聚驱井偏磨机理及预防管理措施

杜强

摘要：从抽油杆所受纵、径两方向力入手，分析它在抽汲过程中的运动形态，并指出了发生聚驱井偏磨的主要原因，即抽油杆在油管内的螺旋弯曲和粘弹性聚合物在运动过程中对抽油杆径向推动作用产生偏磨。在简单分析已采用配套治理工艺的基础上，重点阐述了长期生产实践中总结出的管理措施。

关键词：聚驱；偏磨；径向力

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

聚驱抽油机井投入开发见效后，随着见聚浓度的不断上升，抽油杆、管偏磨日趋严重，检泵率随之上升，检泵周期逐渐缩短，偏磨已成为聚驱井生产中所需解决的一个重点问题。

1偏磨机理

随着聚驱抽油机井见聚浓度的不断增高，由于聚合物属于粘弹性流体（除了粘度高外，流体还具有弹性），聚驱抽油机井见聚后抽油杆系统会受到两方面的影响：

（1）抽油泵下行阻力增大，该阻力将使得抽油杆在油管内产生螺旋弯曲，造成偏磨和杆断。统计可对比13口聚驱抽油机井：最小载荷-理论下载荷=15.75KN。也就是说这部分载荷在下冲程时完全作用在柱塞上部的几根杆上，从而使其在油管内产生螺旋弯曲，造成偏磨和杆断，这也是抽油杆偏磨多发在井筒下部的主要原因。

（2）径向力对抽油杆的影响。径向力就是在抽油杆上下运动过程中，聚合物溶液对抽油杆产生的垂直于运动方向的力，该力会导致偏磨、杆断。引入流体运动方程和Maxwell本构模型，绘制横切面流场速度分布曲线，见图1，可得出对于粘弹性流体来说，抽油杆所受径向力与其位于油管内的偏心距Δr呈指数关系，与粘弹性流体的速度梯度dv/dr呈指数关系，与粘弹性流体的粘度η0呈正比。抽油杆在油管内一旦产生偏心距Δr（抽油杆在运动过程中不可避免），它两侧流体的速度梯度dv/dr就会不同，速度梯度大的一侧法向力将大于速度梯度小的一侧，在ACB与ADB面上，见图1。分别做定性积分，可得偏心距越大，抽油杆所受的径向力就越大，该力将迫使抽油杆向油管壁靠拢，直至抽油杆靠上油管壁。当抽油泵上下死点时，抽油杆偏心距为0，所受的径向力为0，如此在一个冲程过程中，抽油杆在径向力的作用下将在油管内横向运动4次，则抽油杆一年内将在油管内横向运动次数为：

4×4×60×24×365 = 841×104次（冲次为4次/分），（1）；

6×4×60×24×365 =1261×104次（冲次为6次/分），（2）；

8×4×60×24×365 =1682×104次（冲次为8次/分），（3）

图1 环空流场速度分布曲线

分析表明，抽汲速度越高，抽油杆所受聚合物流体的径向力作用越强，抽油杆在井筒内的不稳定性将加剧，在加大偏磨的同时，杆断的几率也将大幅上升。

（3）抽油杆系统受力分析。由于抽油杆上载荷远远大于下载荷，根据图2可以看出，在F径一定的情况下，上冲程F合较下冲程大得多，但下冲程F合方向比上冲程更偏向油管方向。

上冲程下冲程

图2抽油杆系统受力分析

3工艺措施

目前，将大流道超间隙泵与全井扶正、上下等径杆组配使用，治理偏磨效果显著。大流道超间隙泵除增加了柱塞与泵筒的间隙外，还增加了凡尔的过流面积，且只保留1个游动凡尔，从而降低柱塞的下行阻力。全井扶正、上下等径杆是在全井抽油杆上加扶正环，避免偏磨段上移或下移造成的重复偏磨。抽油杆上下等径，是由于抽油杆下部的悬重小，径向力的影响大，如采用上粗下细的组合抽油杆，将加剧法向力的作用。另外，对已发现的偏磨井，在维护性作业时加大杆、管更换力度也是十分必要的。

4管理措施

治理聚驱抽油机井偏磨应主要集中在以下三个方面，即降低抽油杆的最大载荷，使其与径向力的合力减小；提高抽油杆的最小载荷，使其始终处于被拉伸状态，避免抽油杆在油管内产生螺旋弯曲；降低粘弹性采出液在采出过程中对抽油杆的径向作用，主要应控制流体流速，增强杆、管稳定性。现场证明，采用上述工艺治理措施后，仍然有许多井存在偏磨现象。因此，我们从管理入手，总结出几点治理办法。

4.1采用大冲程、小冲次的生产参数

统计可对比9口冲程为5.5m聚驱井，冲次由6次/分调整为4次/分后载荷变化：参数调整后，最大载荷由93.67 KN下降到86.62 KN，最小载荷由13.42 KN上升到21.22 KN。由于平均抽汲速度由1.1m/s降为0.7m/s，径向力也将大幅下降。根据监测得出这9口井的平均沉没度上升了69.73m，在极大地增强了杆、管稳定性，同时，也提高了抽油泵的充满系数。

4.2提高洗井质量

（1）控制洗井排量。聚驱井设计排量大，开发地层发育好，渗透率高。高温洗井液进入井筒后，一部分与地层采出液混合排出，一部分漏失到地层内部，因此控制好洗井排量就显得尤为重要。以A井洗井实验为例。首先，采用单一热洗泵提火79℃洗井3小时，上返温度达53℃后不再上升，洗井不合格。分析原因为该井所在计量间到中转站无单独热洗管线（大多计量间如此），受其它井掺水影响，无法保证热洗排量。其次，采用高压热洗车洗井，需停机后连续打两罐高温水，才能保证洗井质量，不但影响了机采井的有效时率，而且增加了材料消耗。最后，经多次摸索，将中转站掺水泵与热洗泵串联洗井，保证了热洗排量，洗井效果良好。

（2）洗井时间。2004年5月14日B井洗井，5月15日发现断脱。针对这一情况，我们以A井为实验对象，将洗井时间分别控制在2.5小时和3.5小时，来跟踪分析其最大载荷变化曲线如图3。可以得出，洗井时间越长，高载荷对抽油杆的作用时间越长，长时间的作用会使抽油杆的疲劳损伤加剧，强度降低。因此，可采用适当缩短热洗时间，缩短热洗周期的方法，来保证洗井质量。

图3A井洗井时间与载荷变化关系曲线

（3）井口回压。聚驱开发中后期，单井地面回油管线由于聚合物作用堵塞严重，致使回压上升，影响出油、增加载荷，因此必须用高温水不定期冲洗。以Φ95整筒泵为例，由式4进行计算可知，回压每上升0.1Mpa ，最大载荷将增加：

ΔF=ΔP×π（D1-D2）2/4，（4）

式中：ΔF — 最大载荷增加值；ΔP — 井口回压增加值；D1 — 抽油泵活塞直径；D2—抽油杆直径

即：ΔF=0.1×106×3.14×[(95-25)×10-3]2÷4=0.7×103N

以C井为例，2003年12月5日，为找到该井回压上升的原因，将其回油管线井口段切割下40cm长，发现直径为Φ62mm的管线被堵塞后，直径已不足20mm，用100℃开水浇淋后，堵塞物全部化开。

（4）合理沉没度。控制合理的沉没度（350-450米），不但可以控制泵的充满系数，避免气锁产生的上载荷增加，下载荷降低的后果。同时也可增强杆、管的稳定性，降低振动载荷。

（5）跟踪调整平衡率。由于聚驱井液量波动大、机型大，平衡调整难度大。但为了减小抽油杆的交变载荷，控制抽油杆的自由度。平衡率必须跟踪调整，将其控制在90%以上。

5结论及认识

（1）聚驱井抽油杆偏磨是其所受上、下拉力及径向力共同作用的结果，预防偏磨不但要优化管柱配置，还要从管理上下工夫。

（2）抽油杆所受流体的径向力是由其偏心距引起的，该力的大小主要取决于流体的速度梯度。因此，降低抽油机井的抽汲速度，保证合理的沉没度，增强其杆、管的稳定性尤为重要。

参考文献：

[1] 韩式方.非牛顿流体本构方程和计算解析理论[M].科学出版社.