斜井中的杆管偏磨预防工具研制与应用

邓学峰，罗 懿，王 薇，符伟兵，王 萍

（中石化华北分公司工程技术研究院，河南郑州450006） ①

斜井中的杆管偏磨预防工具研制与应用

邓学峰，罗 懿，王 薇，符伟兵，王 萍

（中石化华北分公司工程技术研究院，河南郑州450006）①

镇泾油田属于低孔、低渗油藏，储层供液能力差，并且受到地貌的影响，以定向井开发为主。在生产过程中，由于杆管偏磨造成的抽油杆断和油管破漏频繁发生，严重影响了油井的正常生产，也极大地增加了作业费用和材料成本。通过研制并应用抽油杆缓冲补偿器和磁力支撑扶正器，使井下的摩擦损耗大幅度降低，延长油井免修期。

定向井；抽油杆；扶正器；结构

镇泾油田位于鄂尔多斯盆地南部，储层平均孔隙度9.6%，平均渗透率0.41×10－3μm，为典型的低孔特低渗储层。油井的日产液量低，功图显示抽油泵普遍存在充不满现象，井下易产生液击效应。此外，受黄土塬地貌影响，油田以定向井开发为主，斜井中杆管将产生接触应力，导致杆管偏磨。据2010年统计，镇泾油田抽油杆断裂和油管破漏的作业井次占总作业井次的79%，杆管偏磨是主要原因。通过对杆柱受力分析计算，明确杆柱的受压缩段和摩擦阻力分布特点，有针对性地应用新型防偏磨工具组合，从而达到最优的防偏磨效果。

1 抽油杆柱受力分析

通过抽油杆柱的三维力学模型软件计算出杆柱的受压缩段和杆管间接触应力分布。计算结果显示抽油杆受压缩段位于泵上500m以内；杆管间的接触应力随井斜角的变化率增加而增加。

应用理论计算数据绘制了扶正器安装间距［1－3］与井斜角变化率的关系曲线，如图1。井斜角变化率越大则扶正器安装间距越小，这与抽油杆柱受力分析结果一致，也与作业现场出现的偏磨井段位置一致。因此该图对指导现场施工有积极意义。

图1 扶正器安装间距与井斜角变化关系曲线

2 抽油杆缓冲补偿器原理与应用

针对低产油井中的液击效应和抽油杆柱因弹性伸缩、振动等造成下部抽油杆柱失稳弯曲的问题［4－5］，研制了抽油杆缓冲补偿器，结构如图2。上接头下部与中心杆上部连接，外筒套安装在中心杆外。外筒上部内孔与中心杆上部相配合，外筒下部内孔与中心杆下部配合，外筒与中心杆之间可以相对滑动，外筒下部连接下接头。抽油杆缓冲补偿器连接在抽油杆柱的失稳部位，在抽油杆失稳弯曲前外筒与中心杆之间相对滑动，使抽油杆失稳弯曲力得到释放，提高抽油杆柱的稳定性，防止抽油杆与油管之间产生接触应力，从而达到防治下部抽油杆柱失稳弯曲、偏磨、断脱的目的。

图2 抽油杆缓冲补偿器结构

计算表明，镇泾油田抽油机井抽油杆柱的中和点分布在泵上300～500m。通过优化设计，抽油杆缓冲补偿器安装位置为泵上500m，数量为3台，工具间间距为160m，第1台抽油杆缓冲补偿器安装位置为泵上160m。

3 磁力支撑扶正器原理

针对尼龙扶正器［6］在井下的摩擦阻力大、易串动失效的问题，研制了磁力支撑扶正器［7］。磁力支撑抽油杆扶正器主要由扶正体、梯形磁条、耐磨蚀轴瓦组成，套装在抽油杆上，与抽油杆形成1对摩擦副。扶正套上开有磁条安装槽，用于安装磁条，扶正套套装在耐磨蚀轴瓦外。耐磨蚀轴瓦外壁对磁条限位，耐磨蚀轴瓦下部的外螺纹与固定套内螺纹连接，磁条的磁力与油管之间产生轴向力和径向力，使扶正器暂时固定在油管内壁上。在井下，扶正器不会在粗糙的油管内表面上摩擦而磨损，而是使抽油杆与油管之间的摩擦与磨损转换为抽油杆与耐磨蚀轴瓦之间的摩擦与磨损，抽油杆与耐磨蚀轴瓦之间摩擦因数小，摩擦与磨损轻，使用寿命长，因此，这种磁力支撑抽油杆扶正器能保证油管、抽油杆不磨损，延长油井生产周期。

图3 磁力支撑扶正器结构

4 应用效果

研制的2种防偏磨工具于2010－08开始使用，目前抽油杆缓冲补偿器已在镇泾油田使用44口油井，磁力支撑扶正器使用13口油井，全部正常生产，最长检泵周期已达1a，比镇泾油田平均检泵周期延长140d。不同防偏磨工具的效果对比如表1～2。

表1 1054－3井和1054－5井摩阻对比

由表1看出，这2口油井都使用32mm抽油泵，下泵深度、生产参数、产液量和最大载荷接近，使用抽油杆缓冲补偿器和磁力支撑扶正器的油井下行摩擦阻力比使用尼龙扶正器的油井下行摩擦阻力减小50%，井下系统效率提高19%。由表2知，使用抽油杆缓冲补偿器和磁力支撑扶正器的防偏磨工具组合油井比其他油井的下行摩擦阻力平均减小5.39kN，使用效果明显。

表2 磁力支撑扶正器与尼龙扶正器下行摩阻对比

5 结论

1） 井斜角变化率越大处杆管间摩擦阻力越大。

2） 研制了抽油杆缓冲补偿器和磁力支撑扶正器，2种新型防偏磨工具组合能有效地减小井下摩擦损耗，提高井下效率，延长油井免修期，性能可靠。

［1］ 张瑞霞，李增亮，姜 东，等.往复式有杆泵抽油杆扶正器的布置研究［J］.石油矿场机械，2008，37（12）：28－35.

［2］ 周继德.定向井抽油杆扶正器及其间距的设计［J］.石油矿场机械，1993，22（1）：45－48.

［3］ 夏麒彪，刘永辉，周新富.定向井中抽油杆柱的摩擦力计算和扶正器分布设计［J］.钻采工艺，2004，27（1）：60－63.

［4］ 徐永高，黎晓茸，王喜兵.定向井抽油杆柱应力分析及加重杆的应用［J］.石油矿场机械，2009，38（7）：50－52.

［5］ Bell D G.不直的抽油杆的弯曲应力［J］.石油矿场机械，1991，20（1）：22－27.

［6］ 何志平.抽油杆扶正器的改进与应用［J］.石油矿场机械，2007，36（7）：78－81.

［7］ 邹 群.内摩擦副式抽油杆扶正器的研制与应用［J］.石油矿场机械，2005，34（5）：77－79.

Development and Application of Anti－Eccentric Wear Tool in Inclined Well

DENG Xue－feng，LUO Yi，WANG Wei，FU Wei－bing，WANG Ping
（Engineering Technology Research Institute，Huabei Company，SINOPEC，Zhengzhou450006，China）

Zhenjing oilfield，a low porosity and low permeability reservoir，reservoir fluid supply ability is poor and affected by the landform development，mainly in directional well.In the process of oilfield production，quite a proportion of maintenance operations on mechanical production wells are due to rod breakdown or tubing leaking resulted from borehole deviation and eccentrically worn string，it has seriously affected the normal production and greatly increased the operating and material costs.In order to effectively reduce such losses，rod centralizer buffer compensator and a magnetic support of the eccentric wear prevention tools combination has been developed and applied，the downhole friction loss is reduced greatly，the workover－free period is extended，tool designed for the performance indicators to meet the use requirements.

directional well；sucker rod；centralizer；structure

1001－3482（2012）02－0048－03

TE931.203

B

2011－08－30

邓学峰（1980－），男，湖南邵阳人，2009年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发专业，现从事机械采油工作，E－mail：redapple6602＠126.com。