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基础科学

抽油井管杆偏磨的危害分析与防范对策探讨

时间:2018-10-04 12:35作者:admin打印字号:

1  抽油井管杆偏磨损伤机理
  偏磨损伤的成因是抽油杆与油管之间发生相对运动,相对运动在抽油杆与油管接触面产生的接触应力大于油管与抽油杆的表面接触疲劳强度,从而导致接触面的损耗,接触应力越大,油管与抽油杆的损耗越快。损耗的直接结果是导致油管裂缝或抽油杆接箍断或抽油杆脱。治理管杆偏磨损伤的核心是如何减小油管与抽油杆表面的接触应力,减缓管杆磨损的速度。
抽油井管杆偏磨的危害
  目前油田百分之九十以上的油井采用的是有杆机械采油工艺,因为在油田的含水量上升时期,参数比较大,工作时间紧任务重,因此造成了胜利油田有将近一半的油井存在不同程度的管杆偏磨腐蚀现象。随着胜利油田规模的发展,测井、斜井不断的增多,偏磨腐蚀现象也越来越严重,有杆机械采油的过程中,会发生抽油杆和油管的相互接触磨损,从而造成了杆断、杆脱、管漏失的情况发生,油井的免修期缩短,不但严重影响了油井的正常的生产工作,还增大了成本。
  3  影响抽油井管杆偏磨的主要因素分析
  3.1抽油井自身的原因
  抽油井自身的原因,主要指的是油井井身结构影响,在抽油井正常的生产下,抽油杆的拉力和重力之间产生一个平分力,有关和有杆接触产生的摩擦就是在水平分力下进行的。抽油井的弯曲度越大,油管内壁与抽油杆接箍偏磨,油管内壁和抽油管本体也会产生偏磨,油管偏磨的面积比较小,磨损比较严重;当抽油管的弯曲度越小时,油管内壁与抽油杆接箍产生的偏磨的面积很大,但是相应的磨损比较轻。
  3.2 抽油杆在交变载荷作用下产生底部弯曲
  在油井抽油的整个上下冲程时,抽油杆都会出现弯曲的现象,使得杆管之间的距离缩短了,这样却增加了摩擦的系数,在粘度和密度都比较大的稠油井中,不仅摩擦力较大,而起泵下行程阻力也比较大。通常只有在泵径大于50毫米时,并且抽吸速度达到一定的规定时,泵阻力的影响就显得尤为重要了。
  3.3油井的含水量和腐蚀介质的影响
随着我国大型油田开发时间的持续,产出溶液的综合含水上升,由于油包水变成了水包油,管杆的表面也由原来的石油变成了产出水,失去了原油的润滑作用,这样就加快了管杆磨损的速度,此外腐蚀介质的存在,对于管杆表面也会出现粗糙不平的情况,从而降低了管杆的强度,两者相互影响,相互作用,从而对于管杆的偏磨腐蚀性更为严重。
3.4井眼弯曲或套管弯曲变形的影响
由于钻井过程中设备或技术因素或其他原因,使井眼轨迹产生偏斜,井眼轨道产生造斜点,导致油管、抽油杆在井筒中弯曲。抽油杆与油管内壁接触,在上下冲程运移过程中,油杆与油管某一部位发生摩擦,产生管杆偏磨,造成管杆线状损坏。
3.5工作载荷的影响
  抽油杆下冲程时,抽油杆及液柱对悬点位置产生一个向下的拉力。另外,抽油杆柱下行时前半冲程的惯性力、摩擦力均向上,抽油杆在油管内的各种摩擦阻力、随着冲次及液体运动粘度的增加而增大,因此,下冲程中在这些力的联合作用下抽油杆受压而纵向弯曲,导致抽油杆贴在油管内壁上,产生管杆偏磨。
  影响工作载荷的因素有:(1)结蜡的影响。当井下结蜡严重,导致抽油杆蜡卡、上下行阻力变大,使载荷增加。抽油杆下行时与油管间产生严重磨擦,造成杆管的偏磨。(2)含水率的影响。油井含水率高时,悬点载荷加,减少了管杆间的润滑,导致杆与管偏磨加剧。
  3.6生产参数的影响
在油田开发中,应该是在保证产量的前提下,以获得最高泵效为原则,而现实中则是为了提高产量,常常将生产参数(冲程、冲次)调到最大,也就是长冲程、高冲次,而事实上在增加产量的同时也加剧了管杆偏磨。抽油机冲程越长偏磨部位也就越大;冲次越高,相同工作时间内偏磨的频率就越高。由此,加剧了抽油杆管的磨损,缩短了寿命。实际生产中由于各种原因抽油杆往往滞后于驴头的运动速度,使抽油杆处于受压状态,容易产生弯曲变形,变形的抽油杆与油管接触摩擦造成偏磨损伤。
3.7井液中腐蚀介质的影响
抽油杆、管在油液介质中工作,受到各种成分的作用,也会导致腐蚀偏磨。在油田开发后期,原油含水率较高,这样就会使抽油机悬点载荷增大,杆管间的润滑作用大为减少,杆管磨损加剧。而磨损产生新的创面,由于井筒内含有硫化氢及其它腐蚀介质,使磨损部位进一步腐蚀,而降低了管杆的强度,这样不断反复,导致了油管和抽油杆过早损坏。
  4  抽油井管杆偏磨技术应用对策探讨
  在油田抽油井管杆偏磨现象纠正时,主要是基于尽可能多的减少管杆之间的正压力和管杆之间的摩擦系数,和管杆之间的摩擦距离。以下就对管杆偏磨技术和应用进行简要的研究。
  4.1减少抽油杆的弯曲
  在油田抽油的过程中,采用大直径的抽油泵进行抽油,或是抽稠油时,抽油泵柱塞在下冲程的过程中会受到一定的阻力,并且泵径和原油粘度的增加都会使阻力增加,从而造成了抽油杆柱下部出现纵向的弯曲,使抽油杆承受额外的力,而出现断裂。为了有效的解决使用大直径泵抽油,减小抽油杆柱的下部发生纵向弯曲,减少抽油杆的断裂事故等,在抽油杆的柱的下部采用加重杆的技术,使用加重干技术,采用较大直径的抽油杆,可以增加底部抽油杆的抗弯性,从而减少弯曲造成的偏磨现象。
  4.2 锚定油管
  油管锚的主要作用就是把油管锚定在套管上,已达到防止有关上下传功的目的,锚定油管应用在有杆机械泵抽油上,可以减少油管由于不合理的伸缩造成冲程的损失,提高泵的有效的冲程。
  4.3油田抽油杆扶正短节防磨技术
连接抽油杆上的扶正短节通常是利用扶正套的外径比抽油杆接箍外径大,起到扶正的作用,利用扶正套是高强度耐磨材料,与油管接触使扶正体磨损,减少油管的磨损,以此达到防偏磨的作用。从而延长抽油杆的使用寿命。
4.4  减缓管杆磨损速度,延长检泵周期
  主要是降低作用在偏磨接触面上的载荷。造成偏磨的摩擦力的大小与冲次的平方成正比,降低冲次可以降低作用在油管、抽油杆接触面上的载荷,减小接触应力,减缓磨损速度。现场应用:旋卡扶正器+普通抗磨副。加强新技术研究应用,引进弹力支撑定位扶正装置、弹力支撑抗磨副技术开展现场实验,并取得了显著效果。
4.5光杆双翼调偏防喷盒的使用
油井井口的主要装置中的大四通平面有的是不水平的,引起三通放喷盒与光杯不居中,不具有调中起作用,但是每口抽油井比用的光杆密封器,具有管杆密闭的作用,因此推广应用双翼调偏放喷盒,具有光杆调中的作用,在某种程度上对管杆偏磨起到了延缓的作用。
4.6  加强现场监督质量,对施工进度、工序、井下工具的使用与更换情况进行全面监督,以保证施工程序符合设计要求,确保油井能正常生产。
4.7  几项改进建议
(1)抽油杆节箍尺寸较大,它与油管接触磨损的程度及频率远大于杆本体,因此建议:①在保证抗拉强度的条件下,减小抽油杆节古的直径;②抽油杆节古表面镀一层光滑的防腐抗磨表面层。(2)开展防偏磨油管及防偏磨油管接箍的研制工作。在上下冲程的移动过程中部分节古及扶正器必须通过油管接箍,而油管接箍内存在过渡台阶,这种过渡台阶相对油管本体来说,对抽油杆尼龙扶正器不是磨损而类似于切削,是造成节古及扶正器短期失效和有效期短的重要原因。建议:①研制开发内平齐油管接箍;②内壁硬化处理,提高抗磨损能力。
  5  结束语
本文首先对抽油井管杆偏磨情况进行了概述,其次分析了影响油田抽油井管杆偏磨的主要因素,并且着重对油井自身的原因、抽油杆在交变载荷作用下产生底部弯曲和油井的含水量和腐蚀介质的影响等因素进行了分析,最后,提出了当前抽油井管杆偏磨技术对策和应用情况,通过配套措施,改进过程管理,为以后抽油杆的维修和维护工作,提供有效的保障。
 
 
  参考文献
  [1]沈晟,刘志明.井下作业工具[M].北京:北京石油工业出版社出版,1998.
  [2]李世杰,朱清华,张军.浅析抽油井管杆防偏磨[J].硅谷,2011(2).
  [3]程淑红,段永华.油井管杆偏磨现状以及防偏磨技术的探讨[J].胜利石油,2008(13).
 

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