※论文：八面河油田螺杆泵偏磨原因分析及对策

八面河油田螺杆泵井偏磨原因分析及对策工艺研究所郝轶摘要：螺杆泵采油是近些年发展起来的一种先进的采油工艺技术，各油田螺杆泵采油得到了广泛的应用，在八面河油田目前在产螺杆泵井30口。

但近年来，杆管偏磨日趋严重。

针对螺杆泵井杆管偏磨问题日益突出，本文分析了螺杆泵井杆管磨损的原因，杆管磨损除了井斜的影响外，还有生产参数及腐蚀的影响。

笔者从偏磨原因分析入手，提出了螺杆泵井防偏磨思路：扶正、减磨、防腐，并提出和采取了针对性的措施进行了治理。

关键词：螺杆泵；采油技术;偏磨前言：随着油田开发的不断深入，螺杆泵独特的性能优势在油田生产中的作用越来越明显，已经成为油田的主要举升方式之一。

但由于杆管偏磨问题日益突出，制约了该技术的应用，因此对螺杆泵采油技术的偏磨原因分析以及防偏磨办法研究，具有重要的实际意义。

一、偏磨现状在螺杆泵井生产过程中，由于抽油杆和油管之间的摩擦造成了管杆的损坏，严重的将导致断脱或漏失躺井，这就是通常说的偏磨。

随着油田开发进入中后期，螺杆泵井偏磨问题越来越突出，导致杆管磨损、油管漏失、抽油杆断脱现象不断增加。

1.1螺杆泵井偏磨情况2012年1-12月，八面河油田螺杆泵井共躺井23口，其中有偏磨腐蚀现象出现的井数13口，占躺井总数的56.5%，高达一半以上；由于偏磨腐蚀的原因直接造成的躺井数为8口，占躺井数的34.8%，约为1/3。

1.2偏磨的危害一般来说，螺杆泵井节箍偏磨要比抽油杆整体偏磨严重，严重时可将抽油杆母扣磨平，油管则表现为被磨出一条平行于轴心的凹槽，甚至磨出一条裂缝。

而且，一般来说下泵越深，偏磨越严重。

管杆偏磨造成了杆断、杆脱、管漏等，导致螺杆泵井作业维护工作量居高不下，管杆报废率高，因而减少管杆使用寿命、降低了免修期、降低了采油时率等，不仅造成油井生产效率降低，还增加了油田生产成本。

综上所述，管杆偏磨普遍存在，而且危害性极大，已经成为制约螺杆泵井高效稳产的重要矛盾。

所以分析螺杆泵井偏磨形成的原因，研究偏磨的防治方法，就成为该技术降低成本、提高产量的迫切任务。

二、偏磨原因分析2.1井斜的影响自然井斜，如图2-1 ,抽油杆质量为G，由于井斜的原因，G在油管的径向存在一个分量，即抽油杆与油管之间存在一个压力N。

当抽油杆传递扭矩时，在油管中做旋转运动，便会使抽油杆节箍磨损失效，或者油管被磨出深槽甚至磨穿造成管漏。

图2-1 自然井斜图2-2 井身轨迹图从垂直来看，井筒是一条弯曲旋扭的线条，如图2-2 ,油井井深超过600m～800m一般会出现扭曲现象。

地层蠕变会造成套管变形和井斜，进而使油管产生弯曲。

在螺杆泵井生产时，抽油杆的综合拉力和旋转时产生的惯性力，产生了一个水平分力，在水平分力(抽油杆对油管内壁的正压力)的作用下，油管和抽油杆接触产生摩擦。

在弯曲度较小的地方，油管内壁和抽油杆接箍产生摩擦，油管偏磨面积较大，磨损较轻。

而弯曲度越大的地方，不仅油管内壁与抽油杆接箍产生摩擦，油管内壁与抽油杆杆体也产生摩擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。

2.2螺杆泵井生产参数这里的生产参数主要是指螺杆泵井的转速、管杆组合及泵挂深度。

液体在油管内被举升过程中,受流态变化影响,其流动摩擦系数不同。

在螺杆泵采油系统中,转速对液体流态变化起主要作用。

螺杆泵转速越高,液体的流动所受摩阻越大。

而且随着转速增大,杆柱与油管发生碰撞接触的几率增大，摩擦次数增多，从而偏磨更严重。

螺杆泵举升液体与抽油机井原理不同,在油管内,杆柱中的每个质点都循一条绕轴的螺旋线以一定的角速度和轴向速度运行。

为了尽可能的防止杆管的接触，应尽可能的提高杆管间的环空距离。

根据螺杆泵的工作原理,由于转子在定子腔内绕偏心做行星回转运动,在螺杆绕轴线转动时就会产生周期性的激振力,由于结构限制,无法对它进行结构平衡,且其转动惯量很大。

故泵挂越深，在运转时振动越大大,转动惯量和离心力越大,产生的振动越大。

杆管“失稳”，造成偏磨加剧。

2.3腐蚀磨损的促进作用腐蚀是一种广泛存在的电化学反应现象。

腐蚀磨损是杆管磨损的另外一种磨损形式，这种形式主要体现在油田的开发后期。

腐蚀加速了杆管磨损，油管与抽油杆腐蚀的根源涉及油管与抽油杆本身以及与油管与抽油杆接触的活性介质和腐蚀条件。

油管与抽油杆本身是由含Fe原子的金属构成的，由于Fe原子失去电子变成为Fe2+离子而与介质发生化学反应。

随着油田进入高含水开采期，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。

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。

腐蚀和机械磨损之间互相促进，管、杆偏磨使管、杆偏磨表面产生热能，从而使管、杆表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处优先被腐蚀。

由于腐蚀，使管、杆偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。

偏磨和腐蚀并非简单的叠加，而是相互作用，相互促进，二者结合具有更大的破坏性。

三、治理偏磨的办法综上分析，螺杆泵井防偏磨思路：扶正、减磨、防腐为主。

3.1扶正1、全井采油尼龙扶正杆，防止节箍与油管的直接接触；2、加装扶正器并优化安装位臵：安装抽油杆扶正器减少偏磨,采用空心抽油杆避免运动失稳,具体计算公式如下：式中：L f —— 扶正器间距，cm ； E —— 钢的弹性模量，2.06×108kN/cm 2；d o —— 空心抽油杆外径，cm ； d i —— 空心抽油杆内径，cm ；g —— 重力加速度，m/s 2； A d —— 最下一级抽油杆截面积，m 2；ρl —— 产出液体密度，kg/m 3。

在不改变抽油杆强度和传送扭矩的情况下，采用均匀非连续的安装扶正器措施。

例如120根抽油杆，按照常规每5根安一个扶正器，安装24个。

但据统计分析发现，螺杆泵井下部杆柱靠近定子，偏心距产生的失稳下部体现较为明显，见表2。

所以可分为三段，每段40根，最下部每三根杆安装1个，中间每5根杆安装1个，最上部每10根杆安装1个，也是安装24个，也不改变杆柱的受力，同时可以加强下部杆柱的扶正效果，减少下部抽油杆及油管的偏磨现象。

3.2减磨1、定期上提15-20cm 防冲距。

螺杆泵井生产时，运动轨迹有别于抽油机井，偏磨机理也不尽相同。

螺杆泵井工作时，偏磨为节箍与油管的摩擦，仅为1个节箍的长度。

采取定期上提防冲距的方式，能有效的避免油管同一位臵的长期磨损，从而减少油管失效的几率。

目前，八面河油田已实施该措施5井次，效果待观察。

2、连续杆与内衬油管组合：图3 连续杆与油管接触面积图图4 内衬油管连续杆与普通抽油杆相比，在防偏磨方面具有许多的优势。

与油管接触面积大，减小了钢对钢、点对点的摩擦；由于其无节箍，不存在电位差和电化学腐蚀；加之内衬油管表面光滑、摩擦系数较低、耐腐蚀的特点。

两者配合使用能极大提高螺杆泵井检泵周期。

目前该工艺在胜利采油厂应用，平均检泵周期达800余天。

3、减磨节箍减磨节箍分为抽油杆和油管两种。

统计分析发现，偏磨失效的位臵80%发生在抽油杆节箍与油管节箍处，所以在节箍处覆盖一层涂层能达到比较好的减磨效果。

目前在用的减磨类产品具有“无摩擦系数小、不增加下行阻力、减磨防腐性能好,成本低”等特点，适用于长井段偏磨井治理。

图5 减磨抽油杆节箍图6减磨油管节箍配合4、降低生产转速。

螺杆泵转速与流体摩擦阻力矩、杆柱所受的弯矩和振动有关。

适当降低转速可以提高螺杆泵井系统的稳定性,也在一定程度上减少了偏磨次数，延缓了杆管磨损。

因此,适当降低转速也是解决螺杆泵井杆管磨损的措施之一。

3.3防腐上文分析，偏磨和腐蚀并非简单的叠加，而是相互作用，相互促进，二者结合具有更大的破坏性。

因此防腐也是治理偏磨的一种辅助手段。

1、电化学主要采取加装阴极保护器，防止电位差引起的电化学腐蚀对杆管的影响。

目前在用的阴极保护器分为油管阴保和抽油杆阴保。

2、缓蚀剂加缓蚀剂是解决油井井筒和地面集输系统腐蚀的一种常用、有效方法。

其原理是通过缓蚀剂加入到产出介质中，在金属表面形成一种致密薄膜，使金属本体与腐蚀介质隔离开来，以达到保护金属、防止腐蚀的目的。

另外，通过油井缓蚀剂在油管内壁形成的保护油膜，起到润滑作用，达到减少磨损的目的。

四、结论与认识本文针对螺杆泵井杆管偏磨问题，根据油田开发的实际情况和生产技术特点，分析了螺杆泵井杆管磨损的原因，杆管磨损除了井斜的影响外，还有生产参数及腐蚀的影响。

从而针对上述原因，提出了螺杆泵井防偏磨思路：扶正、减磨、防腐，并提出和采取了针对性的措施。

总结本文，得到以下几点认识：第一、选取适当排量潜油螺杆泵代替直驱螺杆泵。

与其寻找解决抽油机井的偏磨问题，不如直接改用潜油螺杆泵技术，没有了抽油管杆，也就不会出现偏磨的问题，从根本上解决了管杆的偏磨问题；第二、螺杆泵井的选择和生产时，应充分考虑井身轨迹的影响，采取合理的生产参数，并预防腐蚀对其偏磨的加剧影响。

从螺杆泵井防偏磨思路出发，“因井制宜”的制定一套适合该井的防偏磨措施。

最后，偏磨成因及防偏磨措施有多种多样，没有一种防偏磨措施能从根本上解决任何成因的偏磨，而且每种防偏磨措施适用场合也不相同。

有效的防偏磨措施应是在弄清楚偏磨成因的前提下，采用与偏磨成因相对应的有效防偏磨措施。