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        影響抽油井管桿偏磨的原因分析及治理措施

        2019-07-05 18:43:32牛金子
        智富時代 2019年5期

        牛金子

        【摘 要】抽油井管桿偏磨是油田開發(fā)普遍存在的問題,對于進入中后期開采階段的油田,由于采用了注水等增產(chǎn)措施,偏磨井?dāng)?shù)量逐年增加,本文借助抽油桿受力狀況分析,提出了綜合防治措施及方法;通過對桿管的有效扶正,防偏磨抽油泵新工藝應(yīng)用,并取得了治理偏磨良好的效果。

        【關(guān)鍵詞】抽油井;彎曲;偏磨;桿柱組合;特殊泵

        管桿偏磨是大部分油田普遍存在的問題,特別是采用了注水等增產(chǎn)措施后,偏磨情況更是日趨嚴(yán)重,根據(jù)抽油機井管桿偏磨的一手資料,借助抽油桿受力分析結(jié)果,全面地分析抽油機井出現(xiàn)管桿偏磨的機理,提出切實可行的防治措施;對于減緩井下設(shè)備損壞,降低了檢泵工作量和管桿更換成本,提高開發(fā)效益意義重大。

        1.抽油機井管桿偏磨規(guī)律

        通過對采油管理一區(qū)22口管桿偏磨井情況調(diào)查分析,可得出以下規(guī)律:

        (1)從含水狀況的分布上看,主要集中在高含水區(qū)。統(tǒng)計22口偏磨井含水情況,發(fā)現(xiàn)隨著含水的增加,偏磨井?dāng)?shù)增加,偏磨井占同含水級別井的比例也隨之增加。其中含水大于95%的偏磨井最多,占偏磨井總數(shù)的72.7%。

        (2)從沉沒度的分布情況來看,主要集中在低沉沒度井上。統(tǒng)計19口液面不在井口偏磨井沉沒度資料,沉沒度在200米以內(nèi)的井有11口,占統(tǒng)計井?dāng)?shù)的57.9%。

        (3)從偏磨位置的分布情況來看,主要集中在泵上500米以內(nèi)。根據(jù)22口抽油桿偏磨斷脫井現(xiàn)場檢查情況統(tǒng)計,偏磨嚴(yán)重的部位主要集中在泵300米以內(nèi),統(tǒng)計這類井共17口,占統(tǒng)計井?dāng)?shù)的77.2%。

        2.抽油桿在下行行程中的受力分析

        抽油桿在下行行程時的懸點載荷為正值,這意味抽油桿在懸點位置受拉,即產(chǎn)生一個向下的拉力。另外,抽油桿柱向下加速運行時的慣性力、摩擦力均向上,加上下行程時抽油泵游動閥的流體阻力及柱塞副的摩擦力聯(lián)合作用形成泵端阻力,這個泵端阻力的方向也是向上的。

        阻力隨著活塞直徑、抽油桿在油管內(nèi)的各種摩擦阻力、抽油泵沖次以及液體運動粘度的增加而增大,也隨著活塞與襯套間隙減小而增大。在兩個方向的力的平衡點上形成中性點,因此,下行行程中這些力的聯(lián)合作用使在中性點以上的抽油桿呈拉伸狀態(tài),中性點以下的抽油桿受壓而彎曲,而且在抽油桿下部受有最大軸向壓力,這個軸向力使抽油桿失穩(wěn)而彎曲并導(dǎo)致抽油桿緊貼在油管內(nèi)壁上,通過運行產(chǎn)生偏磨。

        3.影響管桿偏磨的原因分析

        經(jīng)過分析,造成管桿偏磨的原因主要有以下幾個方面:

        3.1井深結(jié)構(gòu)的影響造成生產(chǎn)管柱彎曲,導(dǎo)致管桿偏磨

        因斷層部位三向地應(yīng)力集中,注入水易使斷層兩側(cè)憋壓,造成斷層兩側(cè)孔隙壓力失去平衡,加劇應(yīng)力集中,另一方面由于平面上地層壓力不均衡造成高壓區(qū)和低壓區(qū),這些都會使原來較直的井眼軌跡發(fā)生變彎而彎曲。因此發(fā)生管桿偏磨的原因之一是由于井身結(jié)構(gòu)的變化影響造成生產(chǎn)管柱彎曲,引起管桿偏磨。

        3.2綜合含水和腐蝕介質(zhì)的影響

        當(dāng)油井產(chǎn)出液的含水大于75%左右時,產(chǎn)出液換相,由油包水型換成水包油型,管桿表面的潤滑劑由原油變?yōu)楫a(chǎn)出水,失去了原油的潤滑作用,使管桿偏磨加重加快。另外,腐蝕介質(zhì)的存在,使管桿表面變的疏松和粗糙不平,降低了管桿的表面殘余應(yīng)力和強度,二者相互影響,更加劇了管桿的偏磨。

        3.3低沉沒度對管桿偏磨的影響

        不同液壓下生產(chǎn)的井,原油進入泵的形態(tài)會有所不同。一般認(rèn)為,低沉沒度井井底流壓低,液體進泵的能力差,會出現(xiàn)供液不足現(xiàn)象。在供液能力差的低沉沒度油井內(nèi),抽油機上沖程時井液體不能充滿泵筒,游動凡爾下面留有氣穴,這樣在下行程過程中,泵筒內(nèi)的液面對抽油桿柱會產(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象,使得抽油桿出現(xiàn)較大瞬時沖擊力,該沖擊力長期作用于桿柱使桿柱長期產(chǎn)生彎曲變形,從而發(fā)生偏磨現(xiàn)象,

        3.4上沖程中油管的彎曲,造成管桿偏磨

        (1)在沒有內(nèi)外壓作用時,軸向壓力是管柱產(chǎn)生彎曲的關(guān)鍵因素。(2)當(dāng)管柱內(nèi)外有液壓時,特別是當(dāng)內(nèi)外壓差較大時,管柱的彎曲行為就會發(fā)生更明顯的改變。

        4.防止桿管偏磨的工藝措施

        4.1桿柱的有效扶正

        桿管偏磨,采用桿柱的有效扶正,目前仍然是最有效的措施之一,目前使用的扶正器主要有,各類尼龍式扶正器和金屬滾輪式扶正器,從使用的情況看,一般采用扶正器全井扶正,原則上每根抽油桿加裝1個扶正器,無論是卡裝式還是注塑式或其它形式的扶正器,扶正方向必須一致。

        4.2抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置

        在有桿泵抽油系統(tǒng)中,不論是直井還是斜井,抽油桿和油管都是在接觸中相對運動,因此,抽油桿與油管之間存在著不可避免的磨損,在現(xiàn)有技術(shù)情況下采用抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置,使油井在生產(chǎn)過程抽油機下始點時抽油桿旋轉(zhuǎn),讓抽油桿整個圓周都參加磨損,避免抽油桿磨損,從而成倍延長抽油桿的磨損時間。

        4.3管柱方面

        油管錨定。在上沖程中,下部油管柱在內(nèi)壓及軸壓的作用下,有可能發(fā)生正弦彎曲或螺旋失穩(wěn)彎曲。這種情況一般表現(xiàn)為全井偏磨,對其進行油管錨定取得了很好的效果。

        加裝油管旋轉(zhuǎn)裝置。對于難以解決的桿管偏磨問題,我們使用了旋轉(zhuǎn)井口,將桿管之間的線磨擦通過油管的旋轉(zhuǎn)變?yōu)槊婺ゲ粒層凸苋轿荒ゲ?,以延長油管壽命。

        采用新型防偏磨抽油泵。(1)大流道抽稠油整筒防偏磨泵。改進整筒泵流道,增加過流面積。以球座孔面積為依據(jù),對游動凡爾罩結(jié)構(gòu)進行改進:一是將原柱塞下端的倒壇式閉式四孔閥罩改為四斜槽形三圓弧結(jié)構(gòu),增大過流面積;二是對于稠油井,將柱塞與泵筒的間隙由二級間隙放大到三級間隙。(2)柱塞底部加重式防偏磨抽油泵。主要采用加抽油桿扶正器;使用桿管轉(zhuǎn)動裝置;泵上部分桿柱調(diào)整為加重桿。使用結(jié)果表明,效果比較顯著。(3)CYB雙沖程平衡防偏磨增效抽油泵。單柱塞雙行程平衡防偏磨增效抽油泵是一種新型的增效抽油泵,該泵生產(chǎn)運行過程中,上下沖程均能進排油一次,有效的提高了抽油泵的泵效,同時上下沖程出油,使下行負(fù)荷減小,減少抽油桿彎曲,有效的減少油井偏磨。(4)旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵。旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵具有防砂卡、防柱塞偏磨、延長泵的壽命、提高泵效等特點。此泵從根本上解決了柱塞偏磨、砂卡等問題具有壽命長、泵效高等特點。

        4.4應(yīng)用新技術(shù)、新工藝

        運用無管采油等技術(shù),無管采油裝置最大的優(yōu)點是:空心抽油桿不易彎曲,而且與國套管間的環(huán)形空間遠(yuǎn)大于普通抽油桿與油管間的環(huán)形空間,因此該裝置能有效的避免管桿間的偏磨,在油管與抽油桿間偏磨較嚴(yán)重的井上使用更能顯示其優(yōu)越性?!捌ジ薄背橛蜅U扶正器,安裝在抽油桿上,當(dāng)抽油桿上下運動時,“偏磨副”靜止不動,既起到扶正作用,又避免了抽油桿與油管間的磨損。

        5.結(jié)論

        (1)通過上述分析,認(rèn)識到導(dǎo)致管桿偏磨的因素很多,因此說抽油機井管桿偏磨的產(chǎn)生是一個綜合因素作用的結(jié)果

        (2)由于目前抽油機井管桿偏磨機理還沒有完全解釋清楚,故在理論上還沒有確切的方法來預(yù)防管桿偏磨,我們所采取的各項措施將會起到非常有效的防偏磨的作用,從而,通過不斷努力,最終能夠達到徹底消除偏磨的目的。

        (3)桿管的使用周期成倍延長,大大減少了管理的成本費用。

        【參考文獻】

        [1]李子豐,油氣井桿管柱力學(xué).1996

        [2]趙子剛,陳會軍,抽油桿管偏磨機理與防治 [期刊論文] -大慶石油地質(zhì)與開發(fā)2000(03)

        [3]李建國,機采井管桿磨損機理研究與對策[D];中國石油大學(xué);2007年

        [4]姜學(xué)明,李泉美.失穩(wěn)共振對管桿偏磨斷脫的影響及防治對策[J].鉆采工藝,2002

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