抽油机井偏磨机理及防治措施核心探究

引言：抽油机是石油开采中应用最广泛的举升方式之一。在抽油机长期运行过程中，井杆管偏磨是一个普遍存在且难以根除的问题，不仅会加速井杆管和油管的磨损，影响其使用寿命，还会导致杆断管漏等事故的发生，给油田生产带来严重的经济损失。因此，深入研究抽油机井杆管偏磨机理，探索有效的防治措施，对于提高抽油机的工作效率与使用寿命具有重要意义。

1 抽油机井杆管偏磨的原因

1.1 井身结构因素

油井可分为直井和斜井两种类型，其中斜井因井身轨迹的复杂性，更容易引发井杆管偏磨问题。在斜井中，油管往往会在造斜点附近产生较大的弯曲变形，导致抽油杆与油管内壁的接触面积增大，摩擦加剧，加速了偏磨的发生。同时，随着斜井井斜角度的增加，抽油杆在运动过程中也更容易发生弯曲变形，偏离油管中心，与管壁产生频繁的接触与碰撞，进一步恶化偏磨问题。而对于直井而言，虽然井身相对规则，但随着钻井深度的增加，保持井眼轨迹平直的难度也会随之增大，过大的井斜会导致抽油杆在上下冲程运动中产生周期性弯曲，加剧与油管的摩擦接触。

1.2 抽油杆柱运动与受力因素

在抽油机的往复运动过程中，抽油杆在上冲程与下冲程阶段所受载荷存在显著差异，进而导致杆柱运动状态的差异，影响偏磨的发生。在上冲程阶段，抽油杆主要受到悬点载荷的拉伸作用，虽然载荷相对集中，但由于抽油杆处于受拉状态，不易产生弯曲变形。但在下冲程阶段，此时抽油杆不仅要克服自身的重力，还要受到井下载荷诸多因素的综合作用，如液柱浮力、游动阀阻力、柱塞摩擦力等，在这些载荷的共同作用下，抽油杆极易产生弯曲变形，失去稳定性，偏离油管中心，与油管内壁产生局部过紧的接触，引起严重的偏磨磨损。

1.3 产出液性质因素

除了井身结构与抽油杆柱运动等机械因素外，产出液的物理化学性质也是影响井杆管偏磨的重要因素。高粘度原油会在油管内壁和杆体表面形成粘附，增大摩擦因数，加剧杆管磨损，同时粘度的增加还会加大抽油杆的下行阻力，使杆柱更容易产生弯曲变形，导致偏磨加剧。原油的含水率变化也会显著影响杆管界面润滑状态，当含水率较低时，油管内壁附着的油膜可以很好地润滑和保护杆管表面，减小摩擦因数。但随着含水率的升高，当原油由油包水型转变为水包油型时，杆管表面的油膜会被破坏，水分子取代油分子成为主要润滑介质，导致润滑效果急剧下降，摩擦因数和磨损速率随之增大。

2 抽油机井杆管偏磨的防治措施

2.1 优化井身结构设计

优化油井井身结构设计是预防和控制抽油机井杆管偏磨的基础性措施，针对斜井井斜角度大导致的偏磨问题，在油井设计阶段就应充分论证井身轨迹参数，尽量控制井斜角度，减小斜井造斜率。对于难以避免的高斜度井段，要合理选择钻井工艺，优化钻具组合，提高井眼轨迹质量，确保井眼光滑度满足要求[1]。在完井阶段，要结合测斜数据和井身模拟分析，优化油管变形敏感区段的位置，避免在该区域内布置抽油泵。

对于井眼轨迹复杂多变的井，应充分利用随钻测量、井下陀螺仪等先进测斜手段，及时准确掌握井斜变化规律，并据此优化钻进参数，控制井斜，减小井眼扭曲程度，最大限度保持井眼轨迹平滑。在确定泵挂深度时，要在保证抽油效率的基础上，适当降低悬挂深度。对于泵挂深度超过 1500m 的特深井，还可考虑采用加重杆、短节泵、锚定器等特殊工具，进一步改善杆柱受力状态，提高井下系统稳定性，减轻偏磨。

2.2 改进抽油杆柱设计与运行管理

合理的抽油杆柱设计与规范的运行管理是控制偏磨的关键。在进行杆柱组合设计时，要依据油井的产能、深度、泵挂深度、井身结构等特征参数，借助杆柱应力分析软件，对不同工况下的杆柱应力分布进行系统模拟计算，在满足强度和刚度要求的前提下，优选各级杆柱的外径、长度、材质等参数，既要避免因杆柱强度不足而引发的断杆事故，也要防止因杆柱刚度过大而导致的弯曲变形失稳。

在确定抽汲参数时，要优先考虑采用“长冲程、低冲次”的组合，在保证产量的同时，最大限度降低杆柱的往复运动频率，减小惯性载荷引起的弯曲振动[2]。泵径的选择要兼顾产量和杆柱载荷，在满足出液量需求的基础上，尽量采用小径泵，以降低柱塞摩擦阻力。在杆柱使用过程中，要加强抽油机运行工况的实时监测，包括载荷、电流、冲次、泵效、动液面、泵压等参数，及时发现和消除非正常工况，避免杆柱超负荷运转。

2.3 防腐与润滑技术应用

在抽油机井杆管的防偏磨中，防腐与润滑技术的应用可有效改善杆管界面的摩擦学性能，延缓偏磨发生，提高井下系统的使用寿命。在管柱防腐方面，可在油管内壁涂覆耐磨防腐涂层，常用的材料有环氧类、聚氨酯类、陶瓷类等，利用涂层优异的硬度和韧性，减小杆管刮擦对基体的磨损[3]。对于抽油杆，可采用热喷涂、等离子喷涂等表面强化技术，在杆体外表面制备高硬度、耐磨损的金属或陶瓷涂层，提高抗偏磨能力。

此外，定期加注缓蚀剂原理是在杆管表面形成致密的吸附保护膜，阻隔腐蚀性介质，延缓电化学腐蚀速率。在润滑防护方面，可根据产出液性质，定期加注油基或水基润滑剂，改善杆管界面的润滑状态。对于含水率较高的井，推荐采用水基润滑剂，其相容性好，可有效增强杆管表面的润湿性，提高润滑效果。对于易结蜡的井，则应优选采用油基润滑剂，利用其优异的溶蜡分散性，抑制蜡晶析出，减轻蜡沉积对杆管界面的破坏。

2.4 新型偏磨防治工具与技术研发

在油田开发进入中后期阶段，日益复杂的井况条件对抽油机井杆管防偏磨提出了更高要求。研制井下实时监测偏磨的传感器，通过在杆体表面布置应变片、振动传感器等元件，实时采集杆管的受力状态和振动信号，并通过无线传输模块上传至地面，经专家系统分析评估杆管的偏磨状态，预警偏磨风险，指导抽油机工况优化调整，实现偏磨的早发现、早预警、早治理。

在抽油杆防偏磨材料方面，可借鉴航空航天等领域的先进材料技术，研发强度更高、韧性更好、抗疲劳性能更优的新型杆体材料，在降低杆柱线性密度的同时，提高抗弯曲和抗磨损能力，减轻冲击载荷和摩擦磨损对杆体的损伤[4]。在扶正器研制方面，可在传统结构的基础上，优化导向体和支撑体的型线设计，改善流体力学性能，在减小过流面积、降低水力阻力的同时，增大对杆柱的扶正力矩，提高矫正效果。

结束语

抽油机井杆管偏磨问题的防治是一项系统工程，需要从设计、生产、运行等各个环节入手，综合考虑井况、工艺、材料、装备等多方面因素，制定科学合理的解决方案。只有正确认识偏磨发生的内在机理，把握主要影响因素，并在此基础上量身定制防治措施，才能最大限度降低乃至杜绝偏磨问题的发生，使抽油机持续高效运转，为稳产增产创造良好条件。

参考文献：

[1]徐道胜,庞亚谱,侯少锋.抽油机井杆管偏磨原因分析及治理措施[J].中国设备工程,2023,(14):168-170.

[2]袁丽玲. 抽油机井杆管偏磨原因及预防措施[J].化学工程与装备,2023,(02):68-69+82.

[3]董涛.抽油机井底部杆管偏磨的力学机理及防治技术[J].石化技术,2022,29(08):177-179.

[4] 郑艳 姝. 抽 油杆管 偏磨 成因 及解决 措施 [J]. 化学工 程与装备,2021,(02):58-59.