螺杆泵井杆管偏磨的治理

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抽油机井杆管偏磨成因分析及综合治理

抽油机井杆管偏磨成因分析及综合治理近年来,全国各大油田的抽油机井表现出来的偏磨现象越来越普遍,偏磨井数越来越多。

直井、斜井均存在偏磨现象。

偏磨危害形式呈现多样化。

造成油井维护工作量大大增加,大量杆管材料报废,增加了生产成本。

因此,归纳、分析、总结杆管偏磨的成因,研究综合治理偏磨的工艺技术,成为控制油田生产成本、实现降本增效的有效途径。

1、抽油机井杆管偏磨的主要危害抽油机井杆管偏磨的主要危害有以下三方面:第一,偏磨会致使抽油杆接箍的磨损,严重时造成抽油杆断脱。

若偏磨部位在抽油杆本体上,严重时会造成杆断。

第二,偏磨会致使油管以及油管丝扣的磨损,严重时,造成油管的漏失。

第三,偏磨会致使抽油杆断脱以及油管漏失双重因素导致的油井停产。

2、抽油机井杆管偏磨成因分析(1)井斜引起偏磨。

纵向上看,井筒在一定深度会出现弯曲、旋扭现象。

油管在自身重力的作用下自然下垂,但是受到井筒因素的干扰后,会产生弯曲以及旋扭。

因此,抽油杆在自身重力的作用下,必然会与油管发生接触。

在油井的生产过程中,由于抽油杆与油管之间会发生相对的运动,因此,在抽油杆与油杆接触的地方会出现摩擦。

引起井斜出现的主要原因分别为:自然井斜:在钻井过程中,钻头与井口的同心度随着钻井深度而发生改变,在深度越深的地方,同心度越差,因而产生井斜角。

人工井斜:受到油田开发技术的不断进步以及实际生产的需要,出现了越来越多的人工定向斜井。

客观上为偏磨的产生创造了更多的客观条件。

地层蠕变:随着油井生产时间延长,地层蠕变机地壳运动,使得井况进一步恶化,套管变形弯曲,形成“拐点”,引起偏磨现象的出现。

(2)杆管配合使用不当造成偏磨。

抽油杆的尺寸如果与油管的尺寸配合过小,势必会增大两者之间发生相互摩擦的概率,从而导致杆管偏磨现象的出现。

特别是在造斜点的附近,由于抽油杆的弯曲度相对较大,更加容易与油管发生接触,产生偏磨。

(3)产出液的影响。

随着油田开发进入中后期,油井的产出液含水越来越高。

抽油机井杆管偏磨主要原因及防治措施分析

抽油机井杆管偏磨主要原因及防治措施分析摘要：在石油开发的过程之中，抽油机正常工作的时候，抽油杆和油管等部位都会有相对的移动，移动就会产生摩擦，长时间的摩擦非常容易让杆管发生故障，一些杆管因此损坏，还有一些比较严重的直接断脱，上述这些情况都称之为偏磨，发生偏磨故障的时候抽油机将无法进行正常工作，需要停止工作，找到问题的原因并进行修复，这在很大的程度上影响了工作效率。

本文分析了抽油机井杆管磨损的主要原因，并提出合理防治对策，对于提高油田开发效益和采收率具有指导作用。

关键词：抽油机井杆管偏磨；主要原因；防治措施引言随着油田的不断开发，尤其是长期采用注水开发，而且大量实施增产增效措施，目前，油井生产面临着高含水、高矿化度、高含砂的严峻形势。

由于杆管偏磨造成管漏、断脱的情况频繁发生，杆管偏磨已成为油井检泵作业的主要原因之一，因此，加大杆管偏磨预防和治理，延长油井检泵周期，减少油井作业成本，已成为开发管理面临的一个重要课题。

1抽油机井杆管偏磨的主要原因1.1工作原理导致偏磨的出现抽油机井在上冲程工作中，液柱载荷会从油管中转移到抽油杆上，在中和点及以下的这段油管中，在卸载的过程中，就会产生弹性收缩，进而发生螺旋弯曲，因此在上冲程过程中，抽油杆和油管之间就会产生摩擦，甚至发生偏磨损伤。

这种接触摩擦如果不能很好的进行控制，容易导致抽油机光杆载荷的增加，甚至会出现剧烈的震荡，这种横向压力的加入，导致油管在上行时，摩擦阻力急剧增大，还会增加管杆偏磨损伤。

抽油机在进行下冲程运行时，液柱载荷会从抽油杆上转移到油管上，此时完成上述动作后，抽油杆就会进行卸载，进而出现弹性收缩，直接导致螺旋弯曲的问题发生。

构件在此基础上还会继续下行，柱塞和泵筒之间就会出现磨擦阻力，此外，液流在通过柱塞时，也会产生阻力导致摩擦严重。

对于这部分阻力而言，要比下部杆柱的载荷大很多，因此，在抽油杆柱的下部，很容易发生失稳弯曲，可见，两者之间存在的摩擦是不可避免的，是由其设计结构，运行原理所决定的。

抽油井杆管偏磨分析与治理(1)

抽油井杆管偏磨分析与治理（1）【摘要】对抽油井杆管偏磨原因进行了分析，提出开展防偏磨成型工艺研究及应用液力采油工艺技术等解决对策。

【关键词】采油设备杆管偏磨治理措施前言油田高含水期开发，致使抽油生产中杆管偏磨问题非常突出。

动液面的下降，抽油负荷的增大，抽油杆注、管柱的受力状况发生了较大的变化，下部抽油杆柱、管柱失稳弯曲造成偏磨。

含水的升高，润滑状况恶化，抽汲介质的腐蚀，砂、聚合物结晶等磨粒的增加，也进一步加剧了抽油井偏磨。

斜井、定向井偏磨问题更加突出。

一、偏磨原因与分析抽油机井杆管偏磨主要有三个方面的原因造成，一是井斜造成油管弯曲而导致杆管偏磨。

二是抽油杆柱在较大的轴向压力作用下导致杆管弯曲所造成偏磨。

三是产出液的腐蚀性介质加剧了偏磨。

具体来说：（一）井斜人为井斜。

随着油田开发和钻井技术的不断发展，斜井、定向井越来越多。

在造斜点附近，油管受井眼轨迹的影响产生弯曲。

若抽油泵在造斜点以下，造斜点处抽油杆与油管必然产生摩擦，导致杆管磨损。

自然井斜。

在钻井过程中，随着钻井深度的增加，钻头与井口的同心度出现偏差，井筒出现自然井斜，由此造成杆管磨损。

地层蠕变。

开发地层段在地下高温、高压和地面注水的影响下，这种地层发生蠕变，形成对套管的挤压作用。

这种压力在2000m以下井段中可达到190mpa以上，远远超过上覆地层岩石的压力，使原来较直的井眼轨迹发生变形成而弯曲。

另外，疏松砂层，油藏地区出砂严重，引起地应力和局部变化所产生的挤压力，也会使井眼轨迹发生变形，从而造成油管弯曲变形，在采油过程中导致杆管偏磨。

（二）杆管弯曲底部抽油杆弯曲。

抽油杆弯曲产生于下冲程，期间，抽油杆主要受两个方面的作用力，一是自身在液体中向下的重力，再就是活塞下冲程时受到向上的阻力。

阻力随着活塞直径、抽油杆在油管内的各种摩擦阻力、抽油泵冲次以及液体运动速度的变大而加大。

两个方向的力的平衡点，即中性点，在中性点以上抽油杆呈拉伸状态，中性点以下的抽油杆受压而弯曲，使抽油杆与油管发生偏磨。

水平井求产螺杆泵排液杆柱力学分析及防偏磨技术

水平井求产螺杆泵排液杆柱力学分析及防偏磨技术王金东;张帆;高一淇;丛蕊【摘要】In the process of horizontal wells seeking production,the screwrod string is liable to produce the phenomenon of eccentric wear due to motion characteristics and environmental im-pacts.In order to prevent drilling accidents and economic losses,a mechanical analysis for screw rod string in the process of horizontal wells seeking production is made.Adrain rod string finite element analysis model based on mechanical analysis results established and an anti-eccentric wearing measures about reasonable placement methods of guide apparatus and centralizers is pro-posed.Aiming at the practical example of oil field,ANSYS software is developed to calculate stress and deformation when the drain rod string under its dead load and to arrange reasonable placement ofguide?apparatus and centralizers according to the analysis results.With the com-parison of parameters of torque,stress,average contact force and average contact frequency before and after,it reveals this technology may effectively prevent eccentric wear of the drain rod string due to the oversize lateral displacement.%在油田水平井求产过程中，螺杆泵排液杆柱因受其运动特性及井内环境的影响极易发生偏磨现象。

螺杆泵井偏磨机理研究及治理对策

垂直 , 存在井斜角，抽油杆也如此。因此 , 造成了杆管之间的偏磨。随着井斜角增大 , 油管与抽油杆弯曲会更严重 , 杆管偏磨也逐步加剧。
2 、套管损坏和变形套管不同程度地损坏和变形 , 更使井下旋转抽油杆处在恶劣环境内 , 在工作中随时都可能造成抽油杆磨断或扭断等事故。套管内径小 , 易使驱动杆在弯曲状态下运转 , 也容易造成磨损。（二）油管弯曲由于螺杆泵抽油杆柱高速旋转运动时 , 为了防止抽油杆柱在运动中与油管发生碰撞 , 需要锚定地面驱动螺杆泵采油油管。油管锚在坐封时需要一定的坐封重力。而坐封重力将导致油管弯曲 , 坐封重力越大, 油管弯曲越严重 , 使得抽油杆与油管接触而发生偏磨。（三）含水率高原油含水率低时 , 管与杆的摩擦面形成良好的油润滑; 而含水率高时, 2 个摩擦面处于水润滑状态, 摩擦系数增大, 增加了 2 个表面的摩擦阻力 , 从而加快表面磨损 , 加剧油井的杆管偏磨。（四）质量偏心螺杆泵抽油杆柱在高速旋转时 , 抽油杆为均质量的细长杆柱。由于杆柱质量偏心和惯性力的作用 , 使细长的抽油杆柱不可能保持竖直状态 , 而会产生侧向位移。一方面 , 这些侧向位移在旋曲作用下将引起离心力 , 进一步加剧侧向位移的产生 ; 另一方面 , 抽油杆柱在弹性作用下将产生恢复力 , 减少侧向位移的产生。当离心力大于恢复力时 , 抽油杆柱的侧向位移将会逐步增大 , 导致抽油杆柱与油管壁产生接触 , 使得杆管发生偏磨。若没有油管柱约束, 抽油杆柱将丧失承载能力[ 4 ] 。三、偏磨防治方法（一）控制井斜角在钻井中, 井斜角对抽油杆、油管偏磨影响较大。因此 , 要尽量控制井斜角不能过大, 以防改变杆管的受力状态, 增加偏磨。（二）控制坐封需要封层的油井应使用低坐封载荷封隔器( 坐封载荷为 2 0～4 0k N) [ 5] 。同时, 配套使用坐封吨位控制器, 使泵上油管处于受拉状态 , 这样可防止泵上油管因受压而弯曲 , 从而减轻管杆偏磨。也可以采取一些新型锚定装置直接锚定油管 , 从根本上避免油管弯曲。（三）使用扶正器使用扶正器是解决螺杆泵偏磨的有效途径。抽油杆柱在旋转过程中全程受拉, 装置扶正器可有效减少驱动杆柱与油管内壁的磨损、振动 , 提高驱动杆柱的寿命。扶

浅谈抽油井管杆偏磨原因及防治措施

块、不同开发方式、不同井况和油井偏磨腐蚀程度的不同，开展偏磨油井综合治
理攻关。
采用ＸＳ系列油层保护器进行油管锚定技术，减少油管蠕动，达到提高泵
效、减少杆管偏磨的目的。针对腐蚀严重的油井，配套应用防腐耐磨抽油泵，提
高了泵效；在腐蚀严重的井上配套阴极保护和固体缓蚀剂防腐技术；利用优化设计技术，在满足提液要求的前提下，和优化软件相结合，选择合理的机、杆、泵、管、沉没度配置，减少生产参数对偏磨的影响；利用井筒陀螺测井斜和油管损坏在线检测等测井辅助工艺，确定井深结构现状，及时变更方案，提高防偏磨的准确性；及时实现工艺转向，推广螺杆泵采油技术。同时配套应用连续杆、高强度杆、内衬油管等防偏磨工艺，提高防偏磨效果。
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浅谈抽油井管杆偏磨原因及防治措施
赵芳赵丽
（胜利油田孤 ຫໍສະໝຸດ 采油厂垦西管理区）［摘要】在对抽油井管杆偏磨资料统计的基础上，分析了影响抽油井管杆偏磨的诸多因素，认为管杆偏磨不仅与井斜有关，还与沉没度、含水、抽汲速度等因素有关。提出了防止或减轻偏磨的措施，为今后抽油井的管杆偏磨防治提供了依据。［关键词］抽油井，管杆偏磨；影响因素ｔ防治措施中图分类号：ＴＥ９３３．２０７文献标识码：Ａ文章编号：１００９ — ９１４Ｘ（２０１３）０９－００７５一Ｏ１

螺杆泵故障原因分析及对策

一、螺杆泵采油工艺简介 (2)二．螺杆泵的分类 (2)2.1单螺杆泵 (2)2.2双螺杆泵和多螺杆泵 (2)2.3 排量 (3)2.4 功率 (3)三、螺杆泵的基本工作原理以及结构 (4)3.1 (4)3.2 (5)3.3 (6)四、螺杆泵性能特点 (6)五．螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程 (8)5.1、螺杆泵的转速选用 (8)5.2、螺杆泵的品质 (8)5.3、确保杂物不进入泵体 (9)5.4、避免断料 (9)5.5、保持恒定的出口压力 (9)六、单螺杆泵输送脱水干污泥的应用实例 (10)6.1 两个工程实例 (10)6. 2 泵的选用 (12)6.3 输送管道 (13)6. 4 寿命与经济性 (14)6.5 前景瞻望 (15)七、螺杆泵采油故障原因分析 (15)八、对策 (17)摘要介绍了螺杆泵的分类、结构、工作原理和特点。

螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程。

分析了大排量螺杆泵井杆、管磨损原因，即主要由螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，并提出了优化下泵参数、杆泵优化匹配及全井扶正技术，采取井下安装单流阀、井口安装放气阀等技术措施，是解决抽油杆反转造成杆脱的有效方法，可降低杆、管磨损发生几率，应用效果明显。

对其在古城油矿使用过程中出现的问题进行分析，并提出相应的对策。

关键词：螺杆泵；原理；故障分析；对策一、螺杆泵采油工艺简介螺杆泵作为一种油田采输工艺技术，是一种行之有效的采输手段，广泛应用于采油生产，而且被广泛应用于油田地面油气集输系统。

这一切均取决于其对于输送介质物性有着优越的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好的解决普通容积泵所面临的气蚀、气锁、砂卡问题，达到很高的效率。

二．螺杆泵的分类螺杆泵按螺杆数量分为。

单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵。

双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。

2.1单螺杆泵是一种单螺杆式输运泵,它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。

抽油机井杆管偏磨分析及防治

抽油机井杆管偏磨分析及防治作者：李晓林姜延礼董国富来源：《中国科技博览》2013年第18期中图分类号：TE933摘要：由于多年的强注强采抽油机井下管杆偏磨严重、管杆断脱事故增多，本文针对抽油井井况和井下管杆偏磨原因及特征，通过对管杆偏磨机理及几种防偏工具的分析，按偏磨类型，分别提出了综合配套治理方案。

主题词：抽油杆管、偏磨防偏磨在有杆抽油机的所有部件中，抽油杆是整个系统的薄弱环节。

一旦它在工作中出现断脱故障，将迫使油井停产，进行维修。

根据有关文献的统计结果，大庆油田抽油机平均每年因抽油杆断脱故障进行修井检泵的井次占修井检泵总次数的12%以上。

1 杆管偏磨机理造成杆管偏磨的原因主要有含水率、油井生产参数、沉没度及杆、管材质、腐蚀等多个方面。

1.1 油井生产参数对管杆偏磨的影响在抽油机井生产过程中，冲程、冲次、杆柱组合等参数选择合适时，理想状态下抽油杆的全部重量应该加载到抽油机驴头上，抽油杆行进速度与驴头速度同步，抽油杆柱始终处于拉伸状态。

事实上，抽油杆柱受井液阻尼作用和各类摩擦力及杆柱组合不合理造成的杆柱受力状态不同，相当一部分抽油杆滞后于驴头的运行速度，特别是采取高冲次，将加剧弯曲变形的程度和接触频率，从而加剧了杆管的偏磨。

上冲程时：液柱载荷由油管转移到抽油杆上，中和点以下的这一段油管因卸载而发生弹性收缩产生螺旋弯曲，所以上冲程时油管、抽油杆相互接触摩擦造成偏磨损伤，这种相互接触摩擦不但增加了抽油机光杆载荷，抽油杆接箍通过油管接箍时还会产生强烈的震荡，随着产生振动载荷的同时又增加了抽油杆上行时对油管的侧向压力，这种侧向压力不但增加了上行的摩擦阻力，还加剧了管杆的偏磨损伤。

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，因此抽油杆柱下部容易出现屈曲而发生失稳弯曲，导致下冲程时油管、抽油杆相互接触摩擦。

油井管杆偏磨原因分析及防治措施

和点以下抽油杆几乎全部处于受压状态，
产生失稳屈曲变形，弯曲变形的抽油杆与油管发生接触磨擦，进一部加剧偏磨的严重性。泵径越大，抽油杆下行受到的阻尼越大，抽油杆发生弯曲变形的大概性越大，杆管偏磨几率也越大。２．２管杆腐蚀磨损研究２．２．１产出液介质的影响油井综合含水的上升使产出液相由油包水型转换为水包油型，油管与抽油杆之间的接触面由于失去原油的润滑保护而磨损速度加快并且；由于温度高且富含矿物质、ＣＯ：．Ｈ２ｓ腐蚀性气体、Ｈ、Ｃ１一及细菌等腐蚀介质产出水与管杆直接接触，使其产生腐蚀。ＣＯ含量越高，产出水中产出的Ｈ＋越多，ＰＨ值越低。产出水显弱酸性，井管杆的防偏磨技术的研究是刻不容缓腐蚀性强。并且产出水中Ｈ２ｓ与铁化学反的，对油田的正常生产和经济效益的实现应生成ＦｅＳ和Ｈ：．对管杆产生氢脆腐蚀。将具有十分重要的作用。２．２．２综合含水的影响２抽油井管杆偏磨、腐蚀机理分析油井采油量的不断开采，油层内含油２１管杆弯曲接触产生偏磨量逐渐减少，在产出液中水份含量越来越２．１．１井斜引起偏磨高，当油井产生液含水率大于７４．０２％时，油井的井身不直时，抽油杆与油管之产出液转换为水包油型，这样油管和抽油间的接触机率就较大，从而极易造成严重杆表面都失去原油的保护作用，水直接接的摩擦，并导致损坏，同时，其磨损度也随触抽油杆与油管表面，导致抽油杆和油管着油管的倾斜角度的增大而增加。内壁的腐蚀性增加，磨损情况会越来越严２．１．２底部抽油杆弯曲磨损研究重。抽油井下冲程是抽油杆中性以下部２．２．３缝隙腐蚀和冲蚀明显分会因各种阻力弯曲而与油管偏磨。下冲水对抽油杆、油管丝扣连接处都具有程时，中性点以上抽油杆呈拉伸状态下强腐蚀性，同时油管公扣外缘在产出水的部抽油杆弯曲致使抽油杆与油管发生偏不断冲刷下，很容易老化，导致油管断脱、磨。刺漏。从实际发生的现场数据可以看出，２．１．３油管蠕动引起的偏磨产出液越多的油井其冲蚀现象越严重。假设油管未经锚定，在交变载荷作用３防治措施下震动的油管也会加剧与抽油杆的偏磨，在实际对预防和治理抽油机井杆管还会与套管偏磨。油管弯曲造成的偏磨主偏磨的处理问题上，多采用抽油杆扶正要限制于泵上部附近，即中性点以下到泵器、油管锚定装置、加重杆、旋转井口等多位置。中性点位置又与泵以下尾管长度油种办法相结合的措施来进行治理。管。若尾管加长，则泵下的重量加重，就可３．１减少井眼轨迹偏斜的影响以弯曲应力抵消。井眼轨迹偏斜对杆管偏磨的影响较２．１．４生产参数对偏磨有影响为普遍，井眼轨迹偏斜使杆管的受力发生冲程，冲次，沉没度以及泵径都会影改变，增加偏磨机率，在采油生产中，对偏响管杆偏磨。实际生产中，抽油杆下行受斜或是由于地层蠕动而导致套管变形影到井液的阻尼作用、杆管以及柱塞与泵同响严重的井，可采用其它无杆泵采油，对之间摩擦阻力。于供液充足、能量较高的井采采取上提泵为了提升产液本领，由于生产参数不持深度，避开变形处等方法。杜绝杆管偏合理，相当一部分油井由于冲次过快，抽磨的事情发生。油杆下行速度于驴头的运动速度，造成中３．２制定合理的工作参数

抽油机井管杆偏磨分析与防治措施

抽油机井管杆偏磨分析与防治措施[摘要]抽油机井在生产过程中，井下油管与抽油杆偏磨严重，杆断率增大，作业井次明显增加，影响油井生产，同时作业费用增加，使得采油成本加大，给油田开发造成了较大的经济损失。

本文针对此问题，分析了杆管偏磨的各种原因，以及影响偏磨的各种因素，指出了杆管偏磨是机械偏磨，腐蚀磨损和砂粒磨损联合作用的结果，提出了杆管偏磨的防治措施。

从而大大减轻或从根本上消除管杆偏磨现象，达到控水增效的目的。

[关键词]抽油机井杆管磨损分析防治措施中图分类号：te985.6 文献标识码：te 文章编号：1009―914x （2013）22―0327―01一、管杆偏磨的原因及特征分析1.沉没度的影响水驱正常生产时的抽油机上冲程时，在沉没压力和柱塞抽吸作用下，泵游动阀关闭，固定阀打开，泵呼入液体。

当沉没度高时，沉没压力增大，泵入的吸入压力也增大，使抽油杆受到一个向上的顶力：沉没度高，会导致抽油杆弯曲，造成杆管偏磨加剧。

水驱2.井身结构生产油井有直井和斜井两种，对于斜井，在造斜点一定范围内，油管是弯曲的，抽油泵一般安置在造斜点以下，因此在造斜点处抽油杆与油管必然发生摩擦，导致杆管磨损。

3.工作载荷抽油机运行中，抽油杆柱受交变载荷的影响产生弯曲变形，从而造成杆管偏磨。

上冲程时，液柱作用在柱塞和杆柱上，杆柱受拉伸力，而油管承受自身重力、液柱与油管间的摩擦力，衬套与柱塞间半干摩擦力及吸入液体通过固定阀的液流阻力，4个力的综合作用加大了油管的变形，从而产生摩擦；下冲程时，液柱作用在油管上，使油管伸直，而抽油随自身重力，杆柱与液柱之间的摩擦力、衬套与柱塞半干摩擦力及吸入液体通过排出阀的液流阻力，此时，4个方向的力的平衡点为中性点，在中性点上，杆柱受拉伸直，4.抽油杆柱组合在外径为∮106mm，泵径∮70mm整筒泵中，抽油杆一般采用二级杆组合，最末级为直径∮19mm抽油杆，这种抽油杆刚度较低，抗疲劳能力弱，而且它又分布在抽油泵上与中性点之间。

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螺杆泵井杆管偏磨的治理
摘要：分析了螺杆泵井杆管磨损的原因，即杆管磨损除了受泵举升井液和流道间隙的影响外，还有杆柱震动和扶正器布置方式的影响。

对螺杆泵井抽油杆柱进行分析，并求解了螺杆泵井抽油杆柱在传递扭矩过程中产生的横向位移，确定了扶正器的安装位置。

为了监测螺杆泵工作状态，提高工作效率，判断故障原因，挖掘油井潜力，保障设备安全、可靠、有效地工作，提高螺杆泵井科学管理水平，有必要开展螺杆泵杆管偏磨的问题研究。

关键词：螺杆泵；杆管；偏磨
螺杆泵采油是近些年发展起来的一种先进的采油工艺技术。

因其质量轻、尺寸小、地面设备简单、适应粘度范围广、投资费用低、管理简便、排量调节方便、节能效果好等优点，并在油田逐步得到广泛的推广和使用。

特别是在开采高粘度、高含砂量和高含气量的原油中，螺杆泵更具有独特的作用。

随着油田开发的不断深入，螺杆泵独特的性能优势在油田生产中的作用越来越明显，已经成为油田的主要举升方式之一。

但由于杆管偏磨问题日益突出，因此对螺杆泵采油系统杆管柱进行力学研究是十分必要的，对完善其工作理论具有重要的实际意义。

1磨损原因理论分析
1.1举升液体
众所周知，液体在油管内被举升过程中，受流态变化影响，其流动摩擦系数不同。

在螺杆泵采油系统中，转速对液体流态变化起主要作用。

试验表明，在低转速情况下，环空管流内流动液体近似于层流状态，其摩擦阻力系数λ=C64R 在较高转速情况下，环空管流内流动液体表现为紊流状态，其摩擦阻力系数λ=C64R。

显然，螺杆泵转速越高，液体的流动所受摩阻越大。

流体运行表现为层流、紊流等状态进一步说明环空管内的流动阻力不仅与轴向雷诺数有关，而且与旋转效应有关，根据流体力学理论，流动阻力系数公式为：
而轴向雷诺数和旋转雷诺数又和转速之间有着正比例的关系。

显然，在螺杆泵采油系统中，随着转速增大，轴向雷诺数和旋转雷诺数增大，不仅会使抽油杆旋转摩阻增大，也会使液流上升流动阻力增大，从而使杆柱与油管发生碰撞接触的几率增大。

1.2流道间隙
根据粘性流体力学的理论，螺杆泵井正常运行时，杆柱旋转所受摩擦力矩可表示为：
式中：L—抽油杆长度，m。

由公式可知，油管中抽油杆柱旋转所受到的流体摩擦阻力矩与杆径有很大关系，当油管直径不变时，抽油杆旋转受到井液的摩擦阻力矩与抽油杆直径的平方成正比，增大抽油杆直径将会使流体摩擦阻力矩急剧增大。

计算结果表明，在76 mm油管内，抽油杆直径由28 mm增加到38 mm，杆旋转扭矩比原来约增加1倍以上。

同时，由于流道间隙变小，抽油杆柱与油管内壁产生滑动与滚动运动(即抽油杆柱与油管接触碰撞)的几率增大，也促使杆管磨损加剧。

1.3杆柱振动
根据螺杆泵的工作原理，由于转子在定子腔内绕偏心做行星回转运动，在螺杆绕轴线转动时就会产生周期性的激振力，由于结构限制，无法对它进行结构平衡，且其转动惯量很大，故泵在运转时振动很大，转动惯量和离心力越大，产生的振动越大。

设转子的质量为m，偏心距为e，则产生的离心力近似为：
它在水平方向和垂直方向的分量分别为Fcosωt和F sinωt。

显然，这是2个随时间变化的简谐力，在这2个力的作用下引起整个泵系统的振动，特别是大中排量的螺杆泵偏心距较大，其离心力也大。

因此，在较高转速下，杆柱振动也是造成杆管磨损的因素之一。

1.4扶正器布置方式
螺杆泵在运转过程中，杆柱还存在由离心惯性力所引起的弯矩，其计算公式为：
由上式可看出，螺杆泵工作时，离心惯性力所引起的弯矩不仅与转速n的平方成正比，也与两扶正器的间距ΔL的平方成正比。

因此，杆柱扶正器间距对弯矩影响较大，不安装扶正器或扶正器布置不合理时，离心惯性力引起的弯矩也就随之增加，必然导致杆柱弯曲，增加了磨损的几率。

2资料论证
统计表明，螺杆泵井抽油杆旋转产生的杆管磨损现象与抽油机井抽油杆往复运动产生的杆管磨损现象有一定的相似性，但磨损机理却不尽相同。

2.1磨损位置
统计了近两年磨损严重的48口井，从磨损位置看，杆管磨损段主要集中在400～900 m，见表1。

表1杆管磨损位置
2.2杆柱结构
统计了与76 mm油管配套的64口螺杆泵井检泵情况，从杆柱结构看，应用的25和28 mm实心杆、38和42 mm空心杆中，空心杆的磨损率明显高于实心杆，见表2。

表2杆柱磨损率
2.3螺杆泵转速
从螺杆泵转速看，转速大于100 r/min井的磨损率达47.5%，显然，高转速井的磨损率高于低转速井，见表3。

表3不同转速井的磨损率
2.4举升液体物性
从螺杆泵井举升液体物性来看，因杆管磨损而检泵的水驱螺杆泵井占水驱检
泵螺杆泵井的18.7%；因杆管磨损而检泵的聚驱螺杆泵井占聚驱检泵螺杆泵井的28.9%。

显然，举升液体粘度越高，杆管磨损越严重，见表4。

表4水驱与聚驱磨损井比较
3治理措施
通过上述分析，从理论上得到了螺杆泵井杆管磨损的原因，为制定合理的治理措施提供了基础。

3.1优化抽油杆柱扶正器
分析表明，防止螺杆泵井杆柱弯曲的最直接办法就是安装抽油杆扶正器，而合理布置杆柱扶正器是防止螺杆泵杆管磨损的有效手段。

假设扶正器之间的抽油杆以扶正器的中心线为轴做旋转运动，则杆柱任一微小侧向位移s将产生的离心力为：
而抽油杆在离心力作用下发生弯曲的同时，由于抽油杆柱自身的弹性恢复和轴向拉力迫使抽油杆柱变直，将使扶正器间抽油杆产生一恢复力，即：
式中：k—扶正器间杆柱的横向弯曲刚度。

根据杆柱发生旋曲的临界状态，则有得到抽油杆柱的临界转速为：
关于抽油杆柱间扶正器安放位置的计算方法很多，可求得螺杆泵井杆柱扶正器的优化布置方式。

由于聚驱井的沉没度高，液体黏度高，密度大，上顶力增加，导致抽油杆在液体中的重量降低，呈悬浮状态。

另外，受黏滞力的影响，抽油杆在转动时，与液体的磨阻扭矩增加，抽油杆呈蛇型旋转，导致偏磨。

从抽油杆扭矩情况分析，中和点下部下入加重抽油杆，使杆柱呈直线旋转，减少偏磨的现象。

另外，安装抽油杆扶正器减少偏磨，采用空心抽油杆避免运动失稳，具体计算公式：
式中：—扶正器间距，cm；—钢的弹性模量， 2.06×10kN/cm；—空心抽油杆外径，cm；——空心抽油杆内径，cm；g—重力加速度，m/s；—最下一级抽油杆截面积，m；—产出液体密度，kg/m；
在不改变抽油杆强度和传送扭矩的情况下，对于新井采用均匀非连续的安装扶正器措施。

例如120根抽油杆，按照常规每5根安一个扶正器，安装24个，可分为三段，每段40根，最下部每三根杆安装1个，中间每5根杆安装1个，最上部每10根杆安装1个，也是安装24个，也不改变杆柱的受力，同时可以加强下部杆柱的扶正效果，减少下部抽油杆及油管的偏磨现象。

目前某油田针对螺杆泵杆管磨损问题，采取的主要措施就是杆柱扶正，特别是对聚合物驱磨损严重的螺杆泵井，从理论与实践相结合出发，采取优化扶正措施，起到了较好的防磨损作用，聚驱螺杆泵井平均检泵周期由2008年的599d提高到2009年的655d。

3.2采用实心杆，缩小抽油杆杆径
螺杆泵举升液体与抽油机井和电潜泵井不同，在油管内，液体中的每个质点都循一条绕轴的螺旋线以一定的角速度和轴向速度运行，即在旋转和生产压差两种力作用下产生螺旋线流动。

特别是举升聚驱粘弹性流体，这种流动更为明显。

根据流道间隙与举升液体对杆管磨损的影响分析，在油管管径一定的情况下，提高抽油杆的强度以缩小杆径是一项防止杆管磨损的有力措施。

自2005年以来，在A油田试验了外壁加厚的实心锥扣SHY级工艺杆，提高杆的抗扭强度，以往GLB1200螺杆泵一般与38 mm空心杆匹配，经过室内试验，28 mm实心锥扣SHY 级抽油杆抗扭强度超过了38 mm空心杆。

近几年来，已经现场更换实心杆井近20口，更换检泵周期得到延长，最长正常运转周期已经达到1000d，现场测试运转扭矩比原来降低20%以上，轴向力降低25%，起到了较好的防磨损作用。

3.3降低转速
根据上述分析，螺杆泵转速与流体摩擦阻力矩、杆柱所受的弯矩和振动有关，适当降低转速可以提高螺杆泵系统的安全系数，也在一定程度上延缓了杆管磨损，但是举升相同的液体，低转速就意味着其它举升参数的增大，而且分析表明，当螺杆泵转速低于90 r/min时系统能耗升高明显。

因此，适当降低转速也是解决螺杆泵井杆管磨损的措施之一。

4结论与认识
针对螺杆泵井杆管偏磨问题，根据油田开发的实际情况和生产技术特点，分析了螺杆泵井杆管磨损的原因，杆管磨损除了泵举升井液和流道间隙的影响外，还有杆柱震动和扶正器布置方式的影响。

对螺杆泵井抽油杆柱进行分析并求解了螺杆泵井抽油杆柱在传递扭矩过程中产生的横向位移，确定了扶正器的正确安装位置。

参考文献：
[1]陈涛平，胡靖邦著.石油工程[M].北京：石油工业出版.2000.328-335.。