劉宇飛 張昊 王亞輝 許晶晶 李曉芳

1.中國(guó)石油冀東油田公司鉆采工藝研究院；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司采油五廠

關(guān)于抽油泵井的桿管偏磨問題，很多技術(shù)人員已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究。陳振江、白建梅等分別對(duì)桿管偏磨的機(jī)理和治理措施進(jìn)行了研究［1-2］，萬(wàn)朝暉等研究了抽油泵井的桿管受力情況［3］，苗長(zhǎng)山、付亞榮等分別建立了桿管受力力學(xué)模型［4-5］，孟祥海、黃忠橋、梁躍東等研究了不同的防偏磨配套工藝與工具［6-8］，吳延強(qiáng)、趙廷峰等用軟件預(yù)測(cè)了抽油桿的磨損壽命［9-10］，劉慶娥等對(duì)各種防偏磨工具和工藝進(jìn)行了效果對(duì)比和適應(yīng)性研究［11］。學(xué)者們的研究成果對(duì)于指導(dǎo)油田桿柱設(shè)計(jì)、解決桿管偏磨問題具有積極意義，偏磨井檢泵周期明顯延長(zhǎng)。

冀東油田油藏埋藏深，大部分油井井斜角較大，井眼軌跡比較復(fù)雜，造成抽油泵井普遍存在桿管偏磨現(xiàn)象。自2003年以來(lái)冀東油田參考已有的防偏磨技術(shù)先后引進(jìn)了多種防偏磨工具，引進(jìn)的防偏磨工具可分為4類：抽油桿扶正器類，將抽油桿與油管分隔開，讓扶正器與油管摩擦，如雙圓弧抽油桿扶正器、三圓弧抽油桿扶正器、多功能扶正器、斜井桿等；接箍類，通過(guò)噴焊或包覆耐磨材料增加了接箍的耐磨性能，如包覆接箍、雙向保護(hù)接箍等；油管防偏磨類，如內(nèi)襯油管，用內(nèi)襯管隔開油管管柱與桿柱；旋轉(zhuǎn)防偏磨類，通過(guò)旋轉(zhuǎn)油管或抽油桿而讓油管或抽油桿柱均勻磨損，如井口油管旋轉(zhuǎn)器等。

目前冀東油田防偏磨工具以抽油桿扶正器類、接箍類、內(nèi)襯油管為主，井口油管旋轉(zhuǎn)器由于存在較多的問題正逐步淘汰。抽油桿扶正器類防偏磨工具雖然可降低桿管的偏磨，但是由于其外徑大，限制了抽油桿的運(yùn)動(dòng)軌跡，增加了抽油桿上提和下放的阻力，造成抽油機(jī)負(fù)荷過(guò)大、效率低。接箍類防偏磨工具主要是避免接箍磨壞，對(duì)抽油桿與油管的保護(hù)作用不大，需要配合抽油桿扶正類防偏磨工具使用。內(nèi)襯油管成本較高，僅在部分高產(chǎn)油井使用。

雖然應(yīng)用的防偏磨工具對(duì)于防止桿管偏磨具有一定的效果，但是冀東油田的偏磨問題仍然很嚴(yán)重，通過(guò)統(tǒng)計(jì)與分析2015年冀東油田檢泵情況發(fā)現(xiàn)，因抽油桿斷脫或油管磨漏導(dǎo)致的檢泵井次占總檢泵次數(shù)的49%，偏磨是造成檢泵的主要原因之一，偏磨問題仍然嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)，急需對(duì)防偏磨技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步科研攻關(guān)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)起出的多功能扶正器等工具普遍存在尼龍扶正塊被擠壞和磨壞的情況，認(rèn)識(shí)到桿、管偏磨和抽油桿所受的正壓力、摩擦力過(guò)大有關(guān)，為此研制了一種在常規(guī)抽油桿桿柱中加入柔性減磨器的柔性抽油桿桿柱，通過(guò)建立桿柱受力模型得出柔性抽油桿桿柱可顯著減小桿柱受到的正壓力和摩擦力。并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，柔性抽油桿桿柱減磨效果良好，也證明了柔性防偏磨理論的正確性。

1 抽油桿柔性減磨器

1.1 抽油桿柔性減磨器工作原理

抽油桿柔性減磨器轉(zhuǎn)動(dòng)桿的球形端部可在上接頭的內(nèi)球面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)球面限位套上的喇叭口可限制轉(zhuǎn)動(dòng)桿在360°方向上做最大夾角10°的擺動(dòng)，當(dāng)把抽油桿柔性減磨器連接到抽油桿桿柱中時(shí)，它將原來(lái)抽油桿桿柱的剛性連接轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝赃B接，使抽油桿桿柱的軸線可順應(yīng)井眼軌跡而改變，減小了因桿管蹩勁造成的桿柱彈性形變，減小了斜井段的抽油桿桿柱對(duì)油管的正壓力（等于抽油桿桿柱受到的支持力），因此減小了抽油桿桿柱所受到的摩擦力，減輕了抽油桿柱與油管之間的偏磨。

抽油桿柔性減磨器由上接頭、緊定螺釘、球面限位套、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、螺母及下接頭組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 抽油桿柔性減磨器結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of fiexible anti-attrition unit used for sucker rod

1.2 柔性抽油桿柱減磨的力學(xué)原理

取斜井中造斜井段對(duì)應(yīng)的一段抽油桿柱為研究對(duì)象，以桿柱上提過(guò)程為例，常規(guī)抽油桿受力模型如圖2所示。

圖2 常規(guī)抽油桿桿柱受力模型Fig. 2 Mechanics model of conventional sucker rod string

圖2中，F(xiàn)為本段抽油桿柱所受拉力，N；G為本段抽油桿柱自身重力，N；FF為本段抽油桿柱所受浮力，N；FZ為本段抽油桿柱所受到的下方桿柱和泵產(chǎn)生的下拉載荷，N；FfA為抽油桿柱在A點(diǎn)受到的摩擦力，N；FfB為抽油桿柱在B點(diǎn)受到的摩擦力，N；FfC為抽油桿柱在C點(diǎn)受到的摩擦力，N；FNA為抽油桿柱在A點(diǎn)受到的支持力，N；FNB為抽油桿柱在B點(diǎn)受到的支持力，N；FNC為抽油桿柱在C 點(diǎn)受到的支持力，N；αA、αB、αC分別為摩擦力FfA、FfB、FfC與地面垂線之間的夾角，°。

常規(guī)抽油桿柱段向上運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直方向上受到的合力∑F1為

式中，m為本段抽油桿質(zhì)量，kg；a為桿柱上行時(shí)垂直方向上的加速度，m/s2；g為重力加速度，m/s2。

近年來(lái)，各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展快速，SNS已經(jīng)成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)信息設(shè)施。各種新式功能層出不窮，高速發(fā)展的背后是日常使用中隱藏的危險(xiǎn)漏洞，而更不容易發(fā)現(xiàn)的，是因?yàn)殡[私悖論導(dǎo)致的信息泄露。本文重點(diǎn)分析了在SNS中基于共享性原則產(chǎn)生的隱私悖論，以及如何利用該問題發(fā)現(xiàn)社會(huì)工程學(xué)的可攻擊點(diǎn)和具體利用方法。本文希望可以通過(guò)使用自動(dòng)化工具snsmap，為研究此類問題以及進(jìn)行抗社會(huì)工程學(xué)攻擊測(cè)試提供便利，從而推動(dòng)對(duì)隱私悖論的不斷研究，保護(hù)個(gè)人隱私與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的健康發(fā)展。

將摩擦力計(jì)算公式Ff=μFN代入式（1）為

式中，μ為動(dòng)摩擦因數(shù)。

常規(guī)抽油桿桿柱段受到的總摩擦力∑F2為

如果把常規(guī)抽油桿桿柱改成柔性抽油桿桿柱，則受力模型如圖3所示。

圖3 柔性抽油桿桿柱受力模型Fig. 3 Mechanics model of fiexible sucker rod string

圖3中，F(xiàn)fA'為抽油桿桿柱在A'點(diǎn)受到的摩擦力，N；FNA'為抽油桿桿柱在A'點(diǎn)受到的支持力，N；α1、αA'、α2分別為F、FfA'、FZ與地面垂線之間的夾角，°。

向上運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直方向上的合力∑F3為

設(shè)定柔性抽油桿桿柱段受到的總摩擦力為∑F4，將摩擦力計(jì)算公式FfA'=μFNA'代入式（4）得

由于在實(shí)際井眼軌跡條件下，αA、αB、αC均在0°～90°之間，其正弦值和余弦值均不小于0；而動(dòng)摩擦因數(shù)μ一般在 0.1～0.2 之間，因此 sinαA/μ+cosαA≥sinαA+cosαA=(1+2 sinαAcosαA)-2≥1；因cosαB≤1，故sinαB/μ-cosαB+sinαA/μ+ cosαA≥0；因cosαC≤1，故sinαC/μ-cosαC+sinαA/μ+cosαA≥0；因此，∑F2-∑F4≥0。

由以上分析得出：在任何油井中，如抽油桿桿柱發(fā)生彎曲變形（即符合圖2的力學(xué)模型），則在該抽油桿桿柱中加入抽油桿柔性減磨器可減小桿柱受到的摩擦力，由式（6）得知，井斜角越大，∑F4與∑F2差值越大，則柔性抽油桿桿柱相比常規(guī)抽油桿桿柱上行時(shí)所受到的摩擦力越小，減磨效果越好；由于油井井眼軌跡一般為復(fù)雜立體曲線，油井中抽油桿桿柱彎曲變形普遍存在（即普遍符合圖2的力學(xué)模型），因此對(duì)于油井采用抽油桿柔性減磨器來(lái)減小桿柱受到的摩擦力、減輕偏磨具有普遍積極意義。

1.3 性能特點(diǎn)

抽油桿柔性減磨器能夠使其下部的桿柱相對(duì)于上部的桿柱作一定角度的擺動(dòng)，即可在360°方向上作0°～10°的自由擺動(dòng)，因此能在狗腿度較大井段自動(dòng)調(diào)整抽油桿柔性減磨器下方桿柱角度，避免抽油桿桿柱與油管管柱發(fā)生蹩勁現(xiàn)象。該工具主要用于抽油泵以上井斜角和狗腿度較大井段。適用抽油桿桿柱負(fù)荷小于220 kN（?22 mm抽油桿小于280 kN）的油井。該工具可多個(gè)分散串接于抽油桿桿柱中使用，以確保抽油桿桿柱與油管管柱軸線保持一致。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 抽油桿柔性減磨器主要參數(shù)Table 1 Main parameters of fiexible sucker rod anti-attrition unit

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2016年5月，抽油桿柔性減磨器在LN6-2油井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

（1）基礎(chǔ)情況。LN6-2井為冀東油田陸上作業(yè)區(qū)柳贊南區(qū)一口油井，垂深2093 m，從644 m開始造斜，最大井斜37.15°，最大井斜深度1548 m，下泵深度1700 m。該井原先采用斜井桿、多功能扶正器、MC防蝕接箍組合防偏磨，2016年5月因管漏停產(chǎn)，為恢復(fù)該井產(chǎn)量，經(jīng)研究決定檢泵。2016年5月23日檢泵發(fā)現(xiàn)泵至泵上50根抽油桿本體出現(xiàn)偏磨，對(duì)應(yīng)油管偏磨嚴(yán)重，如圖4、5所示，從上往下第15根油管磨漏。

圖4 LN6-2起出的偏磨的抽油桿Fig. 4 Eccentricallу worn sucker rod pulled out of Well LNG-2

圖5 LN6-2起出的偏磨的油管Fig. 5 Eccentricallу worn tubing pulled out of Well LNG-2

（2）抽油桿柔性減磨器位置設(shè)計(jì)。如圖6、7所示，應(yīng)用管柱力學(xué)軟件對(duì)井眼軌跡和桿柱側(cè)向力進(jìn)行分析，分別在井眼狗腿拐點(diǎn)位置640 m、670 m、790 m、880 m、990 m處下入抽油桿柔性減磨器，共計(jì)5套，見表2。

圖6 LN6-2井眼軌跡Fig. 6 Hole trajectorу of Well LNG-2

圖7 LN6-2井桿柱側(cè)向力分析結(jié)果Fig. 7 Analуsis result of the lateral force applied on the string in Well LNG-2

表2 抽油桿柔性減磨器在桿柱上的安裝位置Table 2 Installation position of fiexible sucker rod anti-attrition unit on the sucker rod string

管柱結(jié)構(gòu)為絲堵+?73 mm平式油管×20 m+多級(jí)旋啟式油氣砂分離器+?73 mm平式油管×30 m+?38 mm整筒式抽油泵（斜井改裝）+?73 mm平式油管×40 m+泄油器+?73 mm平式油管×610 m+?73 mm加厚油管×1050 m至井口。桿柱結(jié)構(gòu)為泵柱塞+?19 mm H級(jí)抽油桿×600 m+?19 mm H級(jí)斜井抽油桿×300 m+?22 mm H級(jí)斜井桿×150 m+?22 mm H級(jí)抽油桿×650 m（帶入5套抽油桿柔性減磨器）。其中泵型、泵徑、下泵深度與檢泵前完全相同。

（3）LN6-2井試驗(yàn)效果。該井應(yīng)用抽油桿柔性減磨器后，2016年5月底重新開始生產(chǎn)，對(duì)應(yīng)用該工具前后6個(gè)月左右的抽油機(jī)示功圖進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用后最小負(fù)荷、最大負(fù)荷均有所增加。應(yīng)用前近6個(gè)月的抽油機(jī)示功圖圖形形狀基本相似，其代表性圖形如圖8所示。應(yīng)用后6個(gè)月的抽油機(jī)示功圖圖形也基本相似，其代表性圖形如圖9所示。

圖8 LN6-2應(yīng)用前抽油機(jī)示功圖Fig. 8 Indicator diagram of pumping unit before the application of fiexible sucker rod anti-attrition unit in Well LNG-2

圖9 LN6-2應(yīng)用后抽油機(jī)示功圖Fig. 9 Indicator diagram of pumping unit after the application of fiexible sucker rod anti-attrition unit in Well LNG-2

該井應(yīng)用抽油桿柔性減磨器前后所下的抽油泵均為?38 mm斜井泵，下深均為1700 m，沖程均為4.4 m，沖次均為2.5次/min。由于檢泵時(shí)采用了8 m3稀鹽酸進(jìn)行了酸洗，下入抽油桿柔性減磨器后該井液量有較大的增加，因此示功圖顯示最大負(fù)荷有所增加。而使用抽油桿柔性減磨器后最小負(fù)荷普遍增加則能說(shuō)明下行時(shí)桿柱所受到的阻力減小，如圖10所示。該井應(yīng)用抽油桿柔性減磨器后，最小載荷增加4 kN左右，因其他條件基本不變，說(shuō)明桿柱下行阻力減小了4 kN左右，可推斷出桿柱下行摩擦阻力減小，桿、管之間更不容易發(fā)生偏磨損壞。

圖10 LN6-2抽油桿柔性減磨器應(yīng)用前后示功圖最小負(fù)荷Fig. 10 The minimum loads in the indicator diagram before and after the application of fiexible sucker rod anti-attrition unit in Well LNG-2

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明桿、管偏磨情況明顯好轉(zhuǎn)。LN6-2井于2017年3月底因需進(jìn)行找水作業(yè)，起出了原井防偏磨桿、管柱，經(jīng)過(guò)了299 d現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該井所有的抽油桿均未發(fā)生偏磨，抽油桿柔性減磨器工具完好（如圖11所示），配套的油管管柱中僅有一根油管的公扣端內(nèi)孔處有輕微磨損（如圖12所示）。

圖11 LN6-2井起出的抽油桿與防偏磨工具Fig. 11 Sucker rod and anti-eccentric wear tool pulled out of Well LNG-2

圖12 LN6-2井起出的防偏磨桿柱配套的油管Fig. 12 Tubing matched with the anti-eccentric wear sucker rod string out of Well LNG-2

目前該技術(shù)已在冀東油田應(yīng)用了9口油井，其中M17-15井應(yīng)用了7套抽油桿柔性減磨器，正常生產(chǎn)307 d，2017年5月29日封層補(bǔ)孔作業(yè)時(shí)起出桿柱和管柱，未發(fā)現(xiàn)桿管偏磨或多功能扶正器的尼龍扶正塊被擠壞、脫落現(xiàn)象，效果遠(yuǎn)好于該井上一生產(chǎn)周期和周邊條件相似油井。其他7口油井目前均在正常生產(chǎn)。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）把以“減磨”為核心技術(shù)的抽油桿柔性減磨器與斜井桿、多功能扶正器、同曲率扶正器、噴涂接箍、包覆接箍、內(nèi)襯油管等以“耐磨”和“隔磨”技術(shù)為核心的防偏磨工具配套使用可降低抽油桿桿柱和油管管柱間的摩擦力，防偏磨效果更好，可以更好地解決目前油田面臨的桿、管偏磨問題，延長(zhǎng)偏磨油井的檢泵周期。

（2）產(chǎn)生偏磨的直井和斜井均可以使用抽油桿柔性減磨器來(lái)減輕偏磨，并且油井井段的井斜角和狗腿度越大，減輕偏磨的效果越好。

（3）可通過(guò)RODSTAR等軟件計(jì)算桿柱所受到的側(cè)向力，選擇井筒內(nèi)側(cè)向力較大或狗腿度較大的位置下入抽油桿柔性減磨器，具有較好的減磨效果。一般每口井下入2個(gè)或2個(gè)以上（目前冀東油田最多下入7個(gè)）便可獲得較好的減磨效果。

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