偏磨故障（共7篇）
偏磨故障 篇1
1 概述
2013-03-01, 大连快轨三号线车辆段在日常检修过程中发现车辆轮缘单侧普遍存在异常磨耗情况, 分析过去两年轮缘磨耗数据, 车辆轮缘万公里磨耗在3~5 mm之间, 本次发生异常磨耗侧万公里磨耗为40 mm之多, 基本接近正常磨耗的10倍。如果以轮缘正常磨耗速度预计, 快轨车辆轮对镟修一次使用寿命约37 000~44 000 km。一旦异常磨耗现象持续发生, 快轨车辆月平均里程数在12 000 km以上, 轮缘使用寿命不足10 d, 即使限制使用也不足1个月。由于每镟修恢复1 mm轮缘厚度将减少4.2 mm轮径, 因此及时消除轮缘异常磨耗是延长轮对使用寿命的关键。
2 原因分析
本次大连快轨异常磨耗发生时期, 运营车辆的使用寿命平均在7年以上, 车辆结构及性能发生改变。三号线正线线路有弯道多、坡度大等特点, 因此发生轮缘偏磨概率也相对较大。发生偏磨时, 正值大连市东快路修路时期, 载客量、运行里程骤增, 也容易导致轮缘偏磨。综上分析, 造成轮缘异常偏磨原因有很多, 我们只有将车辆结构方面的因素、线路状况因素及载客量大的因素相结合, 才能解决轮缘异常磨耗问题。
2.1 左右轮径差
轮对轮径差对轮轨的横向作用力有显著影响。由于线路和载客等诸多因素, 大连快轨三号线车辆存在同轴左右2个轮轮径差在1 mm左右的情况。同轴的两个轮对在同样的距离内转数必定相同, 那么车辆在运行过程中左右两个轮对走过的距离就不同, 所以导致轴与轨道之间的角度并非垂直, 直径偏小的一侧轮缘必然贴靠钢轨运行, 直径小的一侧轮缘发生偏磨。假设同轴轮对左右轮径差值为1 mm, 那么在车轮踏面等效锥度就为:
式 (1) 中:DL和DR为左轮和右轮滚动圆直径;yW为轮对横向位移;λe为等效面锥度。
在1∶20等效面锥度的踏面上的横向位移为5 mm, 这样偏磨现象必然会发生了。因此我们可以得出结论, 轮径差对产生偏磨有直接的因果关系。
我段日常检修车辆每行驶27 000 km左右要进行月修修程。在月修修程中, 我段将进行轮径测量并作记录。分析对比发生偏磨轮对与轮缘数数据后, 我们发现该车轮缘偏磨是单侧普遍存在的情况, 而轮径差在1 mm左右并非普遍现象, 由此我们可以得出, 大连快轨三号线此次偏磨事故原因并非单一轮径差原因。
2.2 线路状况
在查阅资料时发现, 在以往产生轮缘偏磨的许多因素中, 线路状况是最重要的因素之一。运行线路的长短、途中坡道的大小、车辆空转频率等因素都会造成轮对的偏磨现象。由于大连快轨三号线运营线路具有弯道多、坡度大、线路弯向单一等诸多客观条件, 因此发生轮缘异常偏磨的概率较大。
例如, 车辆在通过曲线路段时, 由于快轨客运载客量在早晚高峰与平峰不同, 而弯道处超高设置无法兼顾不同载重量, 致使部分车辆轮缘侧以巨大的力量压紧在钢轨头部, 车轮轮缘和钢轨磨损激增, 加上目前大连快轨三号线采用的轮轨润滑方式以轨道涂油式润滑为主, 此时大连东快路修路, 导致载客量激增, 而润滑油涂抹量、涂抹频率未作调整, 那么磨耗速度必然增大。因此我们可以得出, 由线路状况造成的轮缘异常磨耗具有一定的规律——假设某一轮对某侧轮缘因此原因而被偏磨, 则在其他转向架相同位置上的轮对轮缘也必然存在偏磨现象。事实上, 本次三号线车辆异常偏磨正符合该规律特点。
2.3 载客量与车辆悬挂系统
悬挂系统刚度的变化导致悬挂系统质量重新分配, 致使车轮轮缘与钢轨侧缘接触应力分布发生变化, 从而产生偏磨现象。由于大连快轨部分车辆使用平均年限接近7年, 而车辆悬挂系统中一系悬挂采用圆锥橡胶堆, 二系悬挂采用空气弹簧, 都是以橡胶件为主, 橡胶产生老化, 悬挂系统刚度必然发生变化。加之载客量的骤增, 加大了悬挂系统工作时的负荷, 导致轮缘与钢轨之间的应力发生变化。
3 解决措施
针对轮径不同造成的轮缘偏磨, 我们要在日常检修过程中, 严格控制轮对左右轮径偏差。一旦轮径值偏差大于1 mm, 就要立即采用镟修方式进行修复, 防止由于轮径差过大导致轮缘磨耗速度增大。
针对大连快轨三号线线路弯道多、坡度大、线路弯向单一等特点, 我们建议综合维修部门在东快路修路期间对短轨枕的小半径曲线加强涂油, 并定期打磨钢轨, 以降低钢轨内侧与轮缘的摩擦系数, 减缓轮缘磨耗速度。
对于悬挂系统橡胶件老化的问题, 我们在综合考虑车辆里程数以及车轮轮径已到限车辆情况下, 逐个安排车辆进行架修和更换轮对, 同时将橡胶件全部更换, 以保证车辆的刚度性能。
对于本次已发生的偏磨车辆, 我们还采取限制使用部分车辆、加装车辆轮缘润滑系统、实时监测轮缘数据、定期列车换向等诸多手段, 保证本次故障车辆在最短时间内恢复运营状态。
4 整改效果
将以上措施相结合运用一段时间后, 截至2013-09, 我们已完成车段内换向工作16列、镟修车辆13列、监测轮缘数据113列, 在整个东快路修理期间, 再无一例轮缘异常磨耗出现, 并对轮缘数据进行了统计分析, 发现轮缘磨耗率均控制在0.15 mm/万千米以内。最终, 大连快轨三号线异常磨耗问题得以快速有效解决。
参考文献
[1]朱永波.地铁列车轮缘磨耗过快原因分析及解决措施[J].交通节能与环保, 2013 (4) .
[2]王建海.机车轮缘偏磨原因分析与改进措施[J].机车电传动, 2004 (5) .
[3]杨卫东, 徐连英, 王铁城.调整机车轮缘偏磨提高轮毂使用寿命[J].内燃机车, 2007 (9) .
[4]李斌等.石太线货运机车轮对轮缘偏磨原因分析与改善措施[J].经济管理, 2011 (10) .
偏磨故障 篇2
随着我国经济的飞速发展, 我国各大城市也在加紧建设和完善自己的地铁系统。随着科学水平的发展和地铁技术的不断进步完善, 不断有最新的科研技术在地铁运输中得以运用。在这种新的背景下, 对地铁各个部分配件的安全性能要求也越来越高, 尤其是转向架轮对。近年, 我国不断发现由于转向架轮对原因而直接或间接导致的地铁故障, 如轮对踏面擦伤过限, 踏面剥离, 轮缘磨耗过限、缺损, 轮缘缺损, 踏面周围磨耗过限、偏磨等现象。这些安全隐患的危害性不言而喻, 一旦出现漏检的情况, 将会严重威胁到行车安全, 甚至于造成重大的地铁交通事故, 给国家和人民的生命财产造成巨大损失。
2 偏磨故障原因分析
2.1 行车环境和自然因素的影响
由于地铁列车常年在地下行驶, 周围环境与地表有很大差异, 尤其是地湿度高于地表, 这就使钢质材料的列车配件特别是转向架轮对承受非常大的考验, 在列车行驶过程中轮对会经常暴露在潮湿的环境下, 日积月累就会使得材质容易发生腐蚀、脱落等。加上车轮不断地在滚动中与闸瓦发生摩擦, 使表面材质过早产生疲劳, 以致剥离缺损。
2.2 转向架轮对在生产组装时的因素
由于我国地铁事业起步晚, 发展不成熟, 生产工艺的落后等原因, 导致转向架在生产组装过程中会出现很多问题。比如侧架、摇枕等有关尺寸加工不当, 组装尺寸不当等。这样会使造成落成后的转向架在运用中逐步呈“八”字形或菱形, 会使轮缘垂直磨耗过限, 踏面圆周磨耗过限。采用整体辗钢的车轮会降低踏面的耐磨性, 而在实际检查中我们经常可以看到高磨合成闸瓦磨下的金属铁屑及踏面被磨出的构槽形状及明显的磨耗过限状况, 甚至有的轮踏面凹下情况非常严重, 圆周磨耗严重超限。此外, 基础制动装置组装、配合不当会造成在制动过程中轮对两边受到的制动力不均匀, 使转向架一侧的制动力过大, 而另一侧的制动力过小, 制动力大的一侧摩擦会更剧烈, 从而会进一步加剧转向架一侧车轮的磨耗。
2.3 行车过程中的摩擦因素
由于地铁列车的运行速度很快, 这就意味着需要很大的制动力或很长的制动距离才能使列车停下来, 闸瓦与车轮踏面的磨擦也会很剧烈, 特别是使用高磨合成闸瓦后, 闸瓦本身虽然耐磨但对车轮的损伤却非常大, 制动距离的长短决定了闸瓦与车轮踏面摩擦时间长度, 这样会造成轮踏面表面的温度上升非常快, 从而使转向架轮对的材质变软, 而闸瓦本身由于材料耐磨的特点却没有变化, 从而会将踏面表层较软的部分粘住, 在不断滚动中使表层材质不断脱落, 造成磨损。还有一个重要因素就是车辆在转弯的时候会受到离心力的作用, 由于离心力的作用会使靠外一侧的轮缘与钢轨紧贴, 而靠内一侧的轮缘与钢轨则是处于相离状态, 这样也会造成轮缘的偏磨, 而离心力的大小与列车的行进速度呈正比, 随着列车的不断提速, 转弯时靠外一侧的车轮就得提供更大的向心力, 以保证列车不会脱轨, 这样轮缘与钢轨之间的摩擦就会更加剧烈, 日积月累就会导致轮对的偏磨现象。
2.4 检查维修过程中的因素
在地铁配置维修过程中一些高磨合成闸瓦配件质量不达标, 硬度过大, 加剧了车轮磨耗, 使大量车轮发生了非正常磨耗, 车轮踏面周边磨成沟槽。此外, 由于检修转向架轮对的工作量大, 繁琐, 并且有些地方不便于检修, 加之一些检车员业务素质低, 没有责任心, 在工作中不能认真负责, 所以很容易导致一些故障会出现漏检的情况。如果故障没能及时的发现处理就会留下隐患, 长此以往就会发生更多、更大的故障。最典型的例子就是, 在对偏磨轮对进行调查研究时, 发现有许多高磨合成闸瓦主摩擦体下部脱落, 只剩下了一半, 又由于检修不及时, 只剩一半的闸瓦在制动时就会剧烈地摩擦这一面车轮踏面, 从而导致偏磨现象的发生。
3 建议和防范措施
环境和自然因素以及行车过程中的摩擦因素是客观存在的, 很难直接的通过人为手段进行克服, 只能随着冶金技术的不断提高和制动技术的不断改进来使其得到改善。但是, 车轮的生产制造和检查维修却是可以通过提高生产工艺和加大监管力度来实现的, 以下就从这两个方面提出建议。
3.1 车轮生产制造方面
车轮生产厂家应该努力创新, 设计出更合理更便于检修的轮对, 在生产环节中要不断改善冶金锻造水平和提高制造工艺水平, 采用更优良耐磨的材质, 对侧架、摇枕等有关部件的尺寸要严格加工, 尽量减小因生产工艺落后带来的误差, 从而提高轮对的质量。生产和监管部门则要做好自己的本职工作, 从源头上严格把关, 装用质量优良、符合要求的轮对, 同时要做好新技术的使用、改造工作, 提高车辆装备的合理性、统一性, 从源头上遏制轮对偏磨现象的发生。另一方面生产合格的闸瓦也是一个重要的部分, 因为许多偏磨故障就是由于闸瓦过硬而导致的, 所以生产厂家要努力制造出既耐磨又不会损伤车轮的闸瓦, 这也是减少偏磨故障的一个有效途径。
3.2 车轮检查维修方面
车轮的检查维修是遏制偏磨现象的一个最为重要的环节, 也是要重点建议的部分。首先要充分发挥专业技术人员和检修人员的技术优势, 提高检修人员的技术业务素质。检修人员作为检查和维修车辆的主体, 他们的技术业务素质直接决定着车辆的运行安全。一方面是要充分发挥他们的技术业务水平, 做到合格的“车辆大夫”, 按规定标准程序检修车辆。另一方面要提高他们主动遵章守纪的意识, 从安全管理、思想教育、经济奖励等方面使他们增强责任感, 提高积极性, 树立牢固的安全意识, 严防杜绝漏检错检现象的发生。另外, 对检修人员做好新技术的培训, 让他们掌握发现故障的方法, 具备处理新故障的能力, 并经常组织职工参观故障展览, 交流发现轮对故障的好方法、好经验, 提高他们发现轮对故障的能力, 为车辆排除故障, 保障行车业指导书去检查维修车辆, 落实各项维修质量标准, 蹲轮到位, 全面检查。检修人员发现有严重偏磨的轮对故障时要和同队人员做好会诊检查, 并及时通知专业技术人员到位鉴定, 然后妥善处理, 并把相关情况及时准确的记录, 方便日后检查。在地铁建设工程快速发展和不断完善的大前提下, 检修人员一定要做好全面细致的检查和测量, 准确判断, 妥善处理, 努力做到不放过一个故障轮对上路, 保障每一个乘客的生命财产安全。
4 结语
为了适应我国迅速发展的城市化建设要求, 保障我国地铁交通运输能够安全畅通的运行, 每一个地铁工作者都应该努力钻研业务知识, 提高自己的业务素质, 对工作中涌现出的各种问题不断进行技术攻关, 为地铁事业的发展和完善贡献自己的力量。作为地铁工作者中最普通的一员, 我相信只要我们上下一心, 刻苦专研, 转向架轮对偏磨故障终究会得到解决, 中国的地铁事业将会稳步发展, 赶上世界先进国家的水品, 我国的地铁将平稳、快速、安全的驶向现代化, 驶向未来。
参考文献
[1]曾全君.地铁车辆车轮寿命分析[J].铁道技术监督, 2008, 36 (6) .
[2]国莹, 马贤海, 杨存法.转K2型转向架轮对偏磨故障分析[J].铁道机车车辆, 2007, 27 (4) .
偏磨故障 篇3
在油田的勘测和开采初期, 由于井液中的含水量较低, 石油存储地层较浅, 所以杆柱和油管的磨损并不明显。综合我国大部分油田的开采情况, 经过长时间的采抽作业, 油田已经进入了生命周期的后半部分, 油井中含水量逐渐增加 (一般在75%以上) , 这就会造成杆柱和油管的润滑效果劣化。
随着石油开采作业的进一步深入, 石油在地层中的位置越来越深, 开采也越来越困难。相应地, 抽油井中的摩擦和损耗也越来越大, 虽然抽油杆柱和抽油管之间的对冲运动并不剧烈, 但不间断地接触和摩擦, 依然会产生磨损现象。由于磨损现象多出现在单侧, 因此也称之为偏磨。
1 抽油杆柱与油管偏磨原因分析
造成抽油杆柱和油管偏磨的原因很多, 以下从主要的原因展开分析。
1.1 油井自身的构造
事实上, 在我国很多油田开发早期, 油井的开采设计结构都很简单, 大多以直井为主要形式。但随着开采工作的进行, 为了获取石油资源, 开始出现斜度较大的井段, 井下构造拐点增多, 原有的直线构造被打破, 甚至出现螺旋形的井下构造。在这一前提下, 油管的形状必须与井下构造一致, 而抽油杆柱之间的连接是直线要求, 这样一来两者之间的接触必然发生。
具体来说, 当井下有斜坡的情况下, 油管就是弯曲的, 抽油泵的安置位于斜面一下, 这样抽油杆与油管的接触是不可避免的;即便是采取直井方式, 也无法保证随着井深的增加, 钻头与井口之间是同心圆, 直井本身必然会形成向下扭曲的螺旋。
1.2 抽油杆柱变形
抽油杆柱的材料在长期满负荷运行的状态下, 容易产生金属疲劳, 进而发生弯曲变形。抽油机运转的过程中抽油杆柱因为收缩性能变差, 摇晃幅度加剧, 就会与油管发生弹性收缩摩擦。
较为直观的现象是, 在直井之中, 抽油管的运动幅度要一般要大于抽油杆柱, 当后者发生变形弯曲之后, 两者在高速的震动下产生横向压力, 造成偏磨。
1.3 油井结蜡
油井结蜡是指石油中蕴含的固体和半固体成分, 例如石蜡、沥青等物质, 在从石油中析出之后粘连在油管外部, 形成固体的混合物。一旦出现油井结蜡的现象, 抽油杆柱就会被液体摩擦力的影响下, 与抽油泵之间形成较大的阻力;同时, 此时油管内径与抽油杆柱的外径比例减小, 导致结蜡点的摩擦力大于其他部分, 抽油杆柱由此发生弯曲, 产生偏磨现象。
1.4 其他原因
除了以上三种分析的原因之外, 造成抽油杆柱与油管偏磨的因素还包括油井参数设置、采出液影响等。其中, 采出液影响是指所采石油物质中的含水率, 这是在油田开采后期无法回避的一种偏磨问题。
客观上说, 油田开采后期的含水量增加是必然的, 产出液中的水分含量越多, 就会造成井液密度增大, 从而增加了抽油杆柱的浮力;浮力的增加必然导致临界压力的降低, 抽油杆柱发生扭曲变形就是无法避免的。
2 抽油杆柱与油管偏磨机理分析
在分析过发生偏磨的原因之后, 针对偏磨的机理进行分析。
2.1 机械磨损。
油井的构造并不能完全满足直井条件, 出现斜度、螺旋、扭曲是很正常的情况, 但这些情况就容易造成抽油杆在轴向载荷作用下的变形, 由此一来, 抽油杆柱连接的部分 (卡箍、油管) 自然发生扭曲, 并在不断上下运动的抽取行为中产生磨损。
2.2 介质磨损。
抽油泵将井液送入抽油管, 液体中含有大量的复杂成分, 也包括一些固体颗粒碎屑, 这些碎屑导致抽油杆柱和油管中间连接突出的部分, 发生碰撞和摩擦, 进而磨损。需要注意的是, 这种磨损是从内部开始的。
2.3 化学磨损。
化学腐蚀是无法避免的, 因为原油本身就含有大量腐蚀性成分, 如硫化物、细菌成分等, 当腐蚀性发展到一定程度, 就会产生磨损。
3 偏磨点位置预测实现方法
偏摸点位置的预测可以借鉴一定的计算手段, 通常在油田的开采后期, 井下的剖面相对稳定, 由此形成的剖面图可以作为分析偏磨点的主要一句。例如, 根据抽油杆柱的受力情况进行分析, 所包含的设计因素主要有井眼曲度、挠率、螺旋曲度、弯曲应力等。多方面的数据结合在一起, 可以判断出抽油杆柱与抽油管之间的数据异常情况, 例如曲度增大必然导致抽油管的弯曲应力提升。
在现实的采油作业中, 油管自身的材质保障了一些刚度, 由此配合套筒的作用, 可以做出一定的拉直反映。因此, 在进行计算测量的过程中, 需要考虑到误差作用。
综上所述, 单纯地从抽油杆柱材质属性方面去考虑偏磨现象, 是不科学也不全面的, 要综合多方面的原因, 实现油田作业尤其的高效率、低损耗生产要求。此外, 国内针对偏磨问题还提出了创新性的解决方案, 例如动压润滑方式, 需要进一步的实践和验证。
参考文献
[1]刘春花.抽油杆偏磨机理及防偏磨对策研究[D].中国石油大学, 2009.
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[3]刘合, 王素玲.用有限元法预测抽油杆柱与油管柱偏磨点位置[J].石油学报, 2008, 01:149-152.
[4]王晓华, 杨志祥, 李影, 薛康.抽油杆与油管防偏磨优化研究[J].科学技术与工程, 2010, 35:8787-8791.
直井偏磨影响因素分析 篇4
一、杆柱失稳造成中性点以下杆管偏磨
抽油杆在上冲程时受到向上的拉力和向下的重力及阻力, 但整体抽油杆是受向上的拉力;在下冲程时, 当杆柱的自重和惯性力不足以克服下行阻力 (包括摩擦力、浮力、阀阻力等各种阻力) 时, 杆柱将出现失稳现象, 中性点以下抽油杆受压, 易造成杆柱弯曲, 严重时发生杆管偏磨。统计发现, 直井油井杆柱偏磨普遍存在中性点以下。
大港油田取一口直井和一口斜井实测抽油杆拉压力数据, 斜井G13-2井测试中性点为泵上312m, 直井Y13-12井测试中性点位置为泵上47m。由实际可知, 无论是直井还是斜井, 中性点都是客观存在的。
理论上消除中性点可消除抽油杆的下行中失稳问题。实际生产中优化杆柱组合, 配套合理的加重杆可以有降低缓偏磨几率。
二、油井液击造成杆管偏磨
抽油机上行时若井液未充满泵筒, 则当下行时, 在柱塞接触液面时会产生较高的瞬间冲击力, 冲击力会大幅度增加下部杆柱弯曲范围、程度, 加剧了杆管磨损。π-2
式中F为活塞与液面之间产生的冲击力, N;H为泵深, m;ρ为混合液密度, Kg/m3;R为泵半径, m;υ1为活塞撞击液体之前的速度, m/s;υ2为活塞撞击液体之后的速度, m/s;Δt为作用时间, s。
由公式1知, 瞬时冲击力的大小与活塞撞击液体前后的速度差成正比, 与抽油泵半径的平方成正比, 泵径的影响相对较大, 所以此类偏磨多发生在大泵提液井中。以X44-6为例, 该井为直井, 当在大泵提液后杆柱发生偏磨。初期采用Φ44mm泵投产生产正常, 换大泵Φ83mm后生产243天就出现管漏和偏磨现象。
三、影响因素分析
杆柱受力失稳和油井液击会引起的抽油杆和油管发生接触进而偏磨, 同时工作制度不合理和原油粘度大会加剧杆管偏磨。
1. 工作制度的影响
抽油杆的偏磨与工作制度有关系, 随着冲程、冲次的增大, “失稳”越严重, 且冲次较冲程的影响更大。取Z5-2井为例分别计算不同工作制度下的悬点最大载荷、最小载荷及中性点位置。该井泵径Ф44mm, 泵挂深度1800m, 杆柱采用D级两级组合。随着冲程、冲次增大, 抽油杆所受悬点最大载荷逐渐增大, 最小载荷逐渐降低, 交变载荷也随之增大, 中性点位置不断上移, 杆柱失稳越严重。
2. 井液粘度的影响
在稠油油藏由于井筒内原油粘度大, 增加了杆管偏磨的几率。以一口油井为例取不同原油粘度进行计算对比, 随着井液粘度的增大, 抽油杆“失稳”越严重。随着原油粘度的增加 (由100m Pa·s增大到3000m Pa·s) , 杆柱承受的最大载荷增加 (由89.22KN增加到115.06KN) , 最小载荷降低 (由49.15KN降低到12.9KN) , 交变载荷变大, 杆柱中性点由距泵底440m提浅到距泵底1444m, 中性点位置上移, 杆管偏磨加剧。
四、治理对策
1. 对于由于井筒运行引起杆柱的偏磨, 可通过优化举升参数减少杆管偏磨的几率达到延长检泵周期的目的。
2. 合理调整生产参数, 优选长冲程低冲次;优化杆柱组合, 底部设计足够加重杆;
3. 加强降粘维护措施的实施, 针对稠油油井在生产过程中加降粘剂等来降低原油粘度
油井防偏磨技术研究与应用 篇5
随着水平井、斜井、高含水井、低产井等类型油井的日渐增多, 抽油机井杆管磨损问题已经成为困扰油井生产的主要问题之一。以高升采油厂雷家地区为例, 初步统计有近60口井存在较严重的偏磨问题。油井磨损主要表现在管杆偏磨严重、检泵周期明显缩短、生产成本显著上升等方面, 现阶段管、杆磨损问题已成为我厂生产中急需解决的现实问题之一。由于对我厂抽油机井杆、管偏磨机理没有准确、清晰的认识, 目前采取的各项防偏磨措施有效率偏低, 措施有效期短。因此有必要开展油井杆管偏磨机理及防偏磨技术的研究与应用, 以达到延长油井检泵周期、降低生产管理难度及生产成本并改善区块开发效果的目的。
2存在的主要问题
雷家地区共部署油井107口, 其中雷11块有油井67口, 开井62口, 雷64块有油井40口, 开井39口。由于受地面条件和征地限制, 大部分油井钻井时均利用老井场, 井眼轨迹复杂、斜度大及狗腿度大, 油井最大井斜97.1°, 平均21.3°, 最大狗腿度达12.21°/30m。生产过程中52%以上的油井存在着不同程度的偏磨, 各井偏磨井段见附表1。另外, 由于油藏埋藏深, 油井下泵深度大 (最深2130m, 平均泵深1906m) , 导致油井负荷增加, 增加了断脱的可能性。区块油井断脱平均免修期只有180d左右, 因偏磨造成的检泵工作量占维护性作业工作量的54.2%, 偏磨断脱已成为导致油井检泵的主要原因。
目前针对油井偏磨问题, 主要使用尼龙防偏磨器和高强接箍, 实施之后, 取得了一定的防偏磨效果, 但是尼龙防磨器使用寿命仅3个月, 限制了防偏磨效果, 另外磨损产生的碎片易导致卡泵, 高强接箍使用之后, 有效的解决了抽油杆接箍磨损问题, 但对油管磨损较严重, 出现了多次管漏问题, 因此, 目前尚缺乏有效的解决雷家地区油井偏磨问题的技术手段。
3油井防偏磨技术研究
3.1偏磨机理分析
3.1.1井斜及狗腿度影响
受地面条件和征地限制, 大部分油井钻井时均利用老井场, 井眼轨迹复杂、斜度及狗腿度大, 雷家地区油井最大井斜97.1°, 平均21.3°, 最大狗腿度达12.21°/30m。在油井井斜及狗腿度较大的井段会形成扭曲和拐点, 使油管产生弯曲, 在油井生产时, 油管和抽油杆在“拐点”处接触, 产生摩擦。“拐点”离井口越近, 抽油杆柱对油管的水平分力也越大, 磨损越严重。
3.1.2杆柱“失稳”对偏磨的影响
上冲程:杆柱每一点受力为:向上的拉力、该点以下杆柱的重力、杆柱与液体的磨擦力、活塞与泵筒的磨擦力。在此过程中, 杆柱每一点的合力都是向上的, 杆柱被拉直, 不会发生偏磨现象。中性点以下油管受力如下:油管在液体中的重力、管内介质对油管的摩擦力、活塞对泵筒的摩擦力。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。
下冲程: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。杆柱每一点的受力为:该点以下杆柱的重力, 杆柱与液体向上的磨擦阻力, 活塞与泵筒磨擦产生的向上的阻力, 该点以上杆柱的重力作用于该点形成的向下的压力。在此过程中, 中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态, 不会弯曲变形并发生偏磨现象。
中性点以下的抽油杆由于重力较小, 不足以克服其它各种向上的阻力, 且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, 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, 活塞与泵筒的摩擦力越大, “失稳”越严重。
3.1.3井液的性能
油管与抽油杆间的相对运动是发生在冲程距离内的低速往复运动, 在此范围内如果发生管、杆间的相对接触, 将发生相对摩擦现象, 若润滑不良, 便会引发磨损。这种运动发生于充满井液的油管中, 井液的润滑特性决定了管、杆间的摩擦程度以及是否会发生磨损。如果井液的润滑性能良好, 能够在摩擦副间形成良好的液体润滑膜, 即使是在斜井与水平井中, 摩擦与磨损在工程上也是一个能够容忍而加以忽略的问题。井液的润滑性质取决于其含水、含气、原油粘度等综合情况, 水不能充当良好的润滑剂, 磨损现象通常会随着含水增高而加剧, 当含水高于80%时, 杆管偏磨率较高。
另外, 原油黏度越大, 抽油杆与液体的摩擦阻力越大, 磨损率越高。特别是原油黏度对油井温度敏感的井, 当井温降低时, 由于原油黏度增大, 会加剧磨损。
3.1.4抽油机井工作制度
1) 泵径
根据调研资料统计, 泵径对抽油杆偏磨有一定影响, 泵径越大, 杆管偏磨率越高;
2) 沉没度
沉没度对杆管偏磨有显著影响, 杆管偏磨率随着沉没度的降低而显著上升, 据大庆油田的统计结果表明, 约50%的油井偏磨原因与沉没度过低有着直接的联系。初步分析认为, 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、甚至泵筒内析出, 造成杆管、甚至泵结蜡严重, 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。
另外, 沉没度较低时, 可造成供液不足现象, 产生液击, 引起杆柱振动, 加剧了杆柱的下行弯曲, 使杆管偏磨加剧。产生液击现象造成的杆柱振动, 在油管内发生余弦弯曲现象, 使下冲程中抽油杆柱与油管内壁的接触点增多, 引发磨损问题, 这种现象在高含气或高含水井中尤为严重。
3) 冲程、冲次
在存在偏磨的油井中, 冲程短、冲次高时, 偏磨部位相对小, 偏磨次数增加, 磨损较严重、破坏力大, 同时还会使杆柱“失稳”问题加剧。
3.1.5材质及其处理方法的影响
油井管杆偏磨及治理对策 篇6
(1) 偏磨井在油田中分布广泛, 尤其在开采到中后期的油田, 油井管杆偏磨问题日益突出, 严重影响了油井的正常生产。
(2) 管杆偏磨危害严重, 因油井井身、油管弯曲, 造成抽油杆偏磨油管, 加之油井管杆长期受井液中腐蚀介质的作用, 管杆断裂、漏失现象增多, 缩短了油井的免修期, 增加了管杆的维护费用增多, 同时严重影响了油田稳产和经济效益的提高。
(3) 管杆偏磨分布特征:大部分偏磨发生在油层底部油泵上500米的深度范围内;主要有油管漏失, 管丝扣穿, 接箍断脱, 抽油杆脱扣、断裂等类型。管杆偏磨形态, 抽油杆表现为杆体一侧被磨平, 油管则会出现平行于管道轴心的内凹变形;管杆偏磨情况的统计显示, 接箍的偏磨比抽油杆本体严重, 抽油杆接箍出现严重磨损杆段对应的油管同样磨损严重。
2 油井管杆偏磨的原因分析
2.1 井斜作用的影响
受井斜作用的影响, 由于油井井身弯曲, 油管上部接在油管挂上, 在重力作用下, 油管会发生弯曲, 同时, 居于油管中心的抽油杆同样因井斜作用, 在自身重力作用下, 也会发生弯曲变形, 在石油开采过程中尤其在油稠度较大, 泵径、冲程较大或液击时, 杆管就会出现偏磨现象。
2.2 油井杆管组合使用不当
抽油杆杆柱与油管的组合不当, 尺寸设计不合理, 会增加管杆偏磨的几率, 造成磨损。特别是在接箍与造斜点位置, 在管杆相互运动时, 更容易出现接触摩擦, 出现偏磨。
2.3 生产参数的设定不合理
油井生产时, 泵径、冲程以及杆柱组合等生产参数的选择的不合理是造成管杆偏磨的另一个重要原因。在生产参数设定的理想状态下, 抽油杆柱会始终处在拉伸状态。而在实际生产时, 由于受井液以及各类摩擦力的作用, 抽油杆柱不同位置的受力状态不同, 很多情况下, 抽油杆柱的运行速度小于抽油机驴头速度, 部分抽油杆柱处于完全受压状态, 特别是在油稠度较大, 抽油速度、冲程较大, 存在液击的情况下, 抽油杆柱更易出现弯曲变形, 增大了管杆发生偏磨的几率。
2.4 结蜡造成油井杆管偏磨
油井生产过程中, 如果没有采取及时的清理措施, 油井就会发生结蜡现象, 结蜡与其它的一些赃物沉积在井筒内, 并附着在抽油杆上, 在管杆上形成凝结点。油井出现结蜡现象后, 抽油杆的上行载荷增大, 下行载荷减小。尤其是在抽油杆处于下行状态, 运行到结蜡点位置时, 受结蜡阻力的影响, 运行速度降低, 当下行速度小于光杆运行速度时, 结蜡点之上的杆柱就会发生变形弯曲, 造成管杆偏磨。
3 油井管杆偏磨的治理对策
对于油井管杆偏磨可通过优化生产参数、管柱组合、上提泵挂以及合理使用新扶正工具、改进油井的生产方式等措施进行治理。同时合理运用新型防偏扶正工艺技术, 配合使用加重杆优化管杆组合等方式都对偏磨具有良好的治理效果。偏磨治理可采取以下几点对策。
3.1 合理调整生产参数
在保证油井供液稳定的前提下, 可对部分偏磨井上提泵挂, 使抽油杆尽量避开存在偏磨的井段。而对于一些偏磨段较长的油井, 可在产液量满足油井要求的条件下, 采用降低冲程、冲次, 下大泵, 优化设计管柱组合等措施, 改善抽油杆柱不同位置受力不同状况, 减缓油井管杆偏磨的速度。
3.2 采用新型防偏扶正技术
3.2.1 空心杆采油技术
空心杆内出油, 原油成为空心杆与油管密闭环窄空间内的润滑剂, 该技术降低了管杆之间的摩擦力, 同时由于液流通道的改变, 减轻了液流对管杆接触面的腐蚀和冲刷作用, 以实现减轻管杆偏磨的目的。该技术对偏磨段较长、常规治理效果较差的偏磨井具有较好的治理效果。
3.2.2 防磨增效器技术
该技术通过在偏磨井段配合使用防磨管与防磨器, 达到扶正、润滑, 减缓偏磨的目的。防磨管的管内壁经特殊处理后, 内壁具有光滑、耐磨、防腐的特征, 防磨器经过喷焊处理后, 可很好的发挥扶正、防磨的作用。该技术对于偏磨井段长度较大、分布相对集中油井较为适用。
3.2.3 HDPE内衬防磨管
H D P E内衬油管工艺是当前偏磨治理最有效的技术, 内衬管通过优质材料加工而成, 集抗偏磨与抗腐蚀性于一体, 不结蜡、不结垢, 具有超强的耐磨和防腐功能。H D P E内衬油管具有良好弹性, 能够很好的适应因油井温度与应力变化所引起的油管变形情况, 能够确保内衬管紧贴在油管的内表面;此外, 内衬管的制造材料的强度较高, 不会出现穿孔、断裂、剥落等问题而影响偏磨的治理效果。
3.3 定期进行井筒清理
油井生产过程中, 定期进行井筒清理, 能够减少结蜡以及其它的一些赃物在井筒上的沉积, 降低结蜡对杆柱运行的阻力, 减小运行载荷, 使油井保持在较好的生产状态, 尽量减少因清理措施不到位, 结蜡现象加剧管杆偏磨问题的出现。
4 结论
(1) 科学管理油井, 保证油井的稳产高效运行, 必须合理设定油井的沉没度, 优化油井抽吸参数的设置;同时定期清理油井结蜡, 及时解除油管蜡堵, 合理采取油井的热洗措施, 确保油井出油通道的通畅;优化管柱组合设计, 优化抽油杆与泵柱塞的尺寸配合, 降低管杆间的摩擦阻力。
(2) 油井地层水含量的增加, 会加快管杆偏磨腐蚀的速度。因此, 油田开发过程中必须严格控制水含量的增加速度, 尽量避免因地下水等腐蚀介质的作用引起的杆体腐蚀变形问题。
(3) 继续推广使用空心杆采油、内衬管工艺, 减小管杆的摩擦阻力, 增强防磨扶正效果, 针对不同油井的情况, 有针对性的制定综合治理措施, 以取得良好的防偏磨、防腐蚀的效果。总之, 油井管杆的治理不仅仅是作业质量问题, 只有不断强化作业监督与管理措施, 才能取得良好的治理效果。
摘要：抽油杆与油管的偏磨问题日益突出, 对油井的稳产高效运行具有危害作用。近年来, 针对油井管杆偏磨现象的治理随取得了一定的成效, 但这一问题尚未得到真正解决, 因此, 有必要对管杆偏磨治理进行进一步的分析研究, 以保证油田的正常生产。本文首先分析了管杆偏磨的现状, 并在分析偏磨原因基础上, 对管杆偏磨的治理对策进行了探讨。
关键词：油井管杆,偏磨,治理,对策
参考文献
[1]刘鸿方, 郑大进, 双向保护抽油杆接箍在高含水油田的应用[J], 内蒙古石油化工, 2006 (8) [1]刘鸿方, 郑大进, 双向保护抽油杆接箍在高含水油田的应用[J], 内蒙古石油化工, 2006 (8)
[2]陈实, 王海文等, 油井杆管偏磨成因与防治措施[J], 内蒙古石油化工, 2006 (8) [2]陈实, 王海文等, 油井杆管偏磨成因与防治措施[J], 内蒙古石油化工, 2006 (8)
[3]王优强, 油井管杆磨蚀试验机的研制[J].机床与液压, 2006[3]王优强, 油井管杆磨蚀试验机的研制[J].机床与液压, 2006
油井组合防偏磨技术的相关探讨 篇7
关键词：油井,管杆,偏磨,防偏磨技术
1 油井偏磨的原因及危害分析
1.1 导致油井偏磨的主要原因
造成油井偏磨的原因相对较多, 大体上可归纳为以下几个方面: (1) 井身结构问题。通常情况下, 油井本身的弯曲度越小, 油管内壁与抽油杆接箍之间的偏磨面积就越大, 从而使磨损的程度比较轻微。如果油井本身的弯曲度过大, 不但会导致油管内壁与抽油杆接箍之间出现偏磨, 而且还会造成油管内壁与油杆出现偏磨, 磨损的程度相对比较严重。 (2) 参数问题。在冲次高、冲程短的情况下, 偏磨的次数一般比较频繁, 此时偏磨的部位较小, 磨损程度比较严重。同时, 高的冲次还有可能造成杆柱的中性点发生上移, 这样一来会导致杆柱偏磨段加长。 (3) 交变荷载的影响。由于上下冲程的过程中, 抽油杆本身会出现弯曲的情况, 这样一来使杆管的间距缩短, 摩擦系数增大, 粘度较大的稠油井中这种现象更为明显。 (4) 油管弯曲。当柱塞进行上冲程的过程中, 游动凡尔会处于关闭状态, 固定凡尔则会打开, 此时的泵筒及上部油管内壁会受到管内液体净水压力的作用, 而外壁会受到沉没度液体压力的作用, 当内压超过一定的数值时, 便会造成油管弯曲, 在弯曲点的位置上, 油管会与抽油杆之间出现接触磨损。 (5) 腐蚀介质。由于油井当中常常会存在一些腐蚀介质, 在抽油的过程中, 这些腐蚀介质会使管杆表面逐步变得疏松, 从而导致管杆表面的强度及残余应力降低, 这在一定程度上加速了管杆偏磨。
1.2 油井偏磨的危害
(1) 会对生产造成一定影响。油井出现偏磨之后, 会导致断杆或是管漏躺井等情况, 从而会使躺井作业量增大, 严重时便会导致油井停产。 (2) 会使采油成本增大。油井偏磨会使杆管的报废率提高, 这样便会增加杆管的更换费用, 通常偏磨比较严重的油井, 全新的抽油杆或是油管不到一年就会失效, 并且大部分都很难修复, 所以只能进行报废处理。 (3) 缩短套管使用年限。当油井出现偏磨情况时, 套管壁会逐渐变薄, 磨损部位的抗压及抗剪切强度会大幅度下降, 并且还会引起防腐层脱落, 从而加快了套管的腐蚀速度, 这样一来套管的使用寿命就会缩短。虽然这种情况并不普遍, 但若是发生, 则会造成非常巨大的损失。
2 油井组合防偏磨技术研究
2.1 油井常用的防偏磨技术分类
随着各大油田采油工作的不断深入, 油井偏磨情况日益严重, 针对这一情况, 各种防偏磨技术应运而生, 大致可将现有的防偏磨技术分为以下几类: (1) 减小杆柱屈曲类。在引起杆管偏磨的诸多原因中, 杆柱的正弦和螺旋屈曲是最主要的因素, 经过试验论证, 可以通过减小杆柱屈曲来降低偏磨。这类技术比较常用的有抽油杆加重技术、封隔技术、锚定技术等等。 (2) 防止杆管接触类。大量的实践表明, 防止杆管接触最有效的措施是在杆管的偏磨段油杆上加装扶正装置, 借此来阻止杆管直接摩擦的情况发生。目前, 比较常用的扶正装置有尼龙扶正器、钢质扶正器、热固式扶正器等等。 (3) 均匀磨损类。此类防偏磨技术具体包括旋转抽油杆和旋转油管两种, 其防偏磨原理是利用井下油管的定时旋转或油杆的定期转动, 使原本的单点磨损变成均匀的周向磨损, 从而延长偏磨井的生产周期。 (4) 减小摩擦系数类。通过降低杆管之间摩擦, 能够达到防偏磨的目的, 所以可利用一些外加剂, 如油井缓蚀剂等, 来减缓杆管的磨损速度, 并且缓蚀剂还可以使金属表面形成一种薄膜, 能够隔离大部分腐蚀介质, 有助于防止磨蚀的情况发生。 (5) 抗磨类。由于受材质的限制, 使得杆管的耐磨性和抗腐蚀性都相对较差, 这也是造成偏磨的主要原因之一, 为了进一步提高杆管的耐磨蚀性, 可以采用经过表面处理的抽油杆和油管。目前, 比较常用的抗磨技术有抗磨接箍和抗磨油管。
2.2 防偏磨组合配套技术
上文中介绍的几类防偏磨技术虽然都能够有效起到防偏磨的作用, 但是由于油井偏磨的产生原因比较复杂, 并且变化性较强, 若是单纯采用一种防偏磨技术, 有时无法达到理想中的效果。为此, 可将几种防偏磨技术组合到一起使用, 这样可以达到最佳的防偏磨效果。下面简要介绍几种不同偏磨井况的防偏磨组合配套技术: (1) 深井腐蚀偏磨井。此类油井可以采用抗磨蚀油管+防腐蚀连续杆的组合配套模式。 (2) 严重磨蚀偏磨井。这类油井可以采用抗磨蚀管+抗磨接箍+防腐蚀油泵的组合配套模式。 (3) 失稳弯曲偏磨井。针对此类油井, 可以采用弹性抗磨副+管杆减磨接箍+加重杆的组合配套模式。 (4) 一般偏磨井。可以采用油管减磨接箍+抽油杆减磨接箍的组合配套模式。 (5) 大斜度腐蚀偏磨井。可以采用碳锆内涂油管+弹性抗磨副+管杆减磨接箍的组合配套方式。
2.3 组合防偏磨的应用效果
上述的组合防偏磨技术在某油田的10个采油厂中的1636口偏磨井进行了试应用, 主要井况包括高含水腐蚀偏磨井、全景偏磨井、高矿化腐蚀偏磨井等等。应用结果表明, 这些偏磨井的平均生产周期都大幅度延长, 超过400d的偏磨井共计673口之多, 占总井数的41%。由此可见, 组合防偏磨技术具有明显的效果, 值得大范围推广。
3 结论
总而言之, 油井防偏磨是一项较为复杂且系统的工作, 由于引起油井偏磨的因素相对较多, 所以单纯采用一种防偏磨技术很难达到理想的效果。本文提出的组合防偏磨配套技术, 有效解决了防偏磨技术的单一性问题, 通过实践应用也充分证明了组合防偏磨技术的可行性。在未来一段时期, 应当重点加大队组合防偏磨技术的研究力度, 多开发出一些组合配套模式, 这对于提高油井的开采效率具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1]姚玉华.管叶平.张栋.大港油田防偏磨、防腐蚀技术的应用及效果分析[J].中国石油和化工.2013 (6)