油管抽油杆偏磨原因分析及治理对策研究

张卫家

（黑油山有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000）

1 前言

当今社会，经济发展质量显著提高，对石油资源能源产生了强烈需求，对油田生产构成了严峻挑战与考验。当前形势下，必须宏观审视油管抽油杆偏磨的现状问题，精准把握抽油杆偏磨防治技术的关键环节与核心步骤，综合施策，切实提升抽油杆整体运行效能。本文就此展开了探讨。

2 油管抽油杆偏磨研究现状

在当前石油开采事业发展进程中，油管抽油杆始终扮演着不可替代的关键角色，是提升石油开采效率，确保石油稳定输出的重要载体与工具。偏摩问题是油管抽油杆实际应用中的常见问题之一，极大程度上会加剧构件疲劳，影响机构系统的整体性与稳定性，必须采取行之有效的方法与策略，切实出现类似问题，延长抽油杆使用寿命。近年来，国家相关部门高度重视油管抽油杆偏磨技术的应用与创新，在偏磨影响因素辨识、偏磨过程控制、偏磨治理效果评价等方面制定并实施了一系列重大技术标准规范，为高质高效地开展抽油杆防偏磨技术研究提供了基本遵循与方向引导，在优化抽油杆运行稳定性与系统性等方面取得了令人瞩目的现实成就，积累了丰富而宝贵的实践经验。同时，与油田开采事业相关的诸多企业及科研机构同样在创新抽油杆防偏磨模式，优化防偏磨技术流程等方面进行了大量卓有成效的研究与探索，效果突出，使得抽油杆偏磨产生机理更加明确，相应的防偏磨技术措施更具针对性。尽管如此，受主客观等多方面要素的影响，当前油管抽油杆运用实践中依旧存在诸多偏磨诱因，阻碍着其实际应用价值的进一步提升，必须给予高度重视。上述背景下，深入探讨油管抽油杆偏磨原因及治理对策，具有极为深刻的现实意义。

3 油管抽油杆偏磨原因分析

3.1 井身轨迹及生产过程中的扭矩影响

在当前技术条件下，影响油管抽油杆偏磨的原因趋于多样化，其中，井深轨迹及其扭矩是最重要的原因之一。部分情况下，井深轨迹具有自身特殊性，在实际运行过程中，会产生不平衡的扭矩，改变了抽油杆稳定均衡的受力状态，导致抽油杆发生物理形变，久而久之，出现偏磨现象，尤其对于埋藏较深的油井而言，更容易出现上述偏磨问题。在井深轨迹及其扭矩的影响下，抽油杆与油管的内壁接触不良，随之而来的摩擦力系数显著提升，杆管初始弯曲相继加重，不利于抽油杆的长期稳定运行。

3.2 疲劳破坏、机械磨损及气体腐蚀的影响

疲劳损坏、机械磨损及气体腐蚀等同样是诱发油管抽油杆偏磨问题的主要原因。现代油田开采工作强度陆续增大，开采工艺对环境条件的要求更高，油管抽油杆所遭遇的不确定性因素趋于多样化，在长期连续性、高强度的运行过程中，抽油杆会出现疲劳破坏，物理构件磨损突出及部分气体腐蚀等问题，所遭受到的不对称循环荷载更为显著，且疲劳元具有较强隐蔽性，识别与控制难度较大，容易在反复拉伸作用下出现裂缝。

3.3 油井工作参数

在当前油气资源开采中，需要对油井设置不同的工作技术参数，所设置的技术参数对于油管抽油杆的运行具有直接影响。纵观当前油井工作参数设置实际，普遍存在着设置不合理、参数不规范，参数运行效果欠佳等共性问题，无形之中放大了抽油杆偏磨问题风险。由于油井工作参数缺失，在油井供液能力持续减少的情况下，液压力相应提高，对油井系统构造产生高液击力，进而导致抽油杆弯曲，威胁其外部纤维的可靠性。

4 基于动压润滑原理的抽油杆防偏磨技术研究

4.1 抽油杆柱受力分析

为了有效提升抽油杆防偏磨效果，有必要首先对其进行受力分析。在抽油杆柱受力分析中，应综合考量截面、接箍、速度、加速度等技术参数，计算相应的单位长度抽油杆柱的重力、浮力、摩擦阻力及惯性力。在上述几项关键技术指标的约束下，应根据上冲程和下冲程作用力大小的不同，对抽油杆液柱荷载进行分析，得出相应的沉没压力产生的荷载。对于抽油杆柱与油管之间的摩擦力，则应充分考虑二者的接触面积大小，避免对地面管线中的阻力做过多涉入，否则，会影响抽油杆柱附加荷载数值的大小。

现代科学技术的快速发展，为抽油杆防偏磨技术中的受力分析提供了更丰富的技术手段，使得传统模式下难以完成的受力分析任务具备了更大的科学性，因此，可通过软件技术构造抽油杆受力模型，以更加直观形象的方式获取受力分析结果。

4.2 液体动压润滑方程的建立

液体动压润滑方程源于动压润滑原理，需要将抽油杆柱和油管构成一个相对封闭的环形空间，拟定液体动压路线、方向及流速，将油压最大处的油膜厚度、相对滑动速度、流体动力黏度等作为自变量，将液膜压力作为因变量，通过方程曲线观察液压支撑荷载状况变化。由于液体动压润滑方程具有协同性，因此，该方程的建立与运行，必须满足如下几个约束条件：抽油杆柱和油管之间存在必然摩擦（包括滚动摩擦或滑动摩擦）；上述二者之间存在楔形间隙，满足润滑剂的注入条件；摩擦面之间存在一定黏度的润滑剂。通过建立液体动压润滑方程可见，抽油杆柱处于屈曲状态时，其所遭遇的外来荷载与偏磨方向为同向。

4.3 动压润滑防偏磨工具的设计

在满足上述两项基础条件的前提下，可以对油管抽油杆防偏磨工具进行科学设计。在动压润滑防偏磨工具设计中，相关技术人员必须熟知相关基础理论知识，对各项关键设计环节与构造体系予以严格控制，将计算获得的相关技术参数作为防偏磨工具设计的主要参考与依据，减少人为主观意识或经验主义的涉入，使防偏磨工具的设计更具针对性和实效性。通常情况下，基于动压润滑原理的防偏磨工具主要运用楔形结构，并应根据不同类型抽油杆的实际情况，合理设计其最优尺寸，确定其规格大小。在油液动力黏度、抽油杆运行速度、偏心距等约束条件一定的情况下，可以对楔形结构的外径、内径等参数做出优化，掌握与之相对应的油膜压力。

4.4 动压润滑防偏磨技术的应用

在某特定约束条件下，抽油杆防偏磨工具所遭遇的最大油膜压力将会超出其所遭受的纵向力，只有在此情况下，才能有效缓解抽油杆与油管之间的硬性摩擦，起到应有的防偏磨作用。

在直井环境下，抽油杆防偏磨工具所荷载的纵向力相对较小，去屈曲状态的出现主要来源于轴向压力，因此，压杆失稳的临界荷载可根据抽油杆截面惯性矩、压杆长度、弯曲系数等进行计算得出。在斜直井环境下，抽油杆防偏磨工具中和点以下的杆柱弯曲并非由轴向压力导致，而是需要综合考虑侧向力的影响，斜直井的斜角越小，则杆柱所荷载的侧向力也越小，当处于极限条件时，侧向力趋于“零”。随着井斜角角度的增大，侧向力相应增大，动压润滑状态下所应形成的油液动力黏度也就越高，防偏磨效果则越为优化。

5 结语

综上所述，受技术方法、偏磨特征、效果评价等方面要素的影响，当前，油管抽油杆偏磨防治工作实践中依旧存在诸多不容忽视的薄弱环节与不足之处，阻碍着抽油杆实际工作效能的优化提升。因此，技术人员应该从现代油田生产的客观实际需求出发，充分遵循抽油杆偏磨防治的基本原理与规律，创新防偏磨技术技术方法，强化防偏磨过程控制，为提高抽油杆实际运行效果奠定基础，为推动油田事业持续健康稳定发展保驾护航。