優(yōu)化抽油桿扶正器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、摘要：英臺油田2010年偏磨井?dāng)?shù)已達(dá)到開井?dāng)?shù)的59.1%。鑒于偏磨是制約油井免修期的主要 因素，開展了優(yōu)化抽油桿扶正器設(shè)計(jì)與應(yīng)用這一技術(shù)研究項(xiàng)目，在2010年1月至12月通過 對油井偏磨機(jī)理的深入分析，優(yōu)選扶正器材質(zhì)，合理配置扶正器密度，充分應(yīng)用各類扶正器 分類治理油桿偏磨，降低了作業(yè)井次，節(jié)省了作業(yè)管材，延長了油井免修期。關(guān)鍵詞：抽油桿扶正器設(shè)計(jì)與應(yīng)用免修期1偏磨機(jī)理分析1.1桿偏磨受含水和沉沒度的影響研究表明，含水對桿管偏磨有明顯影響，隨著含水的上升，桿管偏磨呈明顯上升趨勢， 80%以上偏磨井的含水高于85%； 80%以上的偏磨井發(fā)生于沉沒度低于300m的油井，50%以上 的偏磨井發(fā)生于沉

2、沒度低于100m的油井。1.2桿偏磨受井身結(jié)構(gòu)的影響由于鉆井過程中，其質(zhì)量不合格而造成的井筒不直，出現(xiàn)“直井不直”的現(xiàn)象，使油管 和油桿之間產(chǎn)生偏磨。在斜井中，在造斜點(diǎn)以下管桿軸線與重力的方面有一個(gè)斜角，管桿就 會在井筒軸線上垂直的方面有一個(gè)分力。這個(gè)分力會使油桿產(chǎn)生彎曲變形，使管桿產(chǎn)生偏磨。1.3桿偏磨受油管的彎曲變形的影響油管在上沖程時(shí)，由于泵的“活塞效應(yīng)”使油管底部受到一個(gè)向上的虛擬力作用，而使 油管產(chǎn)彎曲變形。此時(shí)抽油桿因受到較大的張力，而保持直線狀態(tài)（即管彎桿直），這時(shí)彎曲 的油管就會與拉直的油桿產(chǎn)生偏磨。1.4受油桿的彎曲變形的影響抽油桿在下行程時(shí)，抽油泵的游動凡爾對流體阻力、柱塞

3、的摩擦阻力、抽油桿在運(yùn)動中 與井液產(chǎn)生的摩擦力以及“氣擊”和“液擊”現(xiàn)象的影響，會給抽油桿下行造成很大的阻力， 致使抽油桿下部發(fā)生彎曲變形。此時(shí)油管處于拉直狀態(tài)（即管直桿彎），使管桿相互磨損。1.5油井供液能力的影響當(dāng)抽油井的供液能力差、沉沒低時(shí)，會造成泵的充滿程度差。這時(shí)柱塞在下沖程時(shí)，會 與液面之間產(chǎn)生液擊載荷，從而增大油桿的彎曲變形，加大油桿的偏磨。1.6桿柱組合的影響油桿的偏磨主要是下沖程時(shí)，下部油桿由于下行阻力造成油桿彎曲。這主要是下行阻力 大于油桿的臨界壓力，使油桿由于失穩(wěn)而產(chǎn)生彎曲變形。桿柱組合級數(shù)越小，應(yīng)力集中的機(jī) 會越少，桿柱級別不同，受壓段長度不同（即中性點(diǎn)長度不同）三級組

4、合時(shí)受壓段最長，桿 柱壓力最大；一級組合時(shí)受壓段最短，桿柱壓力最小。1.7油桿偏磨受抽汲參數(shù)的影響抽油機(jī)的工作制度對抽油桿的偏磨有著重要的影響，沖次越快，桿振動越大，管桿的磨 損速度越快；抽油泵的泵徑越大，抽油桿的下行程式阻力越大，油桿的彎曲變形越大。1.8油桿偏磨受腐蝕與磨損的聯(lián)合作用的影響有研究表明，當(dāng)油井產(chǎn)出液中含有腐蝕性介質(zhì)時(shí)，腐蝕和偏磨相互作用。當(dāng)管桿磨損以 后，加快了腐蝕的速度；而桿管被腐蝕后，其強(qiáng)度降低，磨損的速度也會加快。腐蝕和偏磨 共同作用對管桿的損傷分別是腐蝕和偏磨單獨(dú)作用的6倍和3倍。2英臺油田油桿偏磨主要原因分析2.1井眼軌跡復(fù)雜導(dǎo)致桿管偏磨客觀存在井身剖面設(shè)計(jì)為“直-

5、增-穩(wěn)”，實(shí)際是“直增-穩(wěn)-降”，井眼軌跡不合理，導(dǎo)致偏磨不可 避免。2.2方位角變化頻繁，也是導(dǎo)致偏磨的重要因素2.3含水上升加劇油桿偏磨隨著含水的上升，降低了原油對管桿接觸表面的潤滑性，同時(shí)油桿中性點(diǎn)位置不斷上移， 偏磨段不斷加長。2.4腐蝕結(jié)垢使油桿偏磨雪上加霜腐蝕結(jié)垢降低了管桿表面光滑度，增加了摩擦系數(shù)，導(dǎo)致偏磨加劇。目前腐蝕、結(jié)垢井 達(dá)568 口，占油井開井?dāng)?shù)（722 口）78.7%，隨著腐蝕結(jié)垢井?dāng)?shù)增加，偏磨井?dāng)?shù)在逐年增加， 對油桿防磨提出更高的要求。從全廠油井偏磨的分布區(qū)域來看，抽油桿偏磨在八面臺區(qū)塊、英東薩爾圖、英東高臺子、 152區(qū)塊等各區(qū)普遍存在。3扶正技術(shù)的理論研究依據(jù)3

6、.1聲波測試定量分析油桿偏磨回聲儀反映停抽聲波曲線的平滑特征，與開抽時(shí)呈區(qū)域性劇烈變化的差異，其內(nèi)在原因 是開抽時(shí)桿管彎曲嚴(yán)重，造成桿管局部徑向面積增大并呈不規(guī)則排列，使聲波劇烈反射，揭 示出管桿蠕動與偏磨區(qū)域。對聲波曲線的科學(xué)分析，為防止桿管偏磨，制定有效的技術(shù)措施 提供了依據(jù)。定量計(jì)算桿管偏磨段，例如油井方10-12井聲波測試曲線上表明在360米一850米有劇 烈波動，與該區(qū)域7次桿斷，8次管漏吻合。3.2抽油桿扶正器的負(fù)載分析在傳遞動力過程中，抽油桿扶正器的負(fù)載因抽油桿柱的位置而不同，上部的抽油桿扶正 器負(fù)載大，下部的抽油桿扶正器負(fù)載小。抽油桿扶正器的負(fù)載通常有下列幾種：抽油桿扶正器自身

7、重量；油管內(nèi)柱塞以上液柱重量；井口回壓產(chǎn)生的壓力；柱塞與泵 筒、抽油桿扶正器及其接箍與油管、油管與液柱、抽油桿扶正器與液注之間的摩擦力以及液 體內(nèi)部粘滯力；管柱內(nèi)液體對抽油桿扶正器的浮力；抽油桿扶正器與液柱的慣性力；抽油桿 扶正器的彈性變形引起的振動力;液體與活塞運(yùn)動不一致或泵未充滿等因素引起的沖擊載荷。 上沖程過程中抽油桿扶正器所受力抽油桿扶正器在上沖程時(shí)主要承載負(fù)荷為抽油桿扶正器本 身自重，活塞以上液柱重量，摩擦力，井口回壓產(chǎn)生的壓力，抽油桿扶正器與液柱慣性力。 當(dāng)抽油桿扶正器向上運(yùn)動時(shí)，重力、摩擦力、慣性力、回壓產(chǎn)生的壓力都對抽油桿扶正器產(chǎn) 生向下的拉伸力，只有浮力對抽油桿扶正器柱產(chǎn)生不

8、大的力，中和點(diǎn)靠下，抽油桿扶正器不 容易失穩(wěn)，因此抽油桿扶正器上沖程過程中抽油桿扶正器基本處于拉伸狀態(tài)，正常垂直井不 會有因抽油桿扶正器彎曲產(chǎn)生的偏磨。當(dāng)井身達(dá)到一定井斜時(shí)，這時(shí)處于井斜段的抽油桿扶 正器在上行過程中才會產(chǎn)生摩擦。下沖程過程中抽油桿扶正器所受力抽油桿扶正器在下沖程時(shí)主要承載負(fù)荷為抽油桿扶正器自身重力，摩擦力，抽油桿扶正 器與液柱慣性力，振動力，沖擊力。這些力中慣性力、摩擦力、沖擊力等都作用力都向上， 并且在抽油桿扶正器下部受有最大軸向壓力，這個(gè)軸向壓力使抽油桿扶正器失穩(wěn)彎曲并導(dǎo)致 抽油桿扶正器緊貼在油管內(nèi)壁上，同時(shí)振動力產(chǎn)生的徑向力也加劇抽油桿扶正器的彎曲，在 生產(chǎn)過程中管桿發(fā)

9、生相對運(yùn)動，從而使得管桿發(fā)生偏磨。3.3現(xiàn)場應(yīng)用效果通過對油桿偏磨機(jī)理的進(jìn)行分析，對抽油桿上、下沖程過程中抽油桿扶正器所受力的分 析，利用聲波測試定量分析油桿偏磨段，針對不同偏磨情況，跟據(jù)不同井斜分類，合理配置 扶正器密度，減小、延緩抽油桿柱的摩擦，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，有效的延長了油井免修期。短桿式扶正器：短桿式扶正器應(yīng)用在油桿接箍處，起到扶正接箍，防止接箍直接作用在 油管內(nèi)壁，減少偏磨的作用。優(yōu)點(diǎn)：易于安裝，能夠有效的保護(hù)油桿接箍，減少偏磨。缺點(diǎn)：過多的絲扣連接增多了桿脫的風(fēng)險(xiǎn)；安裝方面增加了工作量；材質(zhì)與油桿不同， 在上下運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生載荷交變點(diǎn)，易發(fā)生金屬疲勞而斷脫。通過前期的試驗(yàn)，證明扶正器材質(zhì)的硬度是決定扶正器使用壽命和保護(hù)油管的關(guān)鍵，經(jīng) 過不斷調(diào)整扶正器材質(zhì)的配比，我們最終確定了合理的材料硬度。目前應(yīng)用300余口井，平 均提高免修期80天，有效地延長了油井免修期。但隨著含水上升和腐蝕結(jié)垢加劇，降低了原油對管桿接觸表面的潤滑性和管桿表面光滑 度，增加了摩擦系數(shù)，導(dǎo)致偏磨進(jìn)一步加劇。部分應(yīng)用二個(gè)扶正器油桿的油井已經(jīng)不能完全 保障油井免修期，因此，開展了扶正器加密試驗(yàn)。4結(jié)論通過本