抽油杆柱与油管偏磨机理及偏磨点位置预测

张凯(大庆油田有限责任公司第一采油厂第三油矿，黑龙江 大庆 163000)

抽油杆柱是油田采油作业中需要人工吊举的重要部分，在抽油机和抽油泵中间曾在这载重负荷作用，具有很强的联动性，传递连接抽油杆系统的重要装备。一个油田作业中需要使用很多抽油杆，利用卡箍彼此连接，形成上下活动的整体，在往复运动中实现抽取地下石油的目的。

在油田的勘测和开采初期，由于井液中的含水量较低，石油存储地层较浅，所以杆柱和油管的磨损并不明显。综合我国大部分油田的开采情况，经过长时间的采抽作业，油田已经进入了生命周期的后半部分，油井中含水量逐渐增加（一般在75%以上），这就会造成杆柱和油管的润滑效果劣化。

随着石油开采作业的进一步深入，石油在地层中的位置越来越深，开采也越来越困难。相应地，抽油井中的摩擦和损耗也越来越大，虽然抽油杆柱和抽油管之间的对冲运动并不剧烈，但不间断地接触和摩擦，依然会产生磨损现象。由于磨损现象多出现在单侧，因此也称之为偏磨。

1 抽油杆柱与油管偏磨原因分析

造成抽油杆柱和油管偏磨的原因很多，以下从主要的原因展开分析。

1.1 油井自身的构造

事实上，在我国很多油田开发早期，油井的开采设计结构都很简单，大多以直井为主要形式。但随着开采工作的进行，为了获取石油资源，开始出现斜度较大的井段，井下构造拐点增多，原有的直线构造被打破，甚至出现螺旋形的井下构造。在这一前提下，油管的形状必须与井下构造一致，而抽油杆柱之间的连接是直线要求，这样一来两者之间的接触必然发生。

具体来说，当井下有斜坡的情况下，油管就是弯曲的，抽油泵的安置位于斜面一下，这样抽油杆与油管的接触是不可避免的；即便是采取直井方式，也无法保证随着井深的增加，钻头与井口之间是同心圆，直井本身必然会形成向下扭曲的螺旋。

1.2 抽油杆柱变形

抽油杆柱的材料在长期满负荷运行的状态下，容易产生金属疲劳，进而发生弯曲变形。抽油机运转的过程中抽油杆柱因为收缩性能变差，摇晃幅度加剧，就会与油管发生弹性收缩摩擦。

较为直观的现象是，在直井之中，抽油管的运动幅度要一般要大于抽油杆柱，当后者发生变形弯曲之后，两者在高速的震动下产生横向压力，造成偏磨。

1.3 油井结蜡

油井结蜡是指石油中蕴含的固体和半固体成分，例如石蜡、沥青等物质，在从石油中析出之后粘连在油管外部，形成固体的混合物。一旦出现油井结蜡的现象，抽油杆柱就会被液体摩擦力的影响下，与抽油泵之间形成较大的阻力；同时，此时油管内径与抽油杆柱的外径比例减小，导致结蜡点的摩擦力大于其他部分，抽油杆柱由此发生弯曲，产生偏磨现象。

1.4 其他原因

除了以上三种分析的原因之外，造成抽油杆柱与油管偏磨的因素还包括油井参数设置、采出液影响等。其中，采出液影响是指所采石油物质中的含水率，这是在油田开采后期无法回避的一种偏磨问题。

客观上说，油田开采后期的含水量增加是必然的，产出液中的水分含量越多，就会造成井液密度增大，从而增加了抽油杆柱的浮力；浮力的增加必然导致临界压力的降低，抽油杆柱发生扭曲变形就是无法避免的。

2 抽油杆柱与油管偏磨机理分析

在分析过发生偏磨的原因之后，针对偏磨的机理进行分析。

2.1 机械磨损。油井的构造并不能完全满足直井条件，出现斜度、螺旋、扭曲是很正常的情况，但这些情况就容易造成抽油杆在轴向载荷作用下的变形，由此一来，抽油杆柱连接的部分（卡箍、油管）自然发生扭曲，并在不断上下运动的抽取行为中产生磨损。

2.2 介质磨损。抽油泵将井液送入抽油管，液体中含有大量的复杂成分，也包括一些固体颗粒碎屑，这些碎屑导致抽油杆柱和油管中间连接突出的部分，发生碰撞和摩擦，进而磨损。需要注意的是，这种磨损是从内部开始的。

2.3 化学磨损。化学腐蚀是无法避免的，因为原油本身就含有大量腐蚀性成分，如硫化物、细菌成分等，当腐蚀性发展到一定程度，就会产生磨损。

3 偏磨点位置预测实现方法

偏摸点位置的预测可以借鉴一定的计算手段，通常在油田的开采后期，井下的剖面相对稳定，由此形成的剖面图可以作为分析偏磨点的主要一句。例如，根据抽油杆柱的受力情况进行分析，所包含的设计因素主要有井眼曲度、挠率、螺旋曲度、弯曲应力等。多方面的数据结合在一起，可以判断出抽油杆柱与抽油管之间的数据异常情况，例如曲度增大必然导致抽油管的弯曲应力提升。

在现实的采油作业中，油管自身的材质保障了一些刚度，由此配合套筒的作用，可以做出一定的拉直反映。因此，在进行计算测量的过程中，需要考虑到误差作用。

综上所述，单纯地从抽油杆柱材质属性方面去考虑偏磨现象，是不科学也不全面的，要综合多方面的原因，实现油田作业尤其的高效率、低损耗生产要求。此外，国内针对偏磨问题还提出了创新性的解决方案，例如动压润滑方式，需要进一步的实践和验证。

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