2018一种新型抽油杆扶正器的研究及应用

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　　摘 要：有杆泵采油为各大油田常规及普遍的采油生产方式，但随之而来的杆管偏磨问题愈来愈严重，防偏磨的治理显得迫不及待。该文分析了常规抽油杆扶正器的材料及其缺点，同时介绍了用于制造新型抽油杆扶正器的PEEK材料及其特性，以及制造而成的新型抽油杆扶正器的构成原理、技术特性。该新型扶正器在冷家油田冷四区块进行应用，具有良好的应用效果。该新型扶正器能有效地减少抽油井杆管偏磨、延长检泵周期、降低作业成本，具有推广应用的价值。
　　关键词：PEEK材料 抽油杆扶正器 特性 防偏磨
　　目前，有杆泵采油仍为各油田主要的采油生产方式，但是有杆泵采油不可避免的发生杆管偏磨的问题，因此，对油井偏磨的治理成为一项重要的环节。而在治理偏磨的所有措施中，抽油杆扶正器因成本低、工艺简单、操作方便等优点，成为了防偏磨中主要的工艺技术。因此抽油杆扶正器中材料的选择是决定此工艺技术效果的重要因素。
　　1 常规抽油杆扶正器及其缺点[1]
　　目前常用抽油杆扶正器的材料分为金属和塑料两种。
　　(1)金属抽油杆扶正器。金属材料价格较低，耐用，耐高温，易加工，但是其本身材质较硬，与油管壁的摩擦很大，而且摩擦后产生的金属屑容易卡泵，造成二次作业。
　　(2)塑料抽油杆扶正器。塑料扶正器具有良好的机械强度、抗冲击强度和耐腐蚀性，而且塑料材料的强度与硬度比油管要小，磨损后呈现粉末状，不会造成卡泵，但此材料并不耐高温，在高温抽油井中应用受到限制。
　　2 新型抽油杆扶正器的研究
　　2.1 PEEK材料的研究
　　2.1.1 PEEK材料[2-3]
　　PEEK又称为聚醚醚酮，是一种新型的半晶态芳香族塑性工程塑料，具有极其出色的物理、力学性能，在许多特殊领域可以替代金属、陶瓷等传统材料，在减轻质量，提高性能方面贡献突出。
　　PEEK材料具有出色的耐高温热性能，而且其刚性大，尺寸稳定性好，线胀系数较小，接近于金属铝材料，另外PEEK材料化学稳定性好，对酸、碱及几乎所有的有机溶剂都有很强的抗腐蚀能力，同时PEEK材料的耐滑动磨损和微动磨损耗的性能优异，尤其是能在250℃下保持高耐磨性和低摩擦因数，此外，PEEK材料还易于挤出和注射成型。凭借些优异的综合性能，，PEEK材料成为当今最热门的高性能工程塑料之一。同样，PEEK材料的这些特性，使其在油田抽油井防偏磨中具有很大的应用空间(如表1)。
　　2.1.2 PEEK材料在抽油杆扶正器中应用的特性
　　(1)耐高温性。
　　PEEK材料具有较高的玻璃化转变温度(143℃)和熔点(334℃)，这是它可在有耐热性要求的用途中可靠应用的理由之一。虽然未增强的PEEK热变性温度只有160℃，但用玻璃纤维、碳纤维增强后，热变形温度可达300℃以上，连续使用温度可以达到250℃。
　　(2)耐磨损性。
　　PEEK在各种压力、温度、速度和相对粗糙接触面的条件下，都能提供优异的耐磨性能，可以达到聚酰亚胺(尼龙6)材料的档次。
　　(3)自润滑性。
　　PEEK材料在所有塑料中具有出众的滑动特性，尤其填充后的摩擦系数可以低到0.15，适用于严格要求低摩擦系数和耐摩耗的用途使用。
　　(4)耐化学腐蚀性。
　　PEEK材料不溶于常用溶剂，在高温下PEEK材料不溶于除浓硫酸外的其他酸和碱，可以媲美镍钢材料;
　　(5)耐水解性。
　　PEEK材料及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，用这种材料制作而成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性。同时，PEEK材料的吸水率很小，可以在300℃的高压热水或蒸汽中使用。
　　(6)优异的加工性能。
　　PEEK材料的加工性能很好，它虽然是超耐热性树脂，但由于具有高温流动性好和热分解温度很高等特点，因此可采用多种加工方式进行加工，比如注射成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型等。
　　2.2 结构组成及原理
　　新型抽油杆扶正器构成如图1所示，由上、下接头及扶正套组成。扶正套采用PEEK材料，是非金属材料，与油管的硬度不同，可以形成合理的摩擦副组合; 扶正器随抽油杆柱下入油管内后，扶正套隔离了杆柱和油管;上下行程中扶正套在油管内壁旋转滑动，将抽油杆与油管的直接偏磨变为了扶正套与油管之间的转动偏磨，依靠PEEK材料的各方面特性，有效解决了抽油井偏磨的问题(如图1)。
　　2.3 技术特性
　　新型扶正器具有以下技术特性：①扶正件材料具有自润滑性、耐磨、耐温、强度高、质量轻、耐腐蚀;②绕轴旋转的扶正套，磨损均匀，提高扶正器的使用寿命，延长油井工作周期;③可刮除粘接在油管壁上的余腊;④楔入式结构设计，过流面积更大，使用效果更好。
　　3 现场应用
　　冷家油田冷四区块主要以稠油为主，定向井和水平井居多，井下温度高，泵挂深度在1600米左右。该区块杆管偏磨原因主要有以下几个方面：
　　(1)油井结蜡严重：沉没度较低时，油井沉没压力与流压低，导致原油提前脱气，蜡在油管内析出，加之热洗周期不合理等原因，使抽油杆下行阻力增大并产生弯曲，造成杆管偏磨。
　　(2)油井中井斜角变化较大的位置是最易发生偏磨的位置，尤其水平井为主，加之又是稠油热采井，冲程大、井下温度高，限制了一些防偏磨工具的使用和功效。
　　(3)在稠油井中，杆柱下行遇阻、卡停以及其他的导致杆柱下行阻力增加的因素都会引起杆管偏磨。
　　在该区块使用新型抽油杆扶正器，取得了良好的应用效果，主要表现在：①下泵深度加大，从而增加了泵的沉没度，减小了再次偏磨的风险;②日产液量增大，保证了油井的生产能力;③检泵周期延长，由原来的1～2个月延长至6个月以上;④缓解了杆管偏磨问题，延长了抽油杆及油管的使用寿命，为油田节约成本做出了贡献。
　　4 结论
　　(1)在大斜度井、水平井等偏磨严重的油井中，PEEK材料抽油杆扶正器有效地减少了抽油井杆管偏磨，延长了检泵周期，降低了作业成本。
　　(2)在高温热采井中，PEEK材料抽油杆扶正器的耐高温性能符合成产需求，解决了高温油井抽油杆偏磨严重的问题。
　　(3)PEEK材料扶油杆扶正器的耐腐蚀性可适应具有腐蚀性井液及其它复杂情况的油井，可以达到防偏磨的要求。
　　(4)通过应用PEEK材料制作而成的抽油杆扶正器，在原有基础上更适合抽油井防偏磨技术的应用，达到更优异的耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能，有效提高了油井生产周期，降低作业成本。
　　参考文献
　　[1] 郭庆时，刘丹丹.抽油杆扶正器专用材料的研究进展[J].工程塑料应用，2010(12)：82-83.
　　[2] 赵巍，杨德安，梁崇，等.PEEK及其复合材料的研究与应用[J].材料导报，2003，9(17)：68-70.
　　[3] 崔小明.特种工程塑料-聚醚醚酮[J].上海塑料，2005(9)：36-39.