王亞輝，劉道杰，殷彩霞，劉曉旭，詹婷婷，黃 梅

（1．中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004；2．中國石油冀東油田分公司陸上油田作業(yè)區(qū)，河北唐山 063004）

冀東油田受地面蝦池魚池分布影響，中深層油井多數(shù)都有不同程度的井斜角（5°～45°），油井舉升方式主要以有桿泵為主。受油田開發(fā)時(shí)間增長、深抽作業(yè)增加及含水率升高等因素的影響，有桿泵桿管偏磨已成為制約油井長期穩(wěn)定生產(chǎn)的主要因素之一[1-2]。2011年至2016年，冀東油田中深層檢泵230井次，磨損嚴(yán)重導(dǎo)致油管漏和斷脫檢泵147井次，占檢泵井次的63.9%，解決桿管偏磨問題已成為延長油井檢泵周期的首要任務(wù)。目前，桿管偏磨技術(shù)的研究主要是使用各種扶正器減小抽油桿柱與油管之間的摩擦力，但是卻忽視了沖次、沉沒度、含水率等因素對偏磨的影響，偏磨問題始終沒有得到有效控制[3]。本文通過分析影響桿管偏磨的井斜角、沖次、沉沒度、含水率等主要影響因素，計(jì)算導(dǎo)致桿管偏磨嚴(yán)重的界限值，根據(jù)影響因素制定防偏磨對策，現(xiàn)場偏磨治理效果明顯。

1 冀東油田中深層油井偏磨現(xiàn)狀

冀東油田陸上中深層油藏埋藏深（2 600 ～3 200 m），油井井斜主要為5°～45°，平均井斜28.9°，油井最大井斜不大于30°的油井占總井?dāng)?shù)的84%，80%的油井井身結(jié)構(gòu)為五段制，油井沉沒度為426 m，綜合含水為80.8%，油井工作制度沖程平均為5.1 m，沖次為3次/min，主要應(yīng)用的防偏磨技術(shù)為斜井桿+抗彎防磨器+扶正器+抗磨接箍。偏磨位置主要發(fā)生在穩(wěn)斜段、造斜段、造斜段上部直井段、泵上，偏磨形貌主要是抽油桿接箍偏磨，嚴(yán)重的可將抽油桿母扣全部磨掉或?qū)⒐勰テ?；油管偏磨表現(xiàn)為內(nèi)壁被磨出一條平行于軸心的凹槽，甚至被磨出一條裂縫。

2 油井偏磨影響因素分析

2.1 井斜角大小影響因素分析

抽油桿在井筒上下運(yùn)行中受井斜角和狗腿度的影響[4]，與油管接觸會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平分力，即摩擦正壓力，使桿管之間發(fā)生磨損，形成偏磨。隨著井斜角的增大，水平分力也增大，造成抽油桿與油管的正壓力增大，偏磨嚴(yán)重。但是，當(dāng)井斜小于5°時(shí)，桿管偏磨影響很小[5]。

統(tǒng)計(jì)2011年至2016年冀東油田中深層抽油桿斷脫、油管漏等問題井，井斜角小于10°時(shí)，偏磨導(dǎo)致抽油桿斷脫、油管漏為13井次，占7.7%；井斜角在10°～20°時(shí)，抽油桿斷脫、油管漏的井次為63井次，占37.5%；井斜角大于20°時(shí)，抽油桿斷脫、油管漏為92井次，占54.8%。因此，結(jié)合礦場應(yīng)用，油井井斜大于10°時(shí)，桿管偏磨須引起重視。

2.2 沖程沖次影響因素分析

抽油桿在下行過程中，“中和點(diǎn)”下部抽油桿的重力無法抵消所受阻力則易發(fā)生彎曲[6]，抽油桿接箍以一定的角度與油管在某一點(diǎn)開始產(chǎn)生刮削作用，從而發(fā)生偏磨。主要影響因素是抽油桿的運(yùn)行速度，也就是說沖次越高，磨損時(shí)抽油桿相對運(yùn)動(dòng)速度越大，下行阻力也就越大，彎曲越嚴(yán)重，產(chǎn)生的刮削磨損也越嚴(yán)重。

分析中深層油井桿柱中和點(diǎn)位置隨沖次變化曲線（圖1），當(dāng)沖次超過3次/min時(shí)，隨著沖次的增加，下部桿柱受壓位置迅速上升，沖次由2次/min增加到5次/min，桿柱受壓位置從1 619 m上升到1 468 m，中性點(diǎn)位置上升了151 m，延長了抽油桿在下沖程中彎曲變形長度，加劇了桿管的偏磨。因此，為減少桿管偏磨程度，在保證油井產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，沖次需要控制在2次/min左右。

圖1 中深層油井桿柱中和點(diǎn)位置隨沖次變化

2.3 沉沒度影響因素分析

沉沒度較高。上沖程時(shí)，固定閥打開，造成泵內(nèi)吸入壓力增大，那么抽油桿受到向上的頂力越大，導(dǎo)致抽油桿彎曲越嚴(yán)重[7]，造成桿、管偏磨加劇；下沖程時(shí)，固定閥關(guān)閉，沉沒度對桿彎曲沒有影響，但由于固定閥關(guān)閉，此時(shí)沉沒度對油管下部產(chǎn)生向上的頂力，使油管易彎曲，造成桿管偏磨。

沉沒度較低。一方面造成油井沉沒壓力與流壓低，易導(dǎo)致桿管、抽油泵結(jié)蠟嚴(yán)重，使抽油桿下行阻力增大并產(chǎn)生彎曲，造成桿管偏磨[8]；另一方面，可造成供液不足，產(chǎn)生液擊，引起桿柱振動(dòng)，加劇了桿柱的下行彎曲，桿管偏磨加劇。

礦場應(yīng)用表明，冀東油田中深層油井沉沒度小于200 m或者大于500 m時(shí)，抽油機(jī)井桿管偏磨就會(huì)加重（表1）。為了減輕桿管偏磨，抽油機(jī)井的沉沒度應(yīng)保持在200 ～500 m。

表1 中深層沉沒度影響檢泵井次統(tǒng)計(jì) 井次

2.4 含水對偏磨影響因素分析

在理想狀態(tài)下，當(dāng)產(chǎn)出液含水大于74.02%時(shí)，產(chǎn)出液由油相轉(zhuǎn)為水相。因此，產(chǎn)出液含水率低時(shí)[9]，桿管處于“油包水”狀態(tài)，動(dòng)摩擦因數(shù)較小，磨損較輕；產(chǎn)出液含水高時(shí)，桿管處于“水包油”狀態(tài)，動(dòng)摩擦因數(shù)大大增加，加快了桿管磨損。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況（表2），中深層油井含水大于90%，桿管偏磨更嚴(yán)重。

表2 冀東中深層含水率影響檢泵井次統(tǒng)計(jì) 井次

3 防偏磨技術(shù)優(yōu)化研究

冀東油田中深層油井目前應(yīng)用的防偏磨技術(shù)主要有斜井桿、扶正器和耐磨內(nèi)襯油管。為減緩偏磨的影響，通過優(yōu)化桿柱組合、合理選用防偏磨工具、優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)參數(shù)，筆者對目前應(yīng)用的防偏磨技術(shù)進(jìn)行了完善。

3.1 桿柱優(yōu)化組合

根據(jù)冀東油田中深層典型井井斜、泵徑、泵深，合理使用加重桿，改善桿柱的受力結(jié)構(gòu)，可有效地減少抽油桿下行阻力，將上部抽油桿拉直（表3）；還可以利用其抗壓臨界載荷大、不易彎曲的特點(diǎn)，使桿柱中和點(diǎn)下移（合理下移至加重桿內(nèi)），避免下部抽油桿受壓彎曲導(dǎo)致桿管偏磨[10-12]。

3.2 合理使用防偏磨工具

（1）重視油井井斜角大于10°的油井桿管偏磨治理。優(yōu)化斜井桿應(yīng)用長度，在造斜段始末位置上下各多加100 m斜井桿；穩(wěn)斜段使用每根抽油桿加一個(gè)抽油桿扶正器，在能夠保證防偏磨的同時(shí)，盡量使用較小直徑的扶正工具；為了防止油管彎曲使抽油桿發(fā)生偏磨，泵上采用雙向保護(hù)接箍。

表3 中深層典型井桿柱組合優(yōu)化設(shè)計(jì)

（2）選井優(yōu)化耐磨襯里油管。耐磨襯里油管由碳纖維與超高分子聚乙烯復(fù)合而成，將襯里用熱漲工藝附著在油管內(nèi)壁制成復(fù)合油管。襯里具有良好的耐磨、耐腐蝕性、不結(jié)鹽、不結(jié)垢、絕熱保溫的作用。井斜角大于35°的油井，綜合含水大于90%，油井沉沒度不在200 ～ 500 m時(shí)，沖次較大則易造成桿管偏磨嚴(yán)重的油井中使用耐磨襯里油管，能有效減緩桿磨偏磨，延長油井檢泵周期。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)參數(shù)

（1）在滿足深井泵產(chǎn)液量的前提下，采用“長沖程+慢沖次”和小泵徑生產(chǎn)，一方面能增大油管與抽油桿的磨損面積，減少偏磨次數(shù)，使磨損均勻；另一方面低沖次可以降低抽油桿中和點(diǎn)位置，減少中和點(diǎn)以下抽油桿彎曲長度。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證油井產(chǎn)量的同時(shí)，沖次應(yīng)控制在2次/min左右。

（2）油井在生產(chǎn)過程中保持沉沒度為200～500 m時(shí)，可以有效降低桿管偏磨程度。

4 防偏磨技術(shù)應(yīng)用

以冀東油田典型區(qū)塊柳贊中區(qū)抽油機(jī)井為研究對象，開展防偏磨技術(shù)優(yōu)化49井次，其中合理使用加重桿21井次，合理優(yōu)化內(nèi)襯油管28井次，降低50%的偏磨嚴(yán)重油井沖次。目前，平均沖程5.3 m，沖次1.9次/min，減小了偏磨，降低了躺井率。28口井采用內(nèi)襯油管防偏磨技術(shù)后檢泵周期從450 d延長到700 d，平均每口井一年降低生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用（檢泵費(fèi)用和物料更換費(fèi)用）5×104元（按照單井應(yīng)用耐磨襯里油管1 200 m計(jì)算），柳中區(qū)塊進(jìn)行防偏磨技術(shù)優(yōu)化后年降本共140×104元。

5 結(jié)論與建議

（1）冀東油田中深層油井井斜角大于10°、沖次超過2次/min、沉沒度小于200 m或者大于500 m、含水大于90%時(shí)，有桿泵管桿偏磨嚴(yán)重。

（2）通過優(yōu)化桿柱組合、合理選用防偏磨工具、優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)參數(shù)，完善了中深層油井防偏磨技術(shù)。現(xiàn)場應(yīng)用效果表明，該項(xiàng)技術(shù)具有較好的推廣應(yīng)用前景，對國內(nèi)同類油井防偏磨技術(shù)應(yīng)用具有重要借鑒意義。

（3）防偏磨技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，須綜合考慮油井偏磨情況，優(yōu)選針對性的防偏磨方法，以達(dá)到有效防治有桿泵桿管偏磨最佳效果。