鄧學(xué)峰，羅 懿，王 薇，符偉兵，王 萍

（中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州450006） ①

斜井中的桿管偏磨預(yù)防工具研制與應(yīng)用

鄧學(xué)峰，羅 懿，王 薇，符偉兵，王 萍

（中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南鄭州450006）①

鎮(zhèn)涇油田屬于低孔、低滲油藏，儲(chǔ)層供液能力差，并且受到地貌的影響，以定向井開(kāi)發(fā)為主。在生產(chǎn)過(guò)程中，由于桿管偏磨造成的抽油桿斷和油管破漏頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了油井的正常生產(chǎn)，也極大地增加了作業(yè)費(fèi)用和材料成本。通過(guò)研制并應(yīng)用抽油桿緩沖補(bǔ)償器和磁力支撐扶正器，使井下的摩擦損耗大幅度降低，延長(zhǎng)油井免修期。

定向井；抽油桿；扶正器；結(jié)構(gòu)

鎮(zhèn)涇油田位于鄂爾多斯盆地南部，儲(chǔ)層平均孔隙度9.6%，平均滲透率0.41×10－3μm，為典型的低孔特低滲儲(chǔ)層。油井的日產(chǎn)液量低，功圖顯示抽油泵普遍存在充不滿現(xiàn)象，井下易產(chǎn)生液擊效應(yīng)。此外，受黃土塬地貌影響，油田以定向井開(kāi)發(fā)為主，斜井中桿管將產(chǎn)生接觸應(yīng)力，導(dǎo)致桿管偏磨。據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)，鎮(zhèn)涇油田抽油桿斷裂和油管破漏的作業(yè)井次占總作業(yè)井次的79%，桿管偏磨是主要原因。通過(guò)對(duì)桿柱受力分析計(jì)算，明確桿柱的受壓縮段和摩擦阻力分布特點(diǎn)，有針對(duì)性地應(yīng)用新型防偏磨工具組合，從而達(dá)到最優(yōu)的防偏磨效果。

1 抽油桿柱受力分析

通過(guò)抽油桿柱的三維力學(xué)模型軟件計(jì)算出桿柱的受壓縮段和桿管間接觸應(yīng)力分布。計(jì)算結(jié)果顯示抽油桿受壓縮段位于泵上500m以內(nèi)；桿管間的接觸應(yīng)力隨井斜角的變化率增加而增加。

應(yīng)用理論計(jì)算數(shù)據(jù)繪制了扶正器安裝間距［1－3］與井斜角變化率的關(guān)系曲線，如圖1。井斜角變化率越大則扶正器安裝間距越小，這與抽油桿柱受力分析結(jié)果一致，也與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的偏磨井段位置一致。因此該圖對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工有積極意義。

圖1 扶正器安裝間距與井斜角變化關(guān)系曲線

2 抽油桿緩沖補(bǔ)償器原理與應(yīng)用

針對(duì)低產(chǎn)油井中的液擊效應(yīng)和抽油桿柱因彈性伸縮、振動(dòng)等造成下部抽油桿柱失穩(wěn)彎曲的問(wèn)題［4－5］，研制了抽油桿緩沖補(bǔ)償器，結(jié)構(gòu)如圖2。上接頭下部與中心桿上部連接，外筒套安裝在中心桿外。外筒上部?jī)?nèi)孔與中心桿上部相配合，外筒下部?jī)?nèi)孔與中心桿下部配合，外筒與中心桿之間可以相對(duì)滑動(dòng)，外筒下部連接下接頭。抽油桿緩沖補(bǔ)償器連接在抽油桿柱的失穩(wěn)部位，在抽油桿失穩(wěn)彎曲前外筒與中心桿之間相對(duì)滑動(dòng)，使抽油桿失穩(wěn)彎曲力得到釋放，提高抽油桿柱的穩(wěn)定性，防止抽油桿與油管之間產(chǎn)生接觸應(yīng)力，從而達(dá)到防治下部抽油桿柱失穩(wěn)彎曲、偏磨、斷脫的目的。

圖2 抽油桿緩沖補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)

計(jì)算表明，鎮(zhèn)涇油田抽油機(jī)井抽油桿柱的中和點(diǎn)分布在泵上300～500m。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，抽油桿緩沖補(bǔ)償器安裝位置為泵上500m，數(shù)量為3臺(tái)，工具間間距為160m，第1臺(tái)抽油桿緩沖補(bǔ)償器安裝位置為泵上160m。

3 磁力支撐扶正器原理

針對(duì)尼龍扶正器［6］在井下的摩擦阻力大、易串動(dòng)失效的問(wèn)題，研制了磁力支撐扶正器［7］。磁力支撐抽油桿扶正器主要由扶正體、梯形磁條、耐磨蝕軸瓦組成，套裝在抽油桿上，與抽油桿形成1對(duì)摩擦副。扶正套上開(kāi)有磁條安裝槽，用于安裝磁條，扶正套套裝在耐磨蝕軸瓦外。耐磨蝕軸瓦外壁對(duì)磁條限位，耐磨蝕軸瓦下部的外螺紋與固定套內(nèi)螺紋連接，磁條的磁力與油管之間產(chǎn)生軸向力和徑向力，使扶正器暫時(shí)固定在油管內(nèi)壁上。在井下，扶正器不會(huì)在粗糙的油管內(nèi)表面上摩擦而磨損，而是使抽油桿與油管之間的摩擦與磨損轉(zhuǎn)換為抽油桿與耐磨蝕軸瓦之間的摩擦與磨損，抽油桿與耐磨蝕軸瓦之間摩擦因數(shù)小，摩擦與磨損輕，使用壽命長(zhǎng)，因此，這種磁力支撐抽油桿扶正器能保證油管、抽油桿不磨損，延長(zhǎng)油井生產(chǎn)周期。

圖3 磁力支撐扶正器結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用效果

研制的2種防偏磨工具于2010－08開(kāi)始使用，目前抽油桿緩沖補(bǔ)償器已在鎮(zhèn)涇油田使用44口油井，磁力支撐扶正器使用13口油井，全部正常生產(chǎn)，最長(zhǎng)檢泵周期已達(dá)1a，比鎮(zhèn)涇油田平均檢泵周期延長(zhǎng)140d。不同防偏磨工具的效果對(duì)比如表1～2。

表1 1054－3井和1054－5井摩阻對(duì)比

由表1看出，這2口油井都使用32mm抽油泵，下泵深度、生產(chǎn)參數(shù)、產(chǎn)液量和最大載荷接近，使用抽油桿緩沖補(bǔ)償器和磁力支撐扶正器的油井下行摩擦阻力比使用尼龍扶正器的油井下行摩擦阻力減小50%，井下系統(tǒng)效率提高19%。由表2知，使用抽油桿緩沖補(bǔ)償器和磁力支撐扶正器的防偏磨工具組合油井比其他油井的下行摩擦阻力平均減小5.39kN，使用效果明顯。

表2 磁力支撐扶正器與尼龍扶正器下行摩阻對(duì)比

5 結(jié)論

1） 井斜角變化率越大處桿管間摩擦阻力越大。

2） 研制了抽油桿緩沖補(bǔ)償器和磁力支撐扶正器，2種新型防偏磨工具組合能有效地減小井下摩擦損耗，提高井下效率，延長(zhǎng)油井免修期，性能可靠。

［1］ 張瑞霞，李增亮，姜 東，等.往復(fù)式有桿泵抽油桿扶正器的布置研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（12）：28－35.

［2］ 周繼德.定向井抽油桿扶正器及其間距的設(shè)計(jì)［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，1993，22（1）：45－48.

［3］ 夏麒彪，劉永輝，周新富.定向井中抽油桿柱的摩擦力計(jì)算和扶正器分布設(shè)計(jì)［J］.鉆采工藝，2004，27（1）：60－63.

［4］ 徐永高，黎曉茸，王喜兵.定向井抽油桿柱應(yīng)力分析及加重桿的應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38（7）：50－52.

［5］ Bell D G.不直的抽油桿的彎曲應(yīng)力［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，1991，20（1）：22－27.

［6］ 何志平.抽油桿扶正器的改進(jìn)與應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（7）：78－81.

［7］ 鄒 群.內(nèi)摩擦副式抽油桿扶正器的研制與應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2005，34（5）：77－79.

Development and Application of Anti－Eccentric Wear Tool in Inclined Well

DENG Xue－feng，LUO Yi，WANG Wei，F(xiàn)U Wei－bing，WANG Ping
（Engineering Technology Research Institute，Huabei Company，SINOPEC，Zhengzhou450006，China）

Zhenjing oilfield，a low porosity and low permeability reservoir，reservoir fluid supply ability is poor and affected by the landform development，mainly in directional well.In the process of oilfield production，quite a proportion of maintenance operations on mechanical production wells are due to rod breakdown or tubing leaking resulted from borehole deviation and eccentrically worn string，it has seriously affected the normal production and greatly increased the operating and material costs.In order to effectively reduce such losses，rod centralizer buffer compensator and a magnetic support of the eccentric wear prevention tools combination has been developed and applied，the downhole friction loss is reduced greatly，the workover－free period is extended，tool designed for the performance indicators to meet the use requirements.

directional well；sucker rod；centralizer；structure

1001－3482（2012）02－0048－03

TE931.203

B

2011－08－30

鄧學(xué)峰（1980－），男，湖南邵陽(yáng)人，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)械采油工作，E－mail：redapple6602＠126.com。