.7优化抽油杆柱组合

增加多级杆组合，使抽油杆柱的中和点下移，减少抽油杆柱弯曲，减少偏磨。

1.3.8应用新技术、新工艺

运用无管采油等技术，其优点是：空心抽油杆不易弯曲、而且与套管间的环形空间远大于普通抽油杆与油管间的环形空间，能有效的避免管杆间的偏磨、在油管与抽油杆间偏磨较严重的井上使用更能显示其优越性。

5

稠油井防偏磨技术研究

1.4管杆断脱原因

1.4.1井斜的影响

由于井斜造成抽油杆偏磨，增加了杆住在运动中的摩擦阻力和杆管的撞击，偏磨处又是应力集中处，易导致杆体断裂。

1.4.2磨蚀因素

腐蚀是抽油杆断脱的主要因素之一。井液对杆体的腐蚀会加速对抽油杆的破坏作用，因为它会在杆体表面形成脆层、蚀点，从而产生应力集中，出现疲劳裂纹，最终导致抽油杆的腐蚀断裂。

1.4.3杆组合设计不当

由于杆柱设计不当，使杆柱实际应力超过其使用极限应力，导致局部杆超载断裂，或在设计中加重杆过少，使下部小规格抽油杆在下行程中承受压应力，变形后产生弯曲应力而断裂。

1.4.4工作参数匹配

泵径越大、冲次越快，抽油杆断越频繁。其主要原因是：泵径增大、杆柱载荷增大；冲次越大，惯性载荷和冲击载荷增大，同时杆柱随交变载荷的频度加大，增加了抽油的疲劳断裂。

1.4.5油井管理因素

由于管理措施不当、清蜡、洗盐、防砂工艺不及时，导致部分出砂、结盐、结蜡严重的油井杆杆柱卡；增加了杆柱在上下往复运动中的摩擦阻力，甚至卡泵引起抽油杆断。

1.4.6储存管理及人为因素

管杆的储存管理，是一个不容忽视的问题。直接影响抽油杆的使用寿命，管杆在搬运和使用过程中的人为操作也是造成其失效的原因之一。

bbs.99jianzhu.com内容：建筑图纸、PDF/word 流程，表格，案例，最新,施工方案、工程书籍、建筑论文、合同表格、标准规范、CAD图纸等内容。