管杆偏磨分析

冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-1-冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文抽油机井管杆偏磨分析及控制措施实习生姓名：刘少杰专业名称：石油工程专业实习岗位：采油工实习单位：五号采油队指导老师：2015年7月19日冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-2-目录前言..............................................41.杆管偏磨现状....................................51.1.五号采油队抽油机井偏磨情况...............................51.2.抽油机井管杆偏磨危害.....................................52.杆管偏磨原因分析................................62.1.机械磨损.................................................62.1.1.井斜的影响............................................62.1.2.井身结构的限制........................................72.1.3.油井生产参数..........................................82.1.4.抽油杆“失稳”[4]......................................82.1.5.含砂的影响............................................92.2.腐蚀磨损.................................................92.2.1.产出液介质的影响......................................92.2.2.缝隙和冲蚀...........................................102.2.3.油井含水的影响.......................................102.2.4.管杆的材质...........................................113.防偏磨措施.....................................123.1.国内外防偏磨措施[2][3][7]...................................123.1.1杆管结构材质及防磨涂层...............................123.1.2管杆旋转.............................................133.1.3扶正器...............................................133.1.4缓蚀剂...............................................133.1.5加重杆...............................................143.1.6空心抽油杆技术.......................................143.2.五号采油队防偏磨现状....................................143.2.1尼龙扶正器、抗磨副、加重杆等.........................153.2.2连续抽油杆...........................................163.2.3光杆密封器...........................................163.2.4油管锚管柱锚定.......................................163.2.5潜油电泵.............................................174.结论和认识.....................................17参考文献............................................19冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-3-摘要近年来，抽油机偏磨井数量逐渐增多、分布广泛，抽油机井表现出来的抽油杆与油管之间的磨损现象日益严重，其磨损现象主要表现在管杆断、裂、漏问题上。这样就增加了作业维护的工作量，偏磨导致作业频繁，免修期短，作业费用上升，采油成本高，综合效率低。因此，为了维持油田的正常生产，提高经济效益，研究解决抽油杆与油管的偏磨问题有着重大的实际的意义。本文就杆管偏磨的现象和机理进行了深入的探讨，并结合目前国内外各种防偏磨技术提出适合本队情况的有效防治措施。关键字：抽油机井杆管偏磨偏磨机理防治措施冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-4-前言一般而言，在油田开发的过程中，地层能量会逐渐下降，到一定时期地层原始能量就不能使油井保持自喷；有些油田甚至因为原始地层能量低或油稠一开始就不能自喷。油井不能保持自喷时，或虽能自喷但产量过低时，就必须借助机械的能量进行采油。有杆泵抽油是世界石油工业传统的采油方式，也是迄今在采油工艺中一直占主导地位的人工举升方式。在我国各油田的生产井中大约有80%是使用有杆抽油技术。全国各油田产液量的60%、产油量的75%是靠有杆抽油采出的。抽油机井采油是有杆泵抽油的主体，也是石油工业的传统的采油方式，是迄今为止一直占主导地位的人工举升方式。然而，在世界各国油田的抽油机井采油系统中，由于杆管偏磨造成的油井事故广泛存在。随着下泵深度增加、产出液含水上升，偏磨问题呈上升的趋势，每年因此造成的经济损失巨大。因此，根据油井的偏磨现状，分析偏磨机理，找到切实有效的防治方法，对提高油井生产水平，减轻偏磨造成的影响，减少作业开支，具有重要的实际意义。冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-5-1.杆管偏磨现状在石油开发过程中，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，油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。1.1.五号采油队抽油机井偏磨情况偏磨现象在五号采油队的抽油机井中普遍出现。由表1-1中可以看出，2007-2008年采油七队共躺井124口，其中有偏磨腐蚀现象出现的井数66口，占躺井总数的53.2%，高达一半以上；由于偏磨腐蚀的原因直接造成的躺井数为34口，占躺井数的27.4%，约为1/3。表1-1采油七队2007-2008年躺井分析表躺井总数/口出现偏磨/口偏磨为直接原因/口出现偏磨/躺井总数偏磨为直接原因/躺井总数124663453.2%27.4%1.2.抽油机井管杆偏磨危害一般来说，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，导致抽油机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、降低有杆泵免修期、降低泵效、减少有效生产时间等，不仅造成油井生产效率降低，还增加了冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-6-油田生产成本。综上可以看出，管杆偏磨普遍存在，而且危害性极大，已经成为制约油田开发中后期高效稳产的重要矛盾。所以分析偏磨形成的原因，研究偏磨的防治方法，就成为油田降低成本、提高产量的迫切任务。2.杆管偏磨原因分析在抽油机井采油系统中，杆管偏磨分为机械磨损和腐蚀磨损两种。2.1.机械磨损通过统计分析可以看出，机械磨损是杆管偏磨的最主要原因。机械磨损主要包括井斜的影响、井身结构的限制、油井生产参数、抽油杆“失稳”、含砂的影响等[2]。2.1.1.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。当抽油杆在油管中沿油管轴向作往复运动时，便会使抽油杆接头磨损失效，或者油管被磨出深槽甚至磨穿造成管漏[2]。冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-7-图2-1自然井斜从垂直来看，井筒是一条弯曲旋扭的线条，油井井深超过600m～800m一般会出现扭曲现象[2]。地层蠕变会造成套管变形和井斜，进而使油管产生弯曲，在抽油机井生产时，抽油杆的综合拉力或综合重力(抽油杆的重力和各种阻力的合力)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。2.1.2.井身结构的限制由于钻井水平的限制，很难保证井身完全垂直，这样套管在某一段就会出现弯曲现象，其后下入的油管也会随着套管弯曲，且当弯曲段出现在泵以上，由于抽油杆在油管中的上下往复运动，会造成杆管之间的接触摩擦。弯曲段的弯曲角度越大，抽油杆与油管之间的磨损就越严重，这种磨损发生在抽油杆的上下两个冲程中[1]。冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-8-而且油井本身存在井斜、狗腿、套变等井况因素，导致油管在井筒内发生偏移，而油管内的抽油杆在重力作用下趋于垂直，致使管杆接触磨损。2.1.3.油井生产参数这里的生产参数主要是指抽油井的冲程、冲次、抽油杆的直径及泵挂深度。抽油机正常工作时，抽油杆在上、下冲程过程中的受力情况是不同的。上冲程时，泵上液柱载荷作用在抽油杆上，抽油杆受拉，整个杆柱基本呈直线状态。当抽油机下冲程时，抽油杆柱在作变速运动，因而产生抽油杆的惯性力，同时，由于抽油杆的变速运动和交变载荷的影响，又引起抽油杆的弹性振动，在相同的泵挂下，生产参数越大，特别是冲次越大，惯性力越大，对抽油杆稳定的影响也就越大。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。如果抽油机井的冲程≤3m，冲数≥6次/min，磨损较严重[3]。2.1.4.抽油杆“失稳”[4]抽油杆偏磨主要发生在下冲程过程中。在下冲程过程中，中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，不会弯曲变形发生偏磨；中性点以下的抽油杆由于该点以下杆柱的重力较小，不足以克服其他各种阻力，作用于该点形成向下的压力较大，下部杆柱在强大的压力作用下完成下冲程，容易弯曲发生偏磨。由于杆柱的塑性较强，上部的重力不会很快对下部形成压力，而下部杆柱在上冲程的惯性力作用下还在向上运动，大大增加了中下部杆冷湖油田管理处2014年度院校毕业生实习论文-9-柱的弯曲程度，杆柱发生的这种弯曲就是“失稳”。杆柱“失稳”是偏磨的主要原因,而中性点越低，杆柱“失稳”越少，杆柱偏磨现象也越少。“失稳”引起的偏磨均为双偏磨，而且通常发生在靠近泵端的位置，泵以上200m之内出现偏磨的可能性最大。也有文献通过对抽油杆下行受力分析,得出中和点位置一般在泵上400m以内的结论。2.1.5.含砂的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。2.2.腐蚀磨损腐蚀是一种广泛存在的电化学反应现象。腐蚀磨损是抽油机井采油系统中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。另外，腐蚀条件还包括一定的温度、压力、Fe2+浓度及地层水中存在的还原菌等[1]。腐蚀磨损主要受以下因素影响：2.2.1.产出液介质的影响油井含水大量增加的同时，出现了其它化学物质含量过高的特点，