井斜角是导致斜井抽油设备故障率升高的重要因素 从临近的杨家坝油田32口斜井故障资料统计分析发现:最大井斜大于30º的19口油井,两年来杆管泵断脱事故一共50井次,平均免修期只有143天;而最大井斜小于30º的13口油井,两年来杆管断脱事故一共12井次,平均免修期达到380天;由此可见大的井斜角是导致斜井故障率升高的重要影响因素。
狗腿度使斜井故障率增加且使故障因素复杂化 在斜井中,抽油杆断脱除了发生在等径杆的顶部外,还发生在斜率比较大的井段。实际上,斜井故障资料统计分析表明:由于狗腿度的存在,斜井无论井斜角大小都存在抽油杆脱裂因受钻井技术水平的限制,井斜越大则狗腿度越发育,因而抽油杆断脱情况就更加复杂。图1为抽油杆、扶正器断裂次数在抽油杆柱相对位置上的分布图,横坐标为抽油杆柱发生断裂的相对位置,用百分比表示,井口为0,底部为100%。纵坐标为断裂次数。
通过分析图1可知:一、抽油杆柱在泵挂至70%之间断裂失效12井次,占到33%。分析认为该油田三级组合抽油杆柱的下部抽油杆规格较小,抗弯刚度较低,下冲程时,由于泵与柱塞间的半干摩擦力、流体阻力,以及井眼倾斜、狗腿的影响,造成该段抽油杆柱承受压载,发生纵向弯曲,导致抽油杆断裂。
二、抽油杆柱从井口至40%之间断裂失效21井次,占到58%。在直井中,这部份抽油杆柱并不容易出现纵向弯曲。而在带有狗腿的斜井中,该段杆柱不仅存在纵向弯曲,因而,对应抽油杆柱和扶正器在两年间断裂7井次。因此在抽油杆柱上部,井斜角变化大或方位角有突变的狗腿段也极易发生抽油杆断裂。
大斜度井中扶正器及抽油泵受力复杂,故障率高可以发现,两年来,32口斜井扶正器杆体断裂17井次,断裂相对位置是造斜点以下至40%抽油杆柱之间、以及紧靠抽油泵处。分析认为,由于在造斜段有突变的地方,扶正器不仅承受较大的拉伸载荷和轴向载荷,还承受很大的交变扭转载荷,因此,斜井抽油杆柱中,造斜点附近的扶正器受力复杂,扶正器杆体容易断裂。所以,对于大斜度井,应改进扶正器和抽油泵的结构,优化扶正器布置间距,优选抽油泵参数,从而降低泵和扶正器的故障率。
综上统计分析表明,斜井中杆管故障率的高低不仅取决于井斜的大小,而且还取决于狗腿度的大小及狗腿数的多少。而现场抽油杆柱二维平面坐标设计计算,虽然采用扶正器避免了抽油杆接箍与油管内壁的偏磨,但仍未解决抽油杆柱杆体偏磨的问题;因此,在目前空间三维杆柱设计方法还处于理论阶段的情况下,现场杆柱设计应在成熟的二维方法基础上,着重考虑狗腿对杆管摩擦力的影响,减少或避免抽油杆柱下部承受压载荷,并根据斜井的特点改进抽油设备结构,从而真正提高斜井抽油系统效率。