（机械工程专业论文）短命井原因分析及治理措施.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 胜利采油厂胜坨宁海油田经过四十多年的勘探开发，胜坨、宁海油田进入高含水开 发后期，由于受高含水、高含砂、高矿化度介质，以及泵挂深，井况差等因素的综合影 响，导致油井免修期短，部分井频繁作业，严重制约着油田开发，综合经济效益的提高。 近年来，通过细化技术管理，加强技术改进，油井免修期下滑的趋势得到了较好的 控制，油井免修期逐年延长，但仍然没有大的改变。因此，必须采取综合措施治理“短 命井 ，以达到提高经济效益的目的。 本文通过对抽油杆偏磨的治理，从造成油井杆管偏磨的原因：管柱结构、生产参数、 泵挂深度、产出液性质、井况等五个方面进行了详细地分析。管柱结构方面：当总成锚 定时容易引起管柱弯曲，导致杆管偏磨；管柱上封隔器的级数越多，偏磨越严重。生产 参数方面：相同泵挂下，生产参数越大，抽油杆柱惯性载荷和振动载荷越大，对抽油杆 稳定性的影响越大，发生杆管偏磨的频率越高。泵挂深度方面：当生产参数一定时，泵 挂越深，抽油杆柱也越易失稳发生弯曲偏磨。产出液性质方面：产出液粘度越大，液体 通过游动凡尔的摩擦阻力越大，越易造成杆柱弯曲发生偏磨；产出液含砂量越大，柱塞 与泵筒间的摩擦力越大，从而造成杆柱下行阻力越大，加剧偏磨的发生。井况方面：方 位角和座标变化大的井，容易造成杆管接触发生偏磨；泵挂深度超过斜井拐点，泵挂越 深，偏磨越严重。然后通过基础资料和现场资料分析判断出因杆管偏磨引起的躺井，找 准主要原因后结合现有的工艺技术，给与针对性的工艺措施治理。对腐蚀程度高引起的 偏磨，实施定期加缓蚀剂，在油管表面和抽油杆表面形成较厚的润滑膜，既降低腐蚀作 用，又起到润滑作用，减缓杆管偏磨。针对井况引起偏磨的工艺技术：使用双向保护抽 油杆接箍、抗磨副抽油杆、抽油杆自动旋转装置等先进工艺，减缓杆管偏磨，给偏磨短 命井的治理指明了思路。 出砂是油田开采过程中砂粒随流体从油层中运移出来的现象，是油井生产中所面临 的困难之一，出砂不仅会导致油井减产或停产以及地面和井下设备磨损，而且会加剧套 管损坏、严重时可能导致油井报废，因此进行出砂预测及治理方案研究就显得尤为重要。 通过对防砂种类的介绍，防砂方法选择上的阐述，防砂效果的评价为防砂工作的开展提 供了理论基础。 抽油泵失效也是“短命井”频发的主要形式之一，针对含气量大，矿化度高，含硫 山东大学硕士学位论文 化氢腐蚀、水敏、能量差、结蜡的区块，对抽油泵的基础件进行材料改进，通过材料的 改进，强度和抗腐蚀性能大大提高，有效地减少了“短命井”的数量。 过防项冲砂工艺技术的应用，一方面套管变形严重导致油水井套管缩径井、套管串 漏返水井增多，从而目前卡封技术不能对油井高压差高含水井、油水井封缩径井、套管 腐蚀结垢油水井、层间差异大分采分注井、油水井套漏封串井实现长期有效卡封的问题， 另一方面解决了管柱复杂，后续措施实施带来隐患。 关键词：短命井偏磨防腐防砂免修期 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t s h e n g l ip r o d u c t i o ns e c o n dd i s t r i c to fs h e n g t u on i n g h a io i l f i e l d4 0y e a r so fe x p l o r a t i o na n d d e v e l o p m e n t ，s e c o n dd i s t r i c to fs h e n g t u oo i l f l e l de n t e r si n t oh i g hw a t e rc u t , n i n g h a il a t e r , r e s t r i c t e db y d e v e l o p i n gh i g l lw a t e r , h i g hc o n t a i na r e n a c e o u s ，h i g hs a l i n i t ym e d i u m ，t h ep u m pa n dp o o rh a n gd e e p ，w e l l c o n d i t i o n s ，r e s u l t i n gi nt h ec o m p r e h e n s i v ei n f l u e n c ef a c t o r sa r ee x p o u n d e d ，p a r to fs h o r t - t e r mo i lw e l l s ， f r e q u e n th o m e w o r k ，c o n s t r a i nt h ec o m p r e h e n s i v ee c o n o m i cb e n e f i to f o i l f i e l dd e v e l o p m e n te n h a n c e m e n t i nr e c e n ty e a r s ，t h r o u g hd e t a i l e dt e c h n i c a lm a n a g e m e n t ，s 缸- e n g t h e n i n gt e c h n i c a li m p r o v e m e n t ，e x p o u n d e d t h ed o w n w a r dt r e n di no i lw e l l s ( g o tb e t t e rc o n t r o l ，h o l d e rh a se x t e n d e dp e r i o do fo i l ，b u ts t i l ln ob i g c h a n g e t h e r e f o r e ，w em u s tt a k ec o m p r e h e n s i v em e a s u r e st op r e v e n t w e l l ，i no r d e rt oa c h i e v es h o r t 1 i v e d i m p r o v et h ee c o n o m i ce f f i c i e n c y t h i sa r t i c l et h r o u g ht os u c k e rr o d ，s ob i a s e dw e a rg o v e m a n c ef r o mo i ls t e mt u b ec a u s e db i a s e dw e a r r e a s o n ：s t r i n gs t r u c t u r e ，p r o d u c t i o np a r a m e t e r s ，p u m ph a n gd e p t h ，p r o d u c e df l u i dp r o p e r t i e s ，w e l l c o n d i t i o n so nf i v ea s p e c t so fad e t a i l e da n a l y s i s s t r i n gs t r u c t u r e ：w h e na s s e m b l ya n c h o r i n ge a s i l yc a u s e s s t r i n gb e n d i n g ，l e a dt os t e mt u b ep a r t i a lg r o u n d ；s t r i n go nt h es e r i e sp a c k e r , t h em o r es e r i o u st h em o r e e c c e n t r i cw e a r p r o d u c t i o np a r a m e t e r sa s p e c t s ：t h es a m ep u m ph a n gt h e p r o d u c t i o np a r a m e t e r s ，s u c k e rr o d c o l u m ni n e r t i a ll o a da n dv i b r a t i o nl o a do fs u c k e rr o d ，t h eg r e a t e rt h ee f f e c to fs t a b i l i t y , t h eg r e a t e rt h e b i a s e dw e a ro c c u r r e ds t e mt u b e ，t h eh i g h e rt h ef r e q u e n c y p u m ph a n gd e p t ha s p e c t s ：w h e nt h ep r o d u c t i o n p a r a m e t e r sm u s t ，p u m pt h ed e e p e r , h a n gt h es u c k e rr o dc o l u m ni sa l s om o r ee a s i l yo c c u rb e n d i n ge c c e n t r i c w e a ri n s t a b i l i t y o u t p u tf l u i dp r o p e r t i e sa s p e c t s ：o u t p u t ，t h eg r e a t e rt h el i q u i dt h r o u g hl i q u i dv i s c o s i t yo fa l l f r i c t i o n a lr e s i s t a n c e ，s w i m m i n g ，t h em o r ei ti sa p tt oc a u s et h er o ds t r i n ge c c e n t r i cw e a rb e n d i n gh a p p e n ； s a n dc o n t e n to fp r o d u c e df l u i d ，t h eg r e a t e rt h ep l u n g e rp u m pc y l i n d e rw i t ht h ef r i c t i o nb e t w e e nt h er o d s t r i n g ，t h eg r e a t e rt h er e s u l t i n gd o w n s t r e a mr e s i s t a n c ei sl a r g e r , t h eo c c u r r e n c eo fi n t e n s i f y i n gt h ee c c e n t r i c w e a r w e l lc o n d i t i o n sa s p e c t s ：a z i m u t ha n dc o o r d i n a t e sc h a n g eb i gw e l l s ，e a s yt oc a u s et h es t e mt u b e e c c e n t r i cw e a rc o n t a c to c c u r r e d ；p u m pd e e p e rt h a ns h a f t si n f l e c t i o np o i n tt h a th a n gt h ed e e p e r , s l a n tp u m p h a n gg r i n d i n gt h em o r es e r i o u s t h e n ，t h r o u g ht h eb a s em a t e r i a la n df i e l dd a t aa n a l y s i sb ys t e mt u b ej u d g e t h ee c c e n t r i cw e a rl a yw e l l s ，c a u s e dm a i n l ya l i g n m e n tc a u s e sc o m b i n ee x i s t i n gt e c h n o l o g y ，g i v es p e c i f i c t e c h n o l o g i c a lm e a s u r e st om a n a g e m e n t t h eh i i g hd e g r e eo fc o r r o s i o nc a u s e db ye c c e n t r i cw e a r , i m p l e m e n t r e g u l a rg a lc o r r o s i o ni n h i b i t o r , a tt h et u b i n gs u r f a c ea n ds u c k e rr o ds u r f a c ef o r m i n gt h i c k e ro fl u b r i c a n t ， b o t hr e d u c ec o r r o s i o nf u n c t i o n ，a n das l o w i n gl u b r i c a t i o n ，e c c e n t r i cw e a rs t e mt u b e a c c o r d i n gt ow e l l ! i i 山东大学硕士学位论文 c o n d i t i o n sc a u s ep a r t i a lg r i n d i n gt e c h n o l o g y ：u s et w o - w a yp r o t e c t i o ns u c k e rr o da r es e t t i n gu p ，a n t i - w e a r v i c es u c k e rr o d ，s u c k e rr o da u t o m a t i c a l l yr o t a t i n gd e v i c ee t ca d v a n c e dt e c h n o l o g y , s l o ws t e m t u b e c c c e n t r i cw e a rw e l l g i v es l a n tg r i n d i n gp o i n t e do u tt h eg o v e r n a n c eo fs h o r t - l i v e dt h i n k i n g t h es a n di so i l f i e l de x p l o i t a t i o np r o c e s si no i ll a y e rw i t hf l u i df r o ms a n d ，i st h ep h e n o m e n o no f m i g r a t i o no u to fo i lw e l lp r o d u c t i o n ，o n eo ft h ed i f f i c u l t i e sf a c e db yo i l 舶m s a n dw i l ll e a dn o to n l yt oc u t p r o d u c t i o na n dg r o u n da n du n d e r g r o u n do re q u i p m e n tw e a ra n dt e a r , b u te x a c e r b a t et h ec a s i n gd a m a g e , s e r i o u sw h e nm a yr e s u l ti no i lw e l l sa r oo u t ，s os c r a ps a n dp r e d i c t i o na n dm a n a g e m e n ts c h e m er e s e a r c h e s a l ep a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fs a n dc o n t r o lt y p eo nc h o o s i n g4 1 9 t h i sm e t h o d f o rt h ee v a l u a t i o n ，s a n dc o n t r o le f f e c tc a p p a b i l i t yw o r kd e v e l o p m e n tp r o v i d e st h e o r e t i c a lb a s i s p u m pf a i l u r ei s ”w e l l ”f r e q u e n ts h o r t 1 i v e d ，a c c o r d i n gt oo n eo f t h em a i nf o r mo fc o n t a i n i n gt h ed e c e n c y , h i g hs a l i n i t y , h y d r o g e ns u l f i d e - b e a r i n gc o r r o s i o n ，w a t e rs e n s i t i v i t y , e n e r g yi sb a d , t h ep a r a f f i n t ob l o c k , p u m pi m p r o v e m e n tb a s e do nm a t e r i a l ，t h r o u g ham a t e r i a li m p r o v e m e n t ，s t r e n g t ha n dc o r r o s i o n r e s i s t a n c e g r e a t l yi m p r o v e d ，e f f e c t i v e l y r e d u c et h en u m b e ro f w e l l 洲s h o r t - l i v e d t h ef r o n t i e rt o pa p p l i c a t i o no fb l a s t i n gt e c h n o l o g y , o nt h eo n eh a n d ，c a s i n gd e f o r m a t i o ns e r i o u s g a u s et h eo i lw e l l sc a s i n gs h r i n kd i a m e t e rw e l l ，t h ec a s i n gs t r i n go fl e a k a g e c u r r e n tm u l t i p l i e d ，t h u sr e t u r n s w e l l st os e a lt e c h n o l o g yc a nn o to i lc a r dc o n t a i n i n gw e l l s ，h i g h - p r e s s u r ed i f f e r e n c eh i g ho i lw e l l ss l i n g s h r i n kd i a m e t e rw e l lc a s i n ga n ds c a l i n go i lw e l l s ，c o r r o s i o nl a r g ed i f f e r e n c eb e t w e e nl a y e r si ns e p a r a t e i n j e c t i o nw e l l s ，p o r t i o no fs e a ll e a k a g eo fo i lw e l l sw e l ls e a l e da c h i e v el o n g - t e r me f f e c t i v ec a r d ，o nt h e o t h e rh a n ds o l v e ds t r i n gc o m p l e x ，t h es u b s e q u e n tm e a s u r e st oi m p l e m e n tb r i n gh a z a r d k e y w o r d s ：s h o r t - l i v e dw e l l s e c c e n t r i cw e a l a n t i c o r r o s i v es a n dc o n t r o lu n d e r g r a d u a t ep e r i o d i v 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t c o n t e n t i a b s t r a c tinc hin e s e i a b s t r a c tine n g lis h i c h a p t e ro n e ：in t r o d u c t io n 1 1 1t h ep u r p o s eo ft h er e s e a r c ha n dm e a n in g 1 1 2t h ed o m e s t i ca n df o r e i g nd e v e i o p m e n tp r e s e n ts i t u a t i o n 2 1 3t h e r e s e a r c hc o n t e n ta n dt e c h n ic alr o u t e 4 1 4t h e m a i n w o r ka c c o m p i i s h e da n dp a p e r sh a v ey i e i d e dp o s i t i v er e s u i t s 4 c h a p t e rt w o ：s u c k e rr o db r e a kf a ii u r ea n a i y s i sa n dm a n a g e m e n t 5 2 1 s u c k e rr o df a i l u r ef o r m sa n df e a t u r e s 5 2 2 s u c k e rr o de c c e n t r i cw e a rc a u s es u c k e rr o db r o k ec a u s ea n a l y s i s 5 2 3 s u c k e rr o df a i l u r em a n a g e m e n t 1 3 2 4 c o n c l u s i o na n du n d e r s t a n d i n g 1 8 c h a p t e r t h r e ep u m pf a ii u r ec a u s ea n n i y s i sa n dm a n a g e m e n t 1 9 3 1 p u m pf a i l u r ec a u s e “e p h e m e r a lw e l l c a u s ea n a y s i s 1 9 3 2 p u m pf a i l u r em a n g e m e n t ：1 3 3c o n c l u s i o na n du n d e r s t a n d i n g 2 6 c h a p t e rf o u r0 i1 w e iio u to f s a n dc a u s a ia n a i y s i sa n dm a n a g e m e n t 2 7 4 1 0 i 1w e l lf r o ms a n dt oc a u s e “t h es h o r t - 1 i v e dw e l l 2 7 4 2 s a n dc o n t r o lc l a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c s 2 8 4 3 s a n dc o n t r o lt h ec h o i c eo fm e t h o d s 。2 9 4 4 s a n dc o n t r o le f f e c te v a l u a t i o n 3 1 c h a p t e rfiv es e ai o fj a m s “t h es h o r t iiv e dw eii 3 3 5 i c u r r e n t l yc o n g e s t i o np r o b l e m s 3 3 5 2 m i n i n gs t a t u s 3 4 5 3 t e c h n i c a li d e a sa n dr e s e a r c hc o n t e n t 3 6 5 4 a p l i c a t i o ne f f e c ta n de c o n o m i cb e n e f i te v a l u a t i o n 4 3 5 3c o n c l u s i o na n du n d e r s t a n d i n g 4 4 c h a p t e rs ixs u m - u p 4 ； r e f e r e n c e 4 7 t h a n k s 5 0 c a t alo go fs c i e n c ep a p e ris s u e di nd e g r e e 5 l 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 胜利采油厂胜坨宁海油田经过四十多年的勘探开发，胜坨、宁海油田进入高 含水开发后期，由于受高含水、高含砂、高矿化度介质，以及泵挂深，井况差等 因素的综合影响，导致油井免修期短，部分井频繁作业，严重制约着油田开发综 合经济效益的提高了。 近年来，通过细化技术管理，加强技术改进，油井免修期下滑的趋势得到了 较好的控制，油井免修期逐年延长，但仍然没有大的改变。因此，必须采取综合 措施治理“短命井 ，以达到提高经济效益的目的。 1 2 国内外发展现状 1 2 1 国内发展现状 目前国内各个油田和采油厂对短命井的定义各有不同，根据胜利采油厂生产 实际，短命井定义是指生产周期在9 1 天至2 0 0 天的油井和生产周期小于9 0 天的 返修作业井。 国内各油田在治理短命井工作都投入了大量的人力和物力进行了相应的工 作，在治理短命井上取得了重大进展并成为施工工艺中重要的技术措施，但对于 短命井综合治理上研究比较少，只有针对某个短命井的失效而相应采取的技术措 施，对短命井产生的机理和规律研究比较少，如何采取相应的治理措施，带有盲 目性，造成大量的人力、物力浪费。 随着油田开发水平的提高、油井开采工艺技术的发展和化学工业的进步，短 命井治理技术已向多元化方向发展，并已逐渐成为提高油井生产周期、维持油井 产量的一项重要技术。 目前在国内短命井的治理上主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 、对油管杆偏磨的治理。 现阶段管杆偏磨是造成抽油杆柱断脱的主要原因，占全部抽油杆失效总数的5 0 左右，治理的措施目前有以下几个措施： 、减缓偏磨现象。由于井况造成抽油杆偏磨现象不可避免，但合理使用偏磨工 艺、回升地层压力、合理控制油井沉没度、适当上提油井泵挂，可有效减缓抽油 杆偏磨现象 、防止腐蚀。加缓蚀剂是解决油井抽油杆腐蚀的一种有效方法，它可在金属表 山东大学硕士学位论文 面形成致密薄膜，以达到保护金属的目的。同时还可采用防腐抽油杆。 、合理设计抽油杆柱。在设计抽油井方案时，合理设计抽油杆柱，调整抽油杆 柱的排列顺序和组合级别。采取下加重杆的方法，防止下行过程时抽油杆弯曲， 避免抽油杆与油管内壁磨损，减少抽油杆断脱。【2 1 ( 2 ) 、国内防砂工艺类型 、机械防砂工艺技术 、化学防砂工艺技术 、砂拱防砂工艺技术 4 ( 3 ) 、抽油泵改进 、对抽油泵基础件进行防腐改进 、使用a o c 特种合金抽油泵3 1 、使用长柱塞防砂卡抽油泵【6 】 ( 4 ) 、对卡封工艺的改进和研究 、优化打塞工艺技术，简化封下采上油井的卡封管柱 、过防顶冲砂工艺技术的研究 1 2 2 国外发展现状 ( 1 ) 、对油管杆偏磨的治理 在国外根据杆状磨损缺陷的特点，建立了杆状磨损缺陷的槽深与被磨损的油 管截面积之间关系的数学模型。采用磁漏通法对杆状磨损缺陷进行定量测量，给 出了霍尔传感器的输出电压与被测油管的剩余平均截面积之间的线性数学模型， 检测系统对杆状磨损缺陷的定性检出率为1 0 0 ，杆状磨损缺陷的槽深定量检测精 度为0 5 m ( 2 ) 、防砂工艺的研究 出砂机理研究及出砂预测模型的发展历史较短。s t e i n m 首先引入了第一个重 要的技术概念，他将地层的剪切强度与油井的出砂机理联系起来，利用声波测井 技术的数据来建立出砂井与分析井生产状态之间的联系。此法的局限性在于油井 必须进行完井与试验，要求大量的出砂后才能获得可靠的数据，而未考虑油藏压 力衰减及产水的影响，并假定不存在油层损害，其结果只能反映生产中的瞬时问 题而无法预测将来的情况。t i x i e n 等人采用类似于s t e i n 的方法，利用测井资料 2 山东大学硕士学位论文 分析评价当前情况下的油井出砂，此法的主要缺陷是不能给出定量的结果，只能 判断油井是否出砂，故无法计算最大量的无砂产油速率。后来c o a t e s 等人提出了 “砂岩强度”测井模型，与前面模型不同，它是利用莫尔圆应力分析的方法描述 了出砂的可能性与井眼应力状态间的关系，可用于产水量不大的油井出砂预测。 ( 3 ) 、抽油泵的改进 在美国抽油泵的使用，是根据油井腐蚀介质的成分而选择抽油泵应用的种类； 油井中主要腐蚀介质由h ：s 、c 0 2 、0 2 、盐水、砂( 磨蚀) 等共五种成分。按其成分 及其含量的多少又可分为十九中类型：无腐蚀；腐蚀；严重h 。s ；严重h ：s + 腐蚀、 轻微h 2 s 、轻微h ：s + 磨蚀、严重c 0 2 、严重c 0 2 十磨蚀、轻微c 0 2 、轻微c 0 2 + 磨蚀、严 重h 2 s + c 0 2 、严重h ：s + c 0 2 + 磨蚀、轻微h 。s + c 0 2 、轻微盐水、轻微盐水+ 腐蚀；氧 气、轻微h 。s + c 0 2 + 磨蚀，严重盐水；严重盐水+ 腐蚀等；针对井下腐蚀情况以及油 井深浅程度选择泵型，并对泵简、柱塞、凡尔球座等基础相应地选择碳钢、低合 金钢、不锈钢、海军黄铜、蒙乃尔合金、铸钴合金、硬质合金等不同材料、采取 渗碳、氮化、镀铬、镀镍( 用于泵件螺纹部分) 、金属喷焊、永久性减摩剂等不同 工艺，来预防泵基础件的各类防腐n 引。 ( 4 ) 对卡封工艺的研究 对封隔器卡封工艺，仅卡封封隔器的种类多达四五十种，各种封隔器在油井 中卡封都有其各自的特点和实用性。起主要作用有以下几个方面： 、防砂卡封隔器。此种封隔器之上的油管、套管环形空间的砂子经沉砂接 头沉入封隔器之下，不会出现砂卡封隔器和堵塞油流通道的问题，避免砂堵引起 的油井作业和砂卡封隔器引起的大修作业，大大提高油井的经济效益 、多次打丢手封隔器。它的技术特征是一次管柱中能实现多次座封和解封， 多次改变堵塞位置，多次实现丢手和打捞作业，可以实现一种油( 水) 井的不压 井起下管柱新技术，这种技术比国内现有的不压井作业起下管柱技术具有更多的 优越性。生产管柱有漏失仍然能进行不压井作业时这种新技术的最大特点之一。 这种工具能在喷井、抽油井和注水井使用。 免释放自验封双作用封隔器。该封隔器组装方便，成功率高尤其适用于注 水井封层注水工艺。克服了用以损坏、解封困难、密封性能不好的缺点，提高了 封隔器的可靠性；通过专门的检查和试压后即可重复利用，降低了生产成本。 3 山东大学硕士学位论文 此外还有多种封隔器，随着工艺和设计技术的不断进步，封隔器的种类也日 新月异，不同国家和一个国家不同油田采取的卡封工艺也不相同。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 主要研究内容 ( 1 ) 对胜利采油厂胜坨宁海油田板块抽油杆偏磨进行系统的分析，并根据原因提 出减缓抽油杆偏磨的工艺措施、方法。 ( 2 ) 对胜利采油厂防砂工艺进行总结，并运用工艺解决目前小口袋井冲砂再次出 砂问题。 ( 3 ) 对抽油泵失效进行跟踪调查，找出失效原因，提出改进方法和措施。 ( 4 ) 对胜坨宁海的卡封工艺进行调查研究，找出卡封的新工艺解决目前遇到的卡 封问题 1 3 2 研究方法 ( 1 ) 对失效井进行跟踪调查，找出原因 ( 2 ) 结合目前的工艺措施，进行改进 1 4 论文需要完成的工作 ( 1 ) 对治理抽油杆偏磨工艺技术的研究，找出出治理偏磨短命井的工艺技术 配套治理模式。 ( 2 ) 对油井出砂进行研究，找出不同情况防砂的有效措施。 ( 3 ) 对抽油泵偏磨腐蚀调查研究，找出解决抽油泵带来的偏磨腐蚀问题。 ( 4 ) 对目前油井的卡封现状进行研究，找出解决办法 4 山东大学硕士学位论文 第2 章抽油杆断失效分析及治理 2 1 抽油杆断失效表现形式及特点 现场调查发现抽油杆断、主要表现为4 种形式： a ：加大过渡区断 b ：抽油杆本体断 c ：卸荷槽断 d ：大小头丝扣断 从表现形式中可以看出，抽油杆偏磨是导致短命井增加的主要因素之一，并 且偏磨具有以下几个特点： 一、从抽油杆断偏磨的部位来看，主要分布在泵上4 0 0 米以内和光杆以下4 0 0 米以内的范围，杆柱中部断寥寥无几。 二、从失效断裂的性质看，杆柱底部是交变载荷引起的疲劳断裂：杆柱上部 是因抽油杆损伤后，导致应力集中造成的断裂：其断口均比较整齐，没有缩径发 生。 三、随着油井矿化度提高，油井腐蚀日益严重，矿化介质与管杆接触，加快 管杆的腐蚀速度的同时，也加快了管杆的偏磨速度，从而导致油井免修期缩短， 造成短命井的形成。 2 2 抽油杆偏磨造成抽油杆断原因分析 以现场资料为基础，经综合分析研究，造成油管杆因偏磨而断的因素主要有： 管柱结构、生产参数、泵挂深度、井液性质、井况抽油杆管理等五个方面。 2 2 1 对管柱结构进行分析 2 2 1 1 生产管柱的锚定 在井内，由于管柱长，管柱越向上，收到的拉力就越大，为防止油管与油管 之间脱扣，对交变载荷比较严重的管柱进行锚定，而总成锚定的时候，容易引起 管柱弯曲，抽油杆在上下运动的过程中，导致管杆磨损造成偏磨。 2 2 1 2 生产管柱的封层开采 随着胜采油田的长期开采，卡封层越来越多，封隔器也越来越多。封隔器座 封后，泵上的油管处于压缩的状态，很容易造成油管弯曲，抽油杆在上下往复运 5 山东大学硕士学位论文 动的过程，抽油杆节箍与油管壁发生摩擦造成偏磨。对6 l 口带封隔器的油井进行 跟踪调查。 表2 1 封隔器级数与管杆偏磨关系情况统计 t a b l e2 一ls t a t i s t i c so f r e l a t i o n s h i pb e t w e e np a c k e rs e r i e sa n dt u b i n ge c c e i l t r i cw e a r 封隔器级数一级二级三级 平均坐封力( k n ) 6 0 8 07 0 9 09 0 1 2 0 调查井数( 口) 3 22 0 9 偏磨井数( 口) 91 06 占百分比( ) 2 8 5 0 6 7 由上表可以看出，分层开采座封的封隔器的级数越多，造成偏磨井数也越多。 2 2 2 对生产参数进行分析 在采油过程中，当抽油机向下冲程时，抽油杆作变速运动，所以将产生抽油 杆惯性力。同时，因为抽油杆的变速运动和交变载荷的共同作用下，又引起抽油 杆弹性振动。抽油杆长细比比较大，在运动中产生受压歪曲失稳。计算抽油杆底 部单根抽油杆压杆失稳弯曲的临界载荷】。 根据材料力学确定压杆临界载荷的欧拉公式： 弓= n x 2 f _ j ( 2 l ) 2 其中：e = 2 0 5 9 7 4 x1 0 4 m p a j ：7 1 d 4 6 4 ，所4 d 抽油杆直径，m 抽油杆单根长度，扰 表2 - 2 单根( 8 m ) 抽油杆的临界载荷计算结果 t a b l e2 - 2c a l c u l a t i n gr e s u l to nt h ec r i t i c a ll o a do f s i n g l ej o i n ts u c k i n gr o d 抽油杆直径( m m ) 2 52 21 9 临界载荷( n ) 1 6 09 05 0 ( 2 - 1 ) 下面以# 4 4 m m 和5 6 m m 深井泵为例，计算抽油杆柱下部受压失稳弯曲的阻力 p ，结果见表2 3 。 表2 - 3 抽油杆柱下部受压失稳弯曲阻力计算结果 6 山东大学硕士学位论文 t a b l e2 - 3c o m p u t a t i o n a ls o l u t i o no f b e a r i n gb e n dr e s i s t a n c 圮 a tb o t t o mo ft h es t r i n g o c e p h a l u so f r o d s 井深抽油杆直阻力 r a m ) s 以 日如)径d 聊)p ( n ) 4 4 2 0 18 0 0195 6 0 0 5 6 2 01 4 0 01 9 4 7 0 0 表2 2 中的数值大大小于表2 3 的阻力计算结果。因此，抽油杆柱底部第一根 将极易方式失稳弯曲。抽油机井中和点以下的抽油杆柱长度不可能小于8 m ，抽油 机井泵上第二根到中和点的抽油杆柱比底部第一根抽油杆更容易发生受压失稳弯 曲。这就从理论上解释了现场泵上5 0 0 m 均发生管杆偏磨，且在3 0 m - - 4 0 0 m 这段 偏磨特别严重的根本原因。从表2 4 中1 3 5 1 测试数据可以证明这一点：最大下行 阻力1 5 k n ，中性点位置6 0 0 米。 表2 41 3 5 1 井下行阻力测试数据表 t a b l e 2 - 4 t e s t i n gd a t ao fw e l l13 51d o w n w a r dd r a gf o r c e s 深度( m )9 0 08 0 06 0 04 0 0o 拉力( n ) 2 34 23 84 86 8 压力( n ) - 1 52 6o72 7 抽油杆柱引起惯性载荷乇。抽油机下冲程前半冲程时惯性力向上， 悬点最大惯性载荷【1 1 】为： i , a = l w 羔( ，一手) 式中：l 下冲程抽油杆引起的悬点最大惯性载荷，n ； 抽油杆柱长度；m 形抽油杆柱质量，； j 冲程，m ； 靠冲次，次分； 其引起的 ( 2 - 2 ) 7 山东大学硕士学位论文 ，抽油机曲柄半径，m ； ，抽油机连杆半径，m 。 利用公式( 3 2 ) 计算4 口井的抽油杆柱惯性载荷，结果见表2 5 。由表2 5 看 出，相同泵挂下，生产参数越大，特别是冲次越大，惯性载荷越大，对抽油杆稳 定性的影响越大。 表2 - 5惯性力计算井例 t a b l e2 - 5w r e nc 鹤骼o fi n e r t i af o r c ec a l c u l a t i o n 冲次( 次 杆柱单位 曲柄半径连杆半径惯性力 井号泵挂( m )冲程( m )重量 分) ( n n )( n 1 i n )( n ) ( ) 1 0 7 6 21 3 9 6353 5 31 2 0 03 0 0 06 1 9 1 1 8 91 4 9 336 53 61 2 0 03 0 0 01 1 4 2 11 4 41 3 7 93 65 53 5 91 1 4 44 2 0 01 0 9 6 t 6 2 2 9 l1 3 0 14 26 53 61 3 2 04 2 0 01 5 9 2 ( 1 ) 抽油杆柱的振动载荷e 。抽油杆弹性振动形成的阻力： e 丑a 戚n ( 差) ( 2 - 3 ) j u 也， 式中：e 钢的弹性模量，2 0 6 1 0 11 ； a 抽油杆中的声速，5 1 0 0 m s ； 1 ，一抽油杆下行速度，= 署； ，抽油杆