油井防偏磨技术的研究与运用

油井防偏磨技术的研究与运用

汪毛 赵启兰

（锡林郭勒盟宏博矿业开发有限公司 内蒙古锡林郭勒盟 026000）

摘要：油田进入开发阶段后，随着时间的增长，油井生产过程中管杆偏磨问题日益突出，油井偏磨既影响油井产量增加作业成本，又增加材料损耗影响工作实效。为了加强对偏磨油井的综合治理，延长油井检泵周期，减少管杆偏磨矛盾，文章通过对油井的工作制度、动液面深度、泵挂深度、管柱组合、结蜡情况、含水比例和井眼轨迹等情况综合分析认为，通过优化泵挂深度、工作制度和管柱组合并实施管杆及地面配套防偏磨措施能有效的降低油井偏磨，提高工作时效，对整个油田的开发具有重要意义。

关键词：工作制度；防偏磨；加重杆；扶正器

宏博矿业212油田从2009年步入开发阶段至今，全区地质上定义的斜井有52口，而斜井是杆、管偏磨的主要对象，此外，由于油田开发的深入，综合含水上升，油井供液能力下降，直井的偏磨情况也越来越多。油田2013年偏磨井8口，2014年偏磨井11口，2015年偏磨井18口，2016年偏磨井21口，2017年偏磨18口，2018年偏磨11口，2019年偏磨9口，从2018年开始采用防偏磨措施后，偏磨检泵的井呈下降趋势。偏磨井存在以下几个特点：①检泵周期短，②抽油杆接箍偏磨严重、油管本体被磨穿，③现场数据统计95％以上的井偏磨段集中在19mm抽油杆上,平均偏磨段为650m；④腐蚀油井杆管偏磨尤为严重；⑤直井生产过程中，偏磨情况也普遍存在。

1 管杆偏磨的因素

1.1井斜是偏磨的主要因素

（1）自然井斜

在钻井过程中，随着钻井深度的增加，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。井斜引起管杆接触摩擦，造成管杆磨损。尤其在全角变化率较大的地方，偏磨更加严重，因此为减少管杆磨损，应提高钻井质量，严格控制井斜，从源头上减少偏磨现象的发生。

（2）定向造斜

随着钻井技术的发展和油田开发需要，定向井不断增多，定向井井眼处于复杂的螺旋弯曲状态，尤其在造斜段，钻井井斜角和方位角的控制难度大，井眼曲率变化大，使井筒产生空间扭曲，抽油杆与油管发生摩擦，造成偏磨。在正常泵挂深度范围内，随着动液面下降，加深提液的力度增大，部分深抽井泵挂恰好在造斜段，是造成此类井偏磨的主要原因。

1.2带封隔器分层采油管柱的影响

在多油层油井分层开采过程中，要使用封隔器将油层隔开。封隔器加压坐封需要一定的坐封力，坐封力会导致油管弯曲；坐封力越大造成泵上油管弯曲幅度越大，杆管偏磨也就越严重。

1.3杆管在交变载荷作用下产生底部弯曲的影响

下冲程时，抽油杆柱主要受两个方向的力：一是自身在液体中向下的重力；二是活塞下冲程时受到向上的阻力。此阻力随活塞直径、油杆在油管内的各种摩擦阻力、抽油泵冲次及液体运动粘度的增大而增大。这两个方向力的平衡点即中性点。在中性点以上抽油杆柱呈拉伸状态，中性点以下的抽油杆柱受压而弯曲，致使抽油杆与油管发生偏磨。

上冲程时，抽油泵游动阀关闭，抽油杆在本体和液柱重力的作用下呈拉直状态，而油管由于载荷的转移，在中性点以下油管受压发生螺旋弯曲，抽油杆柱与螺旋弯曲的油管每隔一定的距离就相互接触而磨损。油管弯曲造成的偏磨主要局限于泵上部附近，即中性点以下到泵位置。

2 防治偏磨的技术措施

防偏磨治理原则：立足于优化设计，利用现有技术，配套相应工具，达到提高防偏磨效益的目的。本着以上原则，设计了下面防偏磨配套技术措施。

2.1油管设计

2.1.1抽油泵设计在井眼变化曲率小的井段

设计泵深时把泵挂设计在井眼曲率变化小的井段，尽量减少拉杆及泵的磨损，从而延长检泵周期。

2.1.2合理设计油井沉没度及上提泵挂

设计泵深时在满足一定沉没度的同时，上提泵挂，避开井眼曲率变化大的井段，是减缓油井偏磨，降低投入最有效的途径。这样既减少了管杆偏磨段，同时也减轻了悬点载荷，抽油杆所受的拉力减小，管杆间的正压力也随着减小，使磨损减轻。

2.1.3加长尾管，保持密封

增加泵下尾管长度，使泵上油管所受的预拉力增加，以免在上冲程时泵上油管受压弯曲导致管杆接触磨损，一般尾管长度不小于200m。保持密封可把液面抽至泵以下位置，同样起到加深泵挂的作用。

2.1.4泵上偏磨段配套3"油管

油井产液量大时，泵上井眼曲率变化大的井段配套3″油管，增大抽油杆与油管的间隙，减小磨损，同时直径加大，抗弯模量也增加，减小了油管的弯曲程度。

2.2抽油杆设计

2.2.1活塞上第1根抽油杆两端配套双向保护接箍

活塞上第一根抽油杆处于中性点位置以下，同时受液体通过游动阀的摩擦力的影响，更容易发生弯曲，从而导致此处抽油杆接箍甚至杆体偏磨严重，在对现场跟踪的基础上，为治理这种情况，采取了在活塞第一根抽油杆上配套双向保护接箍，这样大大降低了抽油杆接箍与油管的摩擦，从而延长油井免修期。

2.2.2对于井斜段较长的井，合理配套扶正器

根据井斜数据，井眼曲率变化大的长井斜段，为防止管杆之间的偏磨，采用19mm杆为注塑杆，而22mm杆配套双向保护接箍的措施。避免扶正器过多，减少液流阻力。

2.2.3对于产液量大的井采用25ｍｍ抽油杆加重

油井日产液量较大，下部采用25mm抽油杆加重，并配套双向保护接箍。这样既节约了成本，又解决了加重杆偏磨问题。配套加重杆，一是可以增加底部抽油杆的抗弯强度，从而减少弯曲造成的偏磨。19mm杆的抗弯模量为673/m3，25mm杆的抗弯模量为1608/m3为19mm杆的2.4倍；二是可以克服泵筒与柱塞的半干摩擦力及流体通过游动阀的阻力，帮助柱塞下行和打开游动阀；三是可以使杆柱的中性点下移。同时由于中性点不可避免的存在，故在采用加重杆的同时配套双向保护接箍。

2.2.4井斜较小井段，可采用旋转式扶正短节

抽油杆扶正短节通常连接在抽油杆上，利用扶正套的外径大于抽油杆接箍外径，起扶正作用，由于扶正套是高强度耐磨材料，与油管接触使扶正体磨损，而减少油管的磨损，以达到防偏磨的作用。利用扶正套的旋转使扶正体均匀磨损，以达到延长使用寿命的目的。扶正短节结构简单、现场安装方便、使用寿命长，具有自动旋转功能，能较好地解决固定式抽油杆注塑扶正器无法解决的单面偏磨问题，减少了泵卡和检泵井次，另一方面，扶正短节使用寿命长，延长了油井的检泵周期。

2.2.5安装光杆旋转器

该旋转器通过光杆自动旋转带动抽油杆顺时针旋转，从而对抽油杆起到了防脱扣的作用，另外也减少了抽油泵长期单方位工作所造成柱塞与泵筒的偏磨，减少了抽油杆柱与油管壁的单向偏磨，延长了管、杆、泵的使用寿命，减少了作业井次，提高了油井的生产时效，节约了抽油杆、油管及抽油泵的投入及油井的作业费用。

2.3推广应用防腐装置，解决偏磨井的腐蚀问题

偏磨造成管内壁、抽油杆接箍和杆本体表面氧化层保护膜或防护层脱落，加剧了腐蚀。腐蚀造成管杆接触表面粗糙，增大了摩擦系数，使磨损量加大。由于腐蚀与偏磨的这种协同效应，此类井一般管杆失效时间相当快，多为频繁检泵井，大大缩短了油井免修期，增加了作业费用，为改善此种状况，我们在不卡封的井上推广应用井口连续加药装置，运用此装置，将缓蚀剂加入到产出介质中，在管杆表面形成一种致密的保护膜，与腐蚀介质隔离开，并起到润滑的作用，以达到保护管杆、防止腐蚀加剧偏磨的目的。在卡封井上应用阴极保护器和固体防腐装置达到减缓腐蚀的目的。

3 防治偏磨管理措施

为了提高经济效益，在抽油井综合防偏磨治理方面，还应加强管理。因此根据实际情况制定了如下管理措施：

（1）为了机采参数的优化设计，所有下泵设计统一由采油室设计、审核。

（2）根据现场跟踪偏磨情况结合理论计算，编写《防偏磨补充设计》。

（3）建全偏磨井井斜数据表及历次作业偏磨情况。

（4）偏磨井起出管杆重新丈量，明确具体偏磨位置，转换或更换管杆及扶正器。

（5）已采用注塑杆防偏磨的作业井，对于偏磨严重的扶正器，应重新更换注塑杆，对于偏磨严重的接箍，用扶正器短节或双向保护接箍更换。

（6）加强管、杆、泵的管理，建立发放和回收台帐，分类存储。

（7）扶正器短节回收重新换塑，节约成本。

4 现场试验情况

元19-35井于2012年5月钻井完井，该井在2015年9月21日至2018年1月23日期间共计检泵5井次，检泵原因均为供液不足（图1）和定向井磨穿段井斜和全角变化率都很大（图2）导致油管磨穿，平均生产周期为171天，该井于2018年1月23日上修检泵开始进行防偏磨措施。

综上分析：该井偏磨主要原因为降斜段井斜和全角变化率大，影响油管抽油杆的正常运动伸缩，其次泵挂深，冲次快，含水较高和供液不足等因素综合影响导致该井偏磨严重。

4.2采用的防偏磨措施

首先将该井泵上油管全部跟换为73mm加大油管，减少偏磨造成的油管丝扣漏失。其次将原井普通19mm抽油杆全部更换为6分注塑杆（每根上带3个尼龙扶正器），活塞上部下25根22mm注塑抽油杆，增加抽油杆稳定性同时防偏磨，将偏磨严重段的22mm、19mm抽油杆接箍更换为双向保护防磨接箍。最后根据液面及含水情况合理调整冲次。

4.3措施效果

该井于2018年1月26日开抽至2022年3月25日连续正常生产2060天，防偏磨措施的运用起到了显著效果。

4.4效果评价

截止目前宏博矿业212油田已经全面应用了上述防偏磨设计及技术，与去年躺井同期对比，在躺井总数由于偏磨导致的停井数明显下降，由去年的9井次下降至今年的7井次，偏磨导致的躺井由52.9％下降到41.2％，下降了11.7个百分点，取得了较好的现场应用效果。

5 结束语

油井偏磨是由多种因素共同作用而造成的，对油井进行防偏磨措施是一项长久持续性的工作，在井下条件比较简单，地面工作制度比较合理的情况下，防偏磨效果一般比较理想；而对井下条件比较复杂，尤其是复杂井眼轨迹，防偏磨技术还要在以后的工作中不断研究和引进新的技术。因此，在日常的工作中要加强现场管理，根据动态资料变化情况，定期实施井筒清防蜡措施，减小管柱负荷，使油井在比较好的状态下生产。综上所述，通过对油井管杆偏磨原因进行分析，有针对性地做出对应措施，减少油井管杆偏磨情况的发生，延长油井检泵周期，提高工作时率，使油田能更加良性健康发展。

参考文献：

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