抽油机井参数对偏磨影响分析与优化措施

抽油机井参数对偏磨影响分析与优化措施

付纪新

大庆油田有限责任公司第四采油厂，黑龙江大庆163511

摘要：抽油杆的弯曲是造成杆管偏磨的主要原因。在抽油杆运动过程中，抽油杆在交变载荷的作用下产生弯曲，上冲程抽油杆受拉力，不存在轴向力为0的位置；在下冲程，下部需要卸载发生弹性收缩受拉力，上部受压力，存在轴向力为0的位置为杆柱中和点，中和点以下杆柱会产生失稳弯曲,产生偏磨。中和点以下抽油杆弯曲程度与载荷、井液粘度、参数等成正比。分析抽油机井抽汲参数调整与中和点变化关系。参数变大，中和点上移，抽油杆失稳段增加，偏磨加剧，合理调节参数，减少抽油杆失稳段，可有效降低偏磨。

关键词:抽油机井，参数，杆管偏磨，优化措施

抽油井的摩擦和磨损是是油井免修期缩短，抽油杆和油管间的相对运动是发生在冲程范围内的往复运动，如果杆管之间有接触，则成为偏磨。分析参数调整对偏磨影响，找出抽油杆失稳的规律，继而找出抽油机井杆管偏磨的机理，以达到延长偏磨井免修期的目的。

1抽油机井中和点随冲程冲次的变化而变化

上冲程抽油杆处于拉伸状态，不考虑中和点，下冲程抽油机杆柱受力分析及中和点的计算公式：F=（f杆-f惯-f磨阻-f浮）*x0-f阀阻-f磨-f回

F=0时，x0为中和点位置:x0=（f阀阻+f磨+f回）/（f杆-f惯-f磨阻-f浮），其中：f阀阻、f惯f磨阻受冲程、冲次影响

1.1抽油杆惯性的影响及优化建议

抽油机运转时，驴头带着抽油杆和液柱做变速运动，因而产生抽油杆和液柱的惯性，该力除了与抽油杆和液柱的重力相关，还与悬点加速度成正比，方向相反，所以冲次增加，则惯性增加。f惯=- f杆*a/g；(a—悬点加速度)f惯液=-ρ液*（A管-A杆）*a（A管- A杆为液柱所在环形空间）

抽油井抽油杆和液柱的惯性与抽油杆重量和加速度以及液柱加速度成正比；降低惯性产生的力，只能降低冲次，降低抽油杆加速度。受力分析可看出，抽油杆惯性增加，中和点位置上移，失稳段增加，偏磨情况加重。

1.2冲次对杆柱与液柱之间的摩擦阻力的影响及优化建议

抽油杆与液柱之间的摩擦力分为三部分：1、抽油杆与液柱之间的摩擦力2、接箍与液柱之间的摩擦力3、扶正器与液柱之间的摩擦阻力

fr—油液对杆柱的阻尼因数 当杆柱运动方向与液柱方向相同，则用“-”，反之用“+”，Urt—油液在杆管环空中的流速；Rer—油液速度的雷诺数；Rer`—油杆速度的雷诺数；dr—油杆杆径；dt—油管内径。f磨阻=0.5πdρfr*Urt2

该公式适用于液柱经过扶正器和杆柱接箍的摩擦。公式表明，冲次越高，抽油杆运动速度越高，油液流速越快，相对雷诺数和阻尼因数越大，液柱和杆柱之间的阻力越大。液柱运动的环形空间越小，扶正器越多，磨阻越大，可降低冲次，雷诺数和阻尼因数降低；可降低中和点位置，减少失稳段。由于液柱经过扶正器及抽油杆接箍期间，摩擦阻力变大，可适当减少扶正器数量。

1.3冲程冲次对油液经过游动凡尔产生的阻力的影响

上冲程，游动凡尔关闭，液柱压力作用于游动凡尔上，下冲程，游动凡尔打开，液体通过游动凡尔产生的阻力，力的方向向上，作用于柱塞上。f阀阻=KxρAp2（Ap-Ao）（sn）2/729μ2Ao2K=1.5；μ=0.28；x—游动凡尔数量；Ap—柱塞全面积；Ao—阀孔面积 由公式可见：冲程、冲次越高，液体通过游动凡尔的阻力越大。油液通过游动凡尔的阻力越大，对抽油机井产生的影响越大，上游动凡尔罩断井次占比较高，该阻力与冲程冲次成正比，降低该阻力的方式，只能降低冲次，在不影响产量的情况下，同等理排可换大泵调小冲程冲次，例44泵冲程3m冲次6次调为57泵冲程2.4m冲次4次，算出φ57泵液柱经过游动凡尔的阻力仅为φ44泵阻力的0.39。降低参数，可减少油液对游动凡尔的阻力，也可降低中和点位置。

2作业情况分析

统计2021年~2023年捞杆作业时出现深部杆断以及上凡尔罩磨断变更为检泵的设计146井次；上凡尔罩磨断占92井次，占比62.3%。降低冲次可降低液体通过游动凡尔的阻力，同时保证合理沉没度，避免沉没度过低泵筒充满度不够形成液击对游动凡尔造成更大磨损。统计146井次中55井次深部杆断，100-300m杆断2井次，300-600m杆断4井次，600-700m杆4井次，700-800m杆断9井次，800-900m杆断19井次， 900-1000m杆断17井次。统计表明，81.8%的深部杆断为700m以下，由此可见，中和点范围大多在泵上300m以内。据2022年调查一百口作业井，300m以上井段偏磨仅4口井。磨断频率并不高，该井段距上次断后，一年期间未发生杆断情况。

浅部杆断偏磨情况

由中和点受力分析图可知，中和点以下抽油杆承压缩状态，产生横向弹性形变发生偏磨，中和点以上抽油杆承拉伸状态，为纵向弹性形变，产生偏磨可能性低，建议300m以上井段全角变化率小于7井段可考虑不安装扶正器。

3结论及建议

（1）抽油机井抽汲参数越大，造成f阀阻、f惯、f磨阻变大，根据受力分析图，三个力皆为向上的力，对中和点造成上移影响，失稳段加长，产生弹性形变情况加剧，偏磨情况加剧。

（2）使中和点下移，可减少抽油杆失稳段，需要合理降低抽油井抽油杆和液柱的惯性，降低杆柱与液柱之间的摩擦阻力，以及降低液体通过游动凡尔的阻力。如需冲程和冲次相乘数值相同，则适当调大冲程减少冲次，以达到降低惯性载荷和摩擦阻力的目的。

（3）减少抽油杆惯性形成的摩擦力及液柱经过游动凡尔产生的阻力，采取高冲程、低冲次或在机型允许情况下调大泵径。

（4）减少扶正器数量，降低井液经过扶正器产生的阻力，300m以上井段全角变化率小于7井段不安装扶正器。

参考文献：

[1]刘春花.抽油杆偏磨机理及防偏磨对策研究［J］.中国石油大学,2009.6