抽油机井管杆偏磨腐蚀原因分析与防治措施

关键词 油管 抽油杆 磨损 腐蚀 治理

我国各大油田生产井的约80%使用抽油机采油技术。偏磨腐蚀而造成油井检泵作业的工作量约占全年抽油机井检泵作业工作量总和的50%，管、杆的使用寿命也因偏磨腐蚀而缩短了40%～60%。因此探索应用新技术、新工艺减少偏磨腐蚀,是降低采油成本的有效措施之一。

1 抽油机井管杆偏磨原因分析

1.1 井斜的影响 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。随着钻井技术的发展和油田开发需要，定向斜井不断增多。地层蠕变造成套管变形，使井段出现弯曲变形，地层蠕变严重时会导致油井报废。

由于套管变形和井斜使油管产生弯曲。在抽油机井生产时，抽油杆的综合拉力F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。

1.2 油井生产参数的影响 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。许多抽油机井的冲程为≤3m，冲数为6次/min，磨损较严重。

1.3 产出液介质的影响 当油井产出液含水大于74.02%时产出液换相，由油包水型转换为水包油型。也就是说，管、杆表面失去了原油的保护作用，产出水直接接触金属，腐蚀速度增加。摩擦的润滑剂由原油变为产出水，由于失去原油的润滑作用，油管内壁和抽油杆磨损速度加快，磨损严重。

产出液中CO2含量越高，产生的H+越多，pH值越低，产出液酸性越明显，腐蚀性越强。产出液中H2S与Fe反应生成FeS，而H+对油管和抽油杆产生氢脆腐蚀。由于PH值低，H+多，而产出液含CI-高，化学平衡为H+Cl--→HCI，从而形成了具有盐酸强腐蚀性的体系。

1.4 偏磨和腐蚀相互作用相互促进 管、杆偏磨使管、杆偏磨表面产生热能，从而使管、杆表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处优先被腐蚀。由于腐蚀，使管、杆偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。偏磨和腐蚀并非简单的叠加，而是相互作用，相互促进，二者结合具有更大的破坏性。

1.5 缝隙和冲蚀 产出液含水较高及产出液的强腐蚀性，使油管、抽油杆螺纹联接处产生缝隙腐蚀；另外，产出液对油管公螺纹外缘的冲刷作用，再加上产出液的强腐蚀性，发生冲蚀，易使油管公螺纹老化。油管螺纹联接处在偏磨腐蚀、缝隙腐蚀和冲蚀的综合作用下，易使该处产生油管断脱、刺漏。

1.6 管杆的材质 管杆材质及表层涂料的强度和耐蚀性不同,管杆耐腐蚀性和寿命不一样。

1.7 抽油机井抽油循环过程中油管弹性收缩弯曲，底部抽油杆受压失稳 下冲程时,液柱载荷由抽油杆转移到油管上，抽油杆卸载发生弹性收缩产生螺旋弯曲。继续下行时将受到柱塞与泵筒间半干磨擦阻力及液流通过柱塞产生的阻力和井液产生的对抽油杆的浮力。这些阻力均比杆柱底部第一根抽油杆的临界载荷值大得多，因此抽油杆柱下部很容易发生失稳弯曲,而此时油管承载拉伸基本为直线，所以下冲程时管杆相互偏磨损伤。

上冲程时，液柱载荷由油管转移到抽油杆上，中和点以下油管因卸载而发生弹性收缩产生螺旋弯曲，抽油杆承载拉伸为直线，油管、抽油杆相互偏磨成为必然。

2A-1自由状布下冲程管杆工况示意图；2A-2自由状态上冲程营忏工况示意图；2B-1支撑锚状态下冲程管杆工况示意图；2B-2支撑锚状态上冲程管杆工况示意图

2 偏磨腐蚀防治对策

针对现河采油二矿油井偏磨腐蚀的特点，根据“防、治相结合”的原则，对偏磨腐蚀的油井应采取一系列的新工艺、新技术。

2.1 加缓蚀剂 加缓蚀剂是解决油井井筒和地面集输系统腐蚀的一种常用、有效方法。其原理是通过缓蚀剂加入到产出介质中，在金属表面形成一种致密薄膜，使金属本体与腐蚀介质隔离开来，以达到保护金属、防止腐蚀的目的。另外，通过油井缓蚀剂在油管内壁形成的保护油膜，起到润滑作用，达到减少磨损的目的。

2.2 加长尾管和管柱锚定 加长尾管仅能减轻管柱弹性弯曲。管柱锚定又有机械预张力锚定，液压张力锚定，支撑式锚定三种工艺。机械预张力锚定虽是预防油管弯曲的最有效措施，但施工操作复杂，且起出管柱时安全性差，有可能卡钻，因此该项工艺至今未得到很好的推广使用；液压张力锚定虽能利用油套压差将管柱锚定在管柱伸长最大的部位，操作简单，但在整个锚定伸缩过程中，锚牙始终磨损套管，对套管有一定的损伤；支撑式锚定仅能防止管柱底部运动而有助于提高泵效，但是，由于泵上油管受压产生螺旋弯曲严重，将加重油管抽油杆偏磨，是最不应该采用的锚定方式。

2.3 抽油杆扶正器 在治理油井偏磨方面，滚轮式和滚珠式扶正器由于易卡轮和不耐腐蚀的原因，目前已很少使用，两瓣对卡式KBV3OH型尼龙扶正器在抽油杆上滑动，扶正效果差，脱落的碎片易卡泵，使用受到限制。KZX型防偏磨扶正器、KBV型固定式扶正器、扶正接箍、KZX型防偏磨扶正器等，它们各具特点。在淘汰金属类抽油杆扶正器后，抽油杆扶正目前较为普遍采用的是安装在抽油杆接箍端的五棱螺旋双接头活动式非金属尼龙扶正器和碳纤维扶正器。在控制抽油机井油管本体与抽油杆接箍的偏磨方面起到了较好预防作用。

2.4 加重杆 加重杆是防止杆柱底部抽油杆弯曲的有效方法。它能使杆柱中和点下移，且可以降低杆柱的交变应力幅度，延长抽油杆疲劳断裂周期。加重杆在清洗修复时发现加重杆也同样存在偏磨和弯曲问题，现场测量φ42mm加重杆直径最小仅为φ35mm，且部分加重杆有弯曲现象，这说明了加重杆也同样需要扶正防偏磨。

2.5 抽油杆分选、增强修复 抽油杆采取分选修复和增强修复，从管理和修复工艺上来提高和保证抽油杆机械性能。

2.6 油管旋转器 油管旋转器，通过自动旋转油管改变油管与抽油杆的偏磨面，使磨损面均匀分布，从而达到延长油管使用寿命的目的；另外，已安装偏心井口的油井，转动井口也可达到以上目的。

2.7 合理调整生产参数 在保持产液量不变的情况下，由短冲程、高冲次，改成长冲程、低冲次，增加偏磨面积，减少偏磨次数，以达到延长油管和抽油杆使用寿命的目的。

2.8 应用新技术、新工艺 运用无管采油等技术，无管采油装置最大的优点是：空心抽油杆不易弯曲，而且与国套管间的环形空间远大于普通抽油杆与油管间的环形空间，因此该装置能有效的避免管杆间的偏磨，在油管与抽油杆间偏磨较严重的井上使用更能显示其优越性。“偏磨副”抽油杆扶正器，安装在抽油杆上，当抽油杆上下运动时，“偏磨副”静止不动，既起到扶正作用，又避免了抽油杆与油管间的磨损。

3 结论和建议

抽油杆与油管偏磨腐蚀的主要原因是井斜、抽油杆柱弯曲、高含水和产出液的强腐蚀性。综合含水上升使偏磨腐蚀更加明显，而介质的强腐蚀性加速了偏磨腐蚀。加药防腐、抽油杆扶正、管杆旋转、调整生产参数、应用无管采油等新技术(新工艺)是防治偏磨腐蚀的有效措施。针对油井的不同情况，制定综合的防治措施才能达到防治偏磨腐蚀的良好效果，以便取得最佳的经济效益。