有杆泵采油是石油工业传统的采油举升方式，也是迄今为止在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式，在我国各大油田的生产井中大约有80%是采用有杆泵采油技术。有杆泵采油方式井下杆管的偏磨是油田进入高含水期后面临的日益严重的问题，近年随着油田含水持续上升，因为杆管偏磨造成抽油机井检泵作业的井数呈逐年增加的趋势。目前大庆、胜利、辽河、吉林、中原等油田普遍出现抽油机杆管偏磨井数不断增加，偏磨导致的杆断、管漏比例上升，检泵周期缩短，作业费用增加，杆管报废数量大幅度上升，导致抽油机井维护性作业成本居高不下。 大庆、胜利、吉林等油田的统计资料表明：由于抽油机井杆管偏磨造成的检泵作业井数占检泵作业总井数的35-55%
油井偏磨的基本机理
抽油机井的偏磨机理问题，许多研究人员进行了长时间研究，目前人们普遍认为抽油机井发生偏磨是由于在下冲程过程中抽油杆产生弯曲变形造成的。研究方法是基于对抽油机井下杆柱进行受力分析，通过对各项受力组成进行分析，确定抽油机井的杆柱偏磨的主要原因是在抽油杆的下行程过程中由于受到流体通过游动阀的阻力、泵活塞与衬套之间的磨阻、抽油杆与油管之间的摩阻以及抽油杆与液体之间的摩阻的作用，产生一个阻碍抽油杆下行的方向向上的阻力，使得抽油杆的下部受压，而上部抽油杆柱则由于抽油杆柱自身重力的作用而受拉，因此在抽油杆在其下行阻力和自身重力的双重作用下，其结果是抽油杆在下行过程中上部的运行速度要大于下部杆柱的速度，从而产生抽油杆的弯曲变形，而且在抽油杆上必然存在既不受压也不受拉的一点，此点即中和点。中和点位置的高低主要取决于抽油杆的下行阻力，而在影响下行阻力的诸因数有哪个因素发生变化，导致下行阻力增加，那么中和点的位置就要相对上移。
含水对油井偏磨的影响
但是根据这种分析，油井偏磨是任何抽油机井都必然发生的，但是现场的实际情况是随着油井含水的上升，油井偏磨的情况逐渐加剧，因为偏磨导致的杆断、管漏等检泵作业井次不断上升。以沈阳油田的稀油区块为例，当油井含水在60%以下时，油井因为偏磨导致维护性作业井的检泵周期为310天左右；当油井的含水在60-90%时，偏磨井的平均检泵周期为280天左右；而当油井含水大于90%时，偏磨井的检泵周期仅为200天左右，呈急剧下降的趋势。上述分析显然无法解释水驱油井的这一情况。
表一 |
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含水（%） | 偏磨井（口） | 泵挂（米） | 检泵周期（天） | |
0-30 | 13口 | 2029.0 | 307 | |
30-60 | 15口 | 2058.5 | 317 | |
60-70 | 15口 | 1881.1 | 271 | |
70-80 | 11口 | 1846.8 | 286 | |
80-90 | 21口 | 1754.7 | 274 | |
>90 | 23口 | 1699.8 | 197 | |
| 总计：101 |
| 平均：265 | |
为此在室内建立以抽油杆-油管为摩擦副的实验，通过室内抽油杆-油管摩擦副的实验关系曲线可以得出：油井产出液的含水量对抽油杆和油管摩擦副的摩擦系数和磨损率具有显著影响，随着油井产出液含水量的增加，抽油杆和油管间的摩擦系数和磨损率增大；当油井产出液含水量小于70%时，摩擦系数处于0.06~0.13之间；当含水处于70~85%之间时，摩擦系数处于0.13~0.25之间；当含水量超过85%以后，摩擦系数保持在0.25左右。从抽油杆和油管磨损表面观察，当油井产出液含水为55%时，抽油杆和油管磨损表面较光滑，仅存在微小的犁沟；而当含水为95%时，抽油杆和油管磨损表面存在宽而深得犁沟，呈现严重粘着磨损和擦伤迹象。显而易见，油井的偏磨程度是随着油井含水上升而不断加剧的，尤其是含水在85%左右，油井的杆管摩擦系数急剧增加，导致偏磨加剧。显然，室内实验的结果给出了采油现场当油井含水大于90%以后偏磨井检泵周期急剧下降的原因，解释了油田进入中高含水期后油井偏磨数量急剧增加，检泵周期急剧缩短的原因。
液击对油井偏磨的影响
油井由于供液不足，或者气液比过低，气体对泵的抽汲基本没有影响，柱塞在下行程过程中与泵内液面接触瞬间会发生液击现象，产生液击力。根据冲击力学理论，液击力FS可以由下式计算：
νs ρr ar ρ l al
FS =Ar --------------------
ρl al + ρr ar
式中 νs ------ 柱塞与液面撞击瞬间的运动速度，m/s；
ar ------ 声音在抽油杆中的传播速度，m/s；
al ------ 声音在井液中的传播速度，m/s；
ρr ------ 抽油杆材料密度，kg/m3；
ρl ------ 井液的密度，kg/m3；
从公式中我们可以看到，液击力取决于柱塞撞击液面时的运动速度，我们通常把抽油机的运动看作简谐运动，那么，当液击发生在上下死点液击力最小，液击发生在冲程的中间位置液击力最大。当油井在低含水低沉没度条件下，由于气体的缓冲作用，泵内一般不会产生液击；高含水井由于没有气体的缓解作用，一旦泵的充满系数不高，就会产生液击，增大下行阻力，造成中和点上移，偏磨井段变长，油井偏磨加剧。从表二的统计数据可以看出液面对偏磨的影响。
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| 表二 |
沉没度 | 偏磨井数 | 日产液 | 含水 | 检泵周期 |
(m) | (口) | (t/d) | (%) | (天) |
300-500 | 24 | 12.5 | 69.7 | 388 |
100-300 | 30 | 15.8 | 69.9 | 300 |
≤100 | 20 | 10.5 | 64.0 | 200 |
平均 | 74 | 12.9 | 67.9 | 296 |
注：表中沉没度为折算液面的沉没度 | ||||
结论
一、 油井偏磨主要是由于在下行程过程中受到井液对泵的顶托作用等各种阻力，造成抽油杆挠曲变形，形成抽油杆和油管间的摩擦，导致杆管偏磨；
二、 油井产出液的含水变化，会影响抽油杆与油管间的润滑性，随着油井含水上升，其摩擦系数呈逐渐上升的趋势，当含水大于85%以后，其摩擦系数稳定在0.25左右。因此随着油井含水的上升，油井偏磨不断加剧，偏磨井数呈上升的趋势，检泵周期缩短；
三、 油井含水上升还会引起气液比下降，气体对泵的抽汲影响减小，在活塞的下行过程中，由于没有了气体的缓冲作用，容易出现液击的情况，从而产生液击力，大大增加了活塞的下行阻力，致使油井偏磨的中和点上移，偏磨井段加长，偏磨加剧。