油井管杆偏磨现状及防偏磨技术探讨

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2008年第13期　

油井管杆偏磨现状及防偏磨技术探讨

程树红,段永华

(中石化胜利油田鲁明集团济北技术部　251404)

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　　摘　要:济北公司抽油井主要采油方式为有杆泵采油工艺,其中27%的井存在不同程度的管杆偏磨现象,对曲堤油田的原油生产和经济效益造成很大影响,本文通过抽油杆管偏磨机理分析,采用抽油杆扶正器、抗磨副、抽油杆旋转器等工艺治理偏磨,对目前各种管杆偏磨工艺进行论述比较。

关键词:抽油杆;管杆偏磨;治理

1　基本概况

曲堤油田处于山东省济阳县唐庙乡境内。构造位于济阳坳陷惠民凹陷临南斜坡的曲堤鼻状构造上,北临临南洼陷,南接济阳地堑,南高北低,总面积约200km2,整个鼻状构造北界是夏口断层,南界是曲堤断层,东是白桥断层,西是夏南缓坡带。主要含油层段为沙四段、沙三上亚段和馆陶组。

曲堤油田自1995年投入开发,截止2008年3月15日共有油井273口,开井228口,关井45口。其中抽油机井224口,电潜泵井1口,螺杆泵井1口,自喷生产2口,抽油机井占油井举升方式的绝大多数。由于井斜,参数等多方面原因,60口抽油机存在不同程度的管、杆偏磨现象,占抽油机井开井数的27%。在有杆机械采油过程中,必然会发生抽油杆与油管的相互接触磨损,造成杆断、杆脱、管漏等事故,缩短油井免修期,影响油井正常生产。2　抽油井管杆偏磨现状、危害及原因分析

随着斜井、侧钻井的增多,偏磨现象越来越严重。管杆偏磨造成了频繁作业、油井免修期的降低和作业成本的大量投入,严重影响了油田的原油生产和经济效益。2.1　曲堤油田抽油杆管偏磨形势分析

抽油井管杆偏磨造成最直接的后果是杆断脱、管漏躺井,影响了油井的产量,直接影响了油井的经济效益,同时,更换油管杆上作业的费用,油管抽油杆的费用,都是造成成本高的原因之一。

根据曲堤油田2003年-2007年作业井总数与管杆偏磨井进行统计(见表1)

表1近5年作业统计表

免修期仅为286天,比曲堤油田平均免修期683天,

缩短了397天。这就要求我们必须进行偏磨油井治理,加强杆管保护,尽量减少或避免偏磨造成伤害,以实现采油井的高效生产。开展油井管杆防偏磨技术、方法的探讨与应用工作,具有现实而深远的意义。2.2　偏磨现状调查及原因分析2.2.1按偏磨位置分类,我们对60口偏磨井进行统计,结果见下表2:

表2　偏磨位置调查表偏磨600-800800-10001000-12001200-14001400以下

(m)(m)(m)(m)(m)位置井数

2

7

12

35

4

　　偏磨位置在1200m～1400m之间的油井达到35

井次,占总统计井次58%,也就是说油井偏磨多发生在抽油杆柱中下部。2.2.2　按泵径分类统计

表3　泵径与偏磨关系调查表泵径(mm)

445670

偏磨井数

38166

开井数

201207

比例%

198086

管杆偏磨

年份

井数

2003年2004年2005年2006年2007年

4840445560247

总维护井次

90808198101450

合计

偏磨造成躺

偏磨造成管杆偏磨所

井所占总躺

维护井次占比例(%)

井比例(%)

5353.358.94450.055.04854.359.36056.161.26359.462.426854.959.6

　　由统计表可以看出,大泵径发生偏磨的比例大

于小泵径。2.2.3　按冲次分类

对2007年偏磨造成作业工作量进行统计,见表4

表4　冲次与偏磨调查表冲次(次󰃗分钟)偏磨造成工作量开井数比例%

1-22-33-44-55-66-7

03823179

123571593611

0911394782

　　从表1可以看出,近五年来曲堤油田地区进行

维护作业450井次,偏磨井247井次,占54.9%,偏磨造成的维护作业量268井次,占总维护工作业量的59.6%,经统计偏磨井每年损失抽油杆20000多米,油管19000多米,折合人民币91.5万元;偏磨油井的

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　　从上表可能看出,由偏磨造成的维护作业工作

量占比例随着冲次的增大而增大,可见抽油机井的冲次对偏磨的影响客观存在,冲次高的油井偏磨几率高于冲次低的油井。2.2.4　按管柱结构分类:

收稿日期:2008-02-15

作者简介:程树红(1970-),男,胜利油田鲁明济北公司技术部主任,从事油田地质、开发方面的工作。

　2008年第13期　　　　　　　　程树红等　油井管杆偏磨现状及防偏磨技术探讨

分管柱结构与偏磨调查统计见表5表5　管柱结构与偏磨调查表柱结构

光油管

(底部锚定)泵尾管偏磨井数

564

开井数2204

比例%25100

113

　　底部锚定管柱发生偏磨的比例大于光油管柱。2.3　油井管杆偏磨原因分析

在有杆抽油系统中,抽油杆在油管中的运动及油管自身的运动情况非常复杂,这种运动会引起抽油杆与油管内壁的剧烈摩擦,致使抽油杆接箍磨穿,油管磨透。

抽油机上下冲程抽油杆受力分析:

抽油机带动柱塞泵往复运动,上冲程时,抽油杆由于提升液体重量,处于受拉状态,若井筒较直,其与油管间不会产生摩擦;下行程时,抽油杆柱所受的合力方向朝下。但在运动中,抽油杆柱受几种方向朝上的载荷作用,主要包括:①动载(惯性力);②抽油杆柱所受的摩擦阻力;③抽油杆柱所受的浮力;④泵筒与柱塞间的摩擦力以及采出井液流过游动阀的阻力。2.3.1　井斜是杆管偏磨的主要原因

①自然井斜在钻井过程中,随着钻进深度的增加,钻头与井口的同心度变差。从纵向上看,井筒是一条弯曲旋扭的线条,一般井深超过600-800m以后,出现扭曲现象。部分油井的平均倾斜度为3.750,最大45°,泵挂深度超过斜井拐点,油管随着套管弯曲,杆管接触致使抽油杆上行、下行时都与油管发生偏磨。

②定向斜井随着钻井技术的发展和油田开发需要,定向斜井不断增多。

③地层蠕变由于地层蠕变,加之多年的强注强

),严采,造成套管变形,井段出现弯曲,(俗称“狗腿”

重时油井套管破裂、错断,甚至报废。

④方位角、座标方位角和座标变化大,也造成杆管接触偏磨的主要原因之一。

由于套管井眼轨迹弯曲和井斜,井下油管产生弯曲。在抽油机上下冲程中,抽油杆的综合拉力F或综合重力产生了一个水平分力W(如图1所示),在该水平分力N(正压力)的作用下,抽油杆与油管产生摩擦发生偏磨。

上下冲程受力分析示意图

2.3.2　重复摩擦

由于抽油杆和油管在工作中基本上不发生转动,抽油杆有规律地重复运动,造成油管和抽油杆总是同一方向、同一部位上发生摩擦,很容易造成摩擦部位的油管和抽油杆失效。现场中发现,多数抽油杆接箍从一侧看是完好的,而另一侧却严重磨损。2.3.3　生产参数对偏磨的影响

①冲程与冲次的影响在偏磨腐蚀的油井中,冲程短、冲次高时,偏磨的部位相对较小,偏磨次数频繁,磨损较严重,破坏力大。

②底部抽油杆弯曲的影响抽油杆弯曲产生于下

冲程。下冲程时,抽油杆主要受自身在液体中向下的重力和活塞下冲程时向上的阻力的作用,在两个方向力的平衡点(即中性点)以上抽油杆呈拉伸状态,中性点以下的抽油杆受压而弯曲,而与油管发生偏磨。

③油管弯曲与抽油杆磨损抽油杆在上冲程时,游动凡尔关闭,活塞带动油管内介质上移。由于管内介质的重力、油管与管内介质和抽油杆的阻力作用,使抽油杆拉直,而油管在中性点以下产生弯曲,使管杆接触产生磨损。2.3.4　抽油管杆的腐蚀使偏磨加剧腐蚀是一种广泛存在的电化学反应现象。地处滩海地区的油井受到腐蚀是必然存在.在有杆泵的原油生产中,抽油杆在生产过程中起着举足轻重的作用,抽油杆一旦出现问题,油井的正常生产将无法进行。而抽油杆所处的介质环境决定了它受腐蚀伤害的严重程度。曲堤油田的曲104区块抽油井介质环境属于“高矿化度、高含水”和细菌等腐蚀介质的恶劣环境。因此,腐蚀产生甚至相当严重就是十分必然的事情。2.3.5　产出液性质的变化

随着开发时间的延长,产出液综合含水逐年上升,偏磨腐蚀的程度逐渐增大。原因在于:随着油田相继进入高含水开采期,当油井含水大于74.02%时产出液换相,由油包水型转换为水包油型,管杆表面失去了原油的保护,产出水直接接触金属,腐蚀速度增大。润滑剂由原油变为产出水,失去原油润滑作用,井液含水增加的同时,比重也在增加,同时管杆接触面的润滑系数也在大幅度地降低,上行载荷明显增加,下行阻力无形加大,在增加抽油机驴头载荷的同时,也加剧了抽油杆的受力状况和变形程度,油管内壁和抽油杆磨损速度加快,偏磨加剧。致使管杆接触摩擦偏磨损伤与开采初期和低含水期相比越来越严重。2.3.6　含砂影响

在高的含砂量环境中,管杆之间存在砂粒的研磨作用,可加快偏磨的发生。2.3.7　管柱结构

油井管柱结构根据尾管是否固定可分为光油管管柱和尾部锚定管柱,有些油井在油砂管防砂中采用了Y211封隔器,如Q9-26、Q9-35等井,防止封隔器解封,将完井尾管直接插入封隔器鱼顶上,若压力超过某一额定值时,管柱中性点在泵以上,即中性点以下油管产生弯曲,在活塞往复运动,但在游动凡尔关闭,固定凡尔打开时,油管向上运动发生螺旋弯曲,会引起抽油杆接箍与油管内壁的摩擦。造成管杆偏磨。根据抽油杆受力分析,抽油杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷。在低沉没度井内,由于泵的充满程度差,会发生柱塞与泵内液面的撞击,将产生较大冲击载荷。初变形期:从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。初变形期之后,抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。在此过程中,除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外,还会在抽油杆柱上引起动载荷。

光油管管柱(油管下端未固定)初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度。

锚定管柱(油管下端固定)初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度等于悬点运动速度。