【正文】 從抽油機井泵徑、含水率、沉沒度以及抽汲參數(shù)對桿管偏磨的影響分析入手，得出了抽油機井的偏磨機理。抽油機井的防偏磨措施主要是采取扶正器、注塑桿等措施對抽油桿柱進行約束，應(yīng)用耐磨材料改善抽油桿接箍和油管的耐磨性，或者優(yōu)化油井工況改善抽油桿柱的受力等手段，實現(xiàn)對抽油機井偏磨的防治。partial abrasion mechanism。為確保油田穩(wěn)產(chǎn)的需要,抽油井泵掛已由開發(fā)初期的1200～1700m，加深至目前的2200～2600m，實現(xiàn)大機深抽生產(chǎn)，導(dǎo)致部分抽油井桿管偏磨現(xiàn)象日趨嚴重，管桿斷、卡、脫、漏檢泵井次大量增多。桿管偏磨不僅造成維護工作量急劇增大，增加作業(yè)成本，而且降低了油井生產(chǎn)時率和原油產(chǎn)量，每年因管桿偏磨而造成的經(jīng)濟損失達380萬元以上。1 第1章 桿管偏磨現(xiàn)狀 歡喜嶺油田抽油機井偏磨情況 對近年來的檢泵井進行分析統(tǒng)計，桿管偏磨主要體現(xiàn)在抽油桿體、接箍單側(cè)、扶正器單側(cè)、油管內(nèi)壁等,部分抽油桿有彎曲的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致抽油桿斷脫、油管磨漏、裂的問題出現(xiàn)。理論研究表明桿管磨損速度受井身結(jié)構(gòu)、桿管組合、生產(chǎn)參數(shù)、原油物性等諸多因素的影響，是各種因素共同作用的結(jié)果。（2）泵掛深度普遍較深隨著泵掛深度的增加，偏磨井數(shù)及其在同類井中所占的比例度增加。 抽油機井桿管偏磨危害] 在影響抽油機井正常生產(chǎn)的諸多因素中，偏磨是重要因素之一。偏磨一般會造成桿斷或管漏躺井。 （2）桿管報廢率提高,增加桿管費用。在正常情況下,抽油桿的破壞形式是疲勞破壞，理論上認為抽油桿的破壞次數(shù)為107次，但是在斜井中抽油桿受偏磨影響后,易發(fā)生應(yīng)力集中造成桿斷，大大降低了抗疲勞破壞的能力。 （3）影響油井套管使用壽命。當?shù)貙哟嬖趦A角時，還存在一定的剪切力。偏磨造成的套損盡管不是普遍現(xiàn)象，但一旦發(fā)生,造成的損失巨大，會造成油井報廢，注采井組破壞。所以分析偏磨形成的原因，研究偏磨的防治方法，就成為油田降低成本、提高產(chǎn)量的迫切任務(wù)。由于油井含水的上升惡化了抽油桿以及油管的受力和運行狀況，增大了桿管之間的摩擦系數(shù)，從而導(dǎo)致抽油桿柱在外載荷的作用下產(chǎn)生彎曲變形，發(fā)生了油井的桿管偏磨。 油井桿管偏磨的力學(xué)模型 在直井中，油井桿管偏磨的必要條件是抽油機井在下行程過程中抽油桿柱在油管內(nèi)發(fā)生彎曲變形。 圖21 油井桿管偏磨的力學(xué)模型圖 從圖21中可以看出，在抽油桿柱上存在一個中和點，中和點以上抽油桿柱的重力由懸點承受，中和點以下的重力與軸向壓力Fe相平衡。； ρr—抽油桿材料密度，kg/m179。； ρ—油井液體密度，kg/m179。s； m—油管內(nèi)徑（Dt）與抽油桿直徑（Dr）之比； u*—抽油機懸點運動加速度，m/s178。當油井供液不足而且沒有氣體影響或影響比較小時，柱塞下行程與泵內(nèi)液面接觸的瞬間將發(fā)生液擊現(xiàn)象，同時產(chǎn)生液擊力Fs，液擊力Fs加大了抽油桿柱底部的集中軸向壓力Fe。第二種公式由于參數(shù)較多，公式也相對復(fù)雜，這里推薦使用第一種。） （28） nv—抽油泵游動閥個數(shù)，目前常用的抽油泵的游動閥常見為1至2個，故 nv=1～2個； ?P閥—抽油泵游動閥的水力損失，Pa； K—修正系數(shù)，考慮由于抽油桿柱慣性的影響，在下沖程時的最大速度有所增加，造成游動閥中產(chǎn)生附加阻力而取的影響系數(shù) （29） 由于在抽汲過程中柱塞的速度是有變化的，因此泵閥的阻力損失也是變化的。當假設(shè)柱塞作簡諧運動時，柱塞的最大運動速度： （210）式中： Vp—柱塞運動速度，m/s； μ1—流量系數(shù)； ρ—井液密度，kg/m3； D—抽油泵柱塞直徑，m； d0—抽油泵游動閥閥座孔德直徑，m； S—沖程，m； N—沖次，min1； 流量系數(shù) μ1可根據(jù)下圖中 μ1=f（Re）試驗曲線求得。根據(jù)沖擊力學(xué)理論，液擊力可以由下式進行計算： （214）式中： Vs柱塞與液面接觸瞬間的運動速度，m/s； ra 聲音在抽油桿中的傳播速度，m/s； la 聲音在井液中的傳播速度，m/s； ρr抽油桿材料的密度，kg/m3。根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，可以建立油井桿管偏磨臨界載荷的計算公式[5]： （215）式中： k與約束條件對應(yīng)的系數(shù)；（其中第一種約束條件兩端鉸支情況下k=；第二種約束條件兩端固定情況下k=；第三種約束條件下端固定上端鉸支情況下 k=） E抽油桿材料彈性模量，N/m2； q抽油桿柱軸向分布力，N/m； I抽油桿的慣性模量，m4； （216） 抽油桿柱在油管內(nèi)下行的過程中，當抽油桿所承受的縱向彎曲載荷（相當于下行阻力）大于抽油桿柱的臨界載荷時，抽油桿柱就會彎曲失穩(wěn)，發(fā)生偏磨。抽油桿柱下沖程縱向彎曲載荷即抽油桿柱的下行阻力，用下式計算: Ww=柱塞與襯套間的摩阻+抽油桿與油管間的摩阻+中和點以下抽油桿在液體中的摩阻+中和點以下抽油桿節(jié)箍在液體中的摩阻對于目前常用的鋼質(zhì)抽油桿，其彈性模量 E 為常數(shù)，因此，臨界載荷僅取決于抽油桿柱的軸向分布力和抽油桿的直徑。 中和點位置的確定 根據(jù)油井偏磨的彎曲變形圖中可以得出，在井下抽油桿柱的任何一點上，必然受到向上的拉力Q和向下的壓力 Fe，油井存在偏磨時，在抽油桿柱上必定存在既不受拉也不受壓的一點，這點稱為中和點，設(shè)中和點距泵的距離為X2，那么 X2就意味著油井抽油桿柱受壓段的長度，或者說是油井偏磨井段的長度[6]。 第3章 桿管偏磨原因分析 井斜對桿管偏磨的影響[7] 由于井斜或套管變形形成拐點,使油管產(chǎn)生彎曲。 （32） 根據(jù)(31)，拐點0離井口越近，F(xiàn)或W(為正時)越大，N也越大，磨損越嚴重；摩擦力與傾斜角度H的正弦值成正比。根據(jù)(公式32)可以看出，摩擦力除了與傾斜角度有關(guān)外，與桿管間的摩擦系數(shù)成正比，因此當含水升高，桿管間摩擦系數(shù)增大后，桿管間摩擦力就越大，磨損越嚴重。在拐點0處,不僅抽油桿上、下往復(fù)運動與油管內(nèi)壁發(fā)生偏磨，而且油管內(nèi)抽吸力的作用，產(chǎn)生蠕動，與套管發(fā)生偏磨,這兩種偏磨均為單面偏磨。在抽油桿柱的中和點以下，為雙面偏磨。 失穩(wěn)彎曲對油井桿管偏磨的影響 抽油機井的桿柱偏磨的主要原因是在抽油桿的下行程過程中由于受到流體通過游動閥的阻力、泵活塞與襯套之間的摩阻、抽油桿與油管之間的摩阻以及抽油桿與液體之間的摩阻的作用，產(chǎn)生一個阻礙抽油桿下行的方向向上的阻力，使得抽油桿的下部受壓，而上部抽油桿柱則由于抽油桿柱自身重力的作用而受拉,因此抽油桿在其下行阻力和自身重力的雙重作用下，其結(jié)果是抽油桿在下行過程中上部的運行速度要大于下部桿柱的速度,從而產(chǎn)生抽油桿的彎曲變形，而且在抽油桿上必然存在既不受壓也不受拉的一點，此點即中和點。根據(jù)材料力學(xué)確定壓桿臨界載荷的歐拉公式，抽油桿失穩(wěn)彎曲的臨界載荷計算公式為： （33）式中: F—臨界載荷，N； E=，Mpa； J=PD4/64，m4； D—抽油桿直徑，m； L—抽油桿單根長度，m。抽油機井中和點以下的抽油桿柱長度不可能小于8m，從理論上講,這段抽油桿的彈性穩(wěn)定臨界載荷不會大于表中的數(shù)值。這就從理論上解釋了現(xiàn)場存在的深井泵泵上10m～500m均發(fā)生管桿偏磨,且在30m～400m這段偏磨特別嚴重的根本原因。 井液介質(zhì)對油井桿管偏磨的影響 油井偏磨是任何抽油機井都必然發(fā)生的,但是現(xiàn)場的實際情況是隨著油井含水的上升,油井偏磨的情況逐漸加劇,因為偏磨導(dǎo)致的桿斷、管漏等檢泵作業(yè)井次不斷上升[9]。管、桿表面失去了原油的保護作用,產(chǎn)出水直接接觸金屬,腐蝕速度增加。由于井液高含水、高礦化度和含砂的影響,在管桿相對運動的同時,必然對管桿的偏磨產(chǎn)生貢獻,加劇管桿的磨損,井液對管桿的腐蝕機理主要有以下幾個方面[10]:（1）電化學(xué)腐蝕。一般而言,只要存在陰極、陽極、電解質(zhì)和導(dǎo)體這四個要素就能構(gòu)成一個完整的腐蝕電池,發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。同時管柱基本處于油水之中,高含水采出液是良好的電解質(zhì),這一切都為電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生提供了必要的條件。（2）微生物的腐蝕。SRB是一種嚴格厭氧的細菌,能夠還原硫酸鹽,生成S2離子