抽油机井偏磨、腐蚀机理研究及防治对策
一、偏磨、腐蚀因素分析及机理研究
1.井斜引起偏磨
（1）井斜因素
a.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变差。从纵向上看，井筒是一条弯曲旋扭的线条，一般井深超过600-800m以后，出现扭曲现象。桥口油田油井的平均倾斜度为6.8°，最大27°。偏磨均发生在600-800以下。
b.斜井
随着钻井技术的发展和油田开发的需要，定向斜井不断增多。例如：QXX-20井,井斜达到20°以上，水平位移500m 以上。
c.地层蠕变
由于地层蠕变，加之多年的强采、强注，导致井况进一步恶化，套管变形弯曲，形成“拐点”，严重时会引起套管破裂、错断，造成油井报废。
（2）偏磨机理
由于套管变形或井斜形成“拐点”，使油管产生弯曲。在油井生产时，抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分力N。在水平分力N（正压力）的作用下，油管和抽油杆在“拐点”处接触，产生摩擦（见图1和图2）。
F1 F N
N W W1 图1上冲程时杆、管偏磨示意图 图2下冲程时杆、管偏磨示意图
N=Fsinθ 或 N=Wsinθ （1）
式中：N—由F 或W引起的抽油杆对油管内壁的正压力；
θ—油管的倾斜角度；
F—抽油杆的拉力和各种阻力的合力，方向向上；
W--抽油杆的重力和各种阻力的合力，方向向下；
“拐点”离井口越近，F或W越大，根据（1）式N也越大，磨损越严重；油管的倾斜角度θ越大，正压力N也越大，磨损就越严重。
在“拐点”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，油管内壁与抽油杆本体也产生摩擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。
在“拐点”处，不仅抽油杆上、下往复运动与油管内壁发生偏磨，而且油管因抽吸力的作用，产生蠕动，与套管也发生偏磨。这两种偏磨均为单面偏磨。有时，杆、管接箍被磨平，造成管柱漏失；严重时，杆、管断脱落井。有时，油管本体被磨穿。
2.“失稳”对偏磨的影响
首先，分析一下杆、管在上、下冲程过程中每一点的受力状况。在上冲程过程中，杆柱每一点受力如下：向上的拉力、该点以下杆柱在液体中的重力、该点以下杆柱在上行中与液体的磨擦力、活塞与泵筒的磨擦力。由于向上的拉力远大于其它向下的阻力，因此，杆柱在向上的拉力作用下向上运动，完成上冲程。在这个运动过程中，杆柱每一点的合力都是向上，杆柱被拉直，不会发生偏磨现象。中性点（即合力为零的点）[1]以下油管受力如下：上部油管在井液中的重力形成的向下的压力、下部油管在液体中的重力以及管内介质对油管和活塞对泵筒向上的摩擦力。在上述力的作用下，下部油管发生摆动与抽油杆接箍产生摩擦。这种偏磨较轻，通常为双面偏磨。中性点位置与泵以下尾管的长度有关。若尾管加长，则泵以下的重量加大，就可以把弯曲应力抵消。
在下冲程过程中，油管每一点的合力都是向下，油管被拉直，不会发生偏磨现象。杆柱每一点的受力如下：该点以下杆柱在液体中的重力，杆柱下行时与液体磨擦产生的向上的阻力 ，活塞与泵筒磨擦产生的向上的阻力，该点以上杆柱在液体中的重力作用于该点形成的向下的压力。下冲程时各点受力比较复杂，而且处于变化中，下冲程运动开始时，还受到杆柱向上的惯性力的作用。各点合力向下，杆柱向下运动。中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，不会弯曲变形、发生偏磨现象。而中性点以下的抽油杆，由于该点以下杆柱的重力较小，不足于克服其它各种向上的阻力，而该点以上杆柱的重力较大，作用于该点形成向下的压力较大，下部杆柱在强大的压力作用下完成下冲程，容易弯曲变形，发生偏磨现象。由于杆柱的塑性较强，上部的重力不会很快对下部形成压力，而下部杆柱在上冲程的惯性力作用下还在向上运动，大大增加了中下部杆柱的弯曲程度，杆柱发生弯曲的这种现象，我们称为“失稳”。杆柱“失稳”是偏磨的主要原因，而中性点越低，杆柱的“失稳”越轻，杆柱偏磨现象也越轻。“失稳”引起的偏磨均为双面偏磨。由于偏磨，使抽油杆强度变低，加之交变载荷的影响，抽油杆容易疲劳。因此，底部抽油杆出现断脱的情况较多。
从理论上讲，“失稳”与如下因素有关：
（1）冲程、冲次越大，“失稳”越严重。
（2）多级组合中，细杆比例越大，“失稳”越严重。
（3）同一深度，三级组合比二级组合“失稳”严重。
（4）泵的间隙越小，活塞与泵筒的磨擦力越大，“失稳”越严重。
3.介质对偏磨腐蚀的影响
（1）综合含水的影响
随着综合含水的不断上升，油井腐蚀程度日趋严重。其原因是：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，杆、管表面失去了原油的保护作用，产出水直接接触抽油杆和油管，腐蚀速度增大。摩擦的润滑剂由原油变为产出水，失去原油的润滑作用，抽油杆和油管内壁磨损速度加快，磨损严重。
(2)腐蚀介质的影响
油田的产出水具有“六高一低”的特点。即矿化度高，在12-18×104mg/l之间；cl-含量高，在7.6-11×104mg/l之间；CO2含量高，在20-400 mg/l之间；H2S含量高，在0-30 mg/l之间；细菌含量高，在10-104个/ml之间；温度高，65-95℃；PH值低，在5.0-6.5（显弱酸性）。
产出水中存在下式反应：
CO2+H2O→H++HCO3- Fe+H2S→Fe↓+H2↑
CO2含量越高，产出水中产生的H+越多，PH值越低，产出水显弱酸性，腐蚀性增强。据资料介绍，在CO2气体存在时，油井最大腐蚀发生在60-90℃范围内。而桥口油田井温正在此范围内。产出水中H2S与铁反应生成FeS和H2，而H2对杆、管产生氢脆腐蚀。
由于PH值低，H+离子多，而产出水含cl-高，存在下式化学平衡：
H++cl-→Hcl
形成了具有强腐蚀性的体系[2]。
(3)偏磨加剧腐蚀
偏磨和腐蚀并不是简单的叠加，而是相互作用，相互促进，二者结合具有更大的破坏性。
a.杆、管偏磨，使表面氧化膜保护层或防腐层脱落，在井温和摩擦产生的热能作用下，使杆、管表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处优先被腐蚀。
b.由于偏磨处表面被活化，成为电化学腐蚀的阳极，从而形成了大阴极小阳极的电化学腐蚀，而产出液是强电解质，具有强腐蚀性，对电化学腐蚀起到一个催化作用，更加剧了腐蚀，阳极被牺牲，即偏磨处优先被腐蚀。
c.由于腐蚀，使杆、管偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。
(4)缝隙腐蚀和冲蚀明显
由于产出液含水较高以及产出水的强腐蚀性，使抽油杆、油管丝扣连接处产生缝隙腐蚀。另外，由于产出水对油管公扣外缘的冲刷作用，再加上产出水的强腐蚀性，发生冲蚀，易使油管公扣老化。油管丝扣连接处在偏磨腐蚀、缝隙腐蚀和冲蚀的综合作用下，产生刺漏，甚至断脱。
二、防治对策
1.加缓蚀剂防腐
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而有效的方法。其原因是通过缓蚀剂加入产出介质中，与金属本体形成一种致密薄膜，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。通过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.采用抽油杆尼龙扶正器防偏磨
（1） KZX型抽油杆防偏磨扶正器
该扶正器以丝扣连接在抽油杆上，拆装方便，扶正体是高强度耐磨塑料，减少油管磨损。另外，结构上利用直锯齿和螺旋槽，使扶正体旋转而均匀磨损，以达到使用寿命延长的目的。它是扶正器的更新换代产品，适用于斜井和偏磨严重的井。具有结构简单、使用方便、寿命长、成本低的特点。该扶正器适用于偏磨点在抽油杆中性点以上的防偏磨（单面偏磨）扶正。
（2）扶正接箍
扶正接箍是在抽油杆的接箍上，增加了扶正防偏磨尼龙体。它的主要特点是拆装方便，扶正效果好，适用于抽油杆柱下部因压缩弯曲的防偏磨，而在中性点上部，使用寿命较短。3.使用旋转井口
旋转井口装置是中原油田采油三厂针对改变油管偏磨位置，延长油管使用寿命而开发的新型井口装置，它具有结构简单，操作容易的特点。该装置可以通过地面人力转动来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，转动井口也可以达到以上目的。
4.根据桥口油田油井生产特点：地层供液不足，多为小泵深抽。合理调整生产参数，采用长冲程、低冲次工作制度。
5.优化杆、管组合。根据桥口油田泵挂深的特点，尽量使用高强杆。在抽油机悬点最大载荷满足的情况下，尽量采用二级组合或减少细杆比例，减轻失稳引起弯曲偏磨。
6.在抽油杆底部下加重杆，使抽油杆柱的中性点下移，减少抽油杆的弯曲。
7.合理设计尾管长度，减少底部油管弯曲。一般以200-250米为宜。
8.对结蜡严重的井，加强热洗和加药。
9.对出沙或稠油井，使用间隙较大的二级泵。
三、结论
1.抽油杆与油管偏磨腐蚀的主要原因是井斜、抽油杆弯曲、高含水和产出液的强腐蚀性等因素造成。偏磨与腐蚀彼此影响，互相促进。
2.加药防腐、尼龙扶正、管杆旋转、合理调整生产参数和优化杆柱组合是防治偏磨腐蚀的有效措施，效果显著。
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