淺析螺桿泵工況診斷方法

任恒飛

【摘 要】本文主要闡述了油田采油系統(tǒng)螺桿泵工況診斷方面的內(nèi)容，系統(tǒng)的分析了螺桿泵采油系統(tǒng)的工況及診斷方法，并提出需要改進(jìn)的未完善之處。

【關(guān) 鍵 詞】螺桿泵、采田、工況、診斷

【中圖分類號】 F407.4【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0224-01

前言

隨著螺桿泵在采油系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，因螺桿泵產(chǎn)生的故障問題也越來越多地暴露在我們面前，其中最主要的幾種故障是：抽油管斷脫，油管漏失，油管結(jié)蠟，螺桿泵漏失，轉(zhuǎn)子磨損，定子橡膠溶脹，卡泵等。螺桿泵工況診斷分析方法的類型是豐富多樣，其中主要包括憋壓診斷法、電流診斷法和光桿受力診斷法三種。

一、憋壓診斷法

憋壓法診斷技術(shù)是利用憋壓曲線來對螺桿泵采油系統(tǒng)的各種工況進(jìn)行定性解釋的。螺桿泵井采油系統(tǒng)的憋壓分析是以關(guān)井后油壓與時(shí)間的關(guān)系曲線為主要依據(jù)的定性分析方法。常用的三種憋壓手段包括：

1）開機(jī)憋壓（常規(guī)憋壓）：是指油井在正常生產(chǎn)時(shí)，通過關(guān)閉生產(chǎn)閘門來提高油壓的憋壓方法。

2）關(guān)機(jī)憋壓（高壓憋壓）： 是指油井在停止生產(chǎn)時(shí)，通過關(guān)閉生產(chǎn)閘門來提高油壓的憋壓方法。關(guān)機(jī)憋壓通常是在油井經(jīng)歷了開機(jī)憋壓處理，油壓已經(jīng)達(dá)到一定值后進(jìn)行的后續(xù)憋壓處理， 是一種在相對高壓下進(jìn)行憋壓的方法。

3）停機(jī)憋壓：是指在將正常生產(chǎn)的螺桿泵停轉(zhuǎn)的同時(shí)關(guān)閉生產(chǎn)閘門進(jìn)行憋壓的方法。

現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，首先需要在螺桿泵運(yùn)行狀態(tài)下，關(guān)閉回壓閘門，測取一條壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線；然后，在停機(jī)狀態(tài)下，用相同方式再測取一條壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線。最后，比較測得的兩條憋壓曲線的變化趨勢，分析兩條曲線中各種壓力的變化規(guī)律中反映出來的各種螺桿泵井采油系統(tǒng)的工作狀況信息。

憋壓診斷法可以有效的分析出系統(tǒng)的四種常見工況： 正常工況、桿柱斷脫、油管漏失、泵漏失。憋壓法工況分析的主要優(yōu)勢在于其對所分析油井的各方面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒有具體的要求，整個(gè)工況分析過程方便、快捷、簡單、可靠，從而大大提高了工作效率。但其分析范圍較窄，只能對油井工況作一些簡單的分類處理，精細(xì)的工況診斷還是的依靠其他診斷技術(shù)。

二、電流診斷法

電流診斷法是通過觀測電動機(jī)的電流值隨著時(shí)間的變化情況來分析螺桿泵井采油系統(tǒng)的工況。其中電流指標(biāo)的類型根據(jù)其值的范圍主要分為：

接近電動機(jī)空載電流，工作特性是：（1）無排量，油套管不連通。（2）油管和套管連通，無排量或者排量較小。其故障形式依次為：（1）抽油桿柱斷脫，定子脫膠。（2）油管斷脫或油管嚴(yán)重漏失。

接近電動機(jī)正常電流，工作特性是：（1）排量較小，液面較淺。（2）排量較小，液面較深。其故障形式依次為：（1）油管漏失，定子嚴(yán)重磨損、漏失。（2）供液不足，含氣量大。

明顯高于電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流，工作特性是：（1）排量降低，油壓顯著增高。（2）投產(chǎn)初期排量正常。（3）排量正常。（4）排量較小，油壓正常。其故障形式依次為：（1）輸油管線堵塞。（2）定子橡膠膨脹，過盈量增大。（3）抽油桿柱與油管內(nèi)壁摩擦。（4）嚴(yán)重結(jié)蠟。

周期性波動電流，工作特性是：脈動性產(chǎn)液。其故障形式為：轉(zhuǎn)子不連續(xù)轉(zhuǎn)動，過盈量偏大。

可以根據(jù)這些電流指標(biāo)來判斷驅(qū)動電動機(jī)的負(fù)載情況，進(jìn)而了解井口設(shè)備所承受的井下部件重量的情況。但是僅僅用電流數(shù)據(jù)時(shí)無法準(zhǔn)確判斷出系統(tǒng)的工況的。因此，電流法不能只關(guān)注于驅(qū)動電機(jī)的電流變化，它還需要和油井的排量、油壓、動液面等因素相結(jié)合，來共同判斷現(xiàn)實(shí)情況下螺桿泵采油系統(tǒng)的工作狀況。

三、螺桿泵井光桿受力診斷法

螺桿泵井工況診斷的任務(wù)是研究螺桿泵井下設(shè)備（井下泵、油管、抽油桿、配套工具等）在舉升介質(zhì)過程中的工作特性的變化規(guī)律。因此，研究對象包括：被舉升的流體、井下泵、抽油桿、油管及配套工具。為了簡化診斷模型，根據(jù)油田實(shí)際情況，對螺桿泵井舉升系統(tǒng)模型作如下假設(shè)：（1）油井為垂直或傾斜方向，無彎曲形變；（2）油管內(nèi)流體為氣液兩相流；（3）油管均為兩端錨定，無軸向形變；（4）抽油桿軸線與井筒軸線重合，抽油桿與油管無直接接觸。

螺桿泵井工作時(shí)，桿柱的載荷主要來自兩個(gè)方面：扭矩和軸向力。扭矩主要由三個(gè)部分組成，定轉(zhuǎn)子過盈產(chǎn)生的初始扭矩、井下泵舉升井筒流體產(chǎn)生的有功扭矩和桿液摩擦扭矩。軸向力來自四個(gè)方面：抽油桿自重、抽油桿在采出液中的浮力、采出液向上流動時(shí)對抽油桿向上的摩擦力、液體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力。

當(dāng)舉升系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，扭矩和軸向力的幅值和曲線會發(fā)生不同程度的變化。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以對螺桿泵井的工況類型進(jìn)行確認(rèn)和分析。鑒于光桿扭矩和軸向力在螺桿泵井系統(tǒng)診斷中的重要作用，可用螺桿泵井專用測試儀在現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用。該儀器可實(shí)現(xiàn)扭矩和軸向力的實(shí)時(shí)安全測試，并能在惡劣氣候條件下使用，為螺桿泵井診斷提供了測試手段。

螺桿泵特性曲線的主要應(yīng)用是計(jì)算出螺桿泵的工作參數(shù)，然后繪制其在典型的螺桿泵性能曲線圖中的工作點(diǎn)，確定該點(diǎn)在螺桿泵特性曲線中的位置。一般的，將整個(gè)螺桿泵特性曲線分為最佳工作區(qū)域、一般工作區(qū)域和惡劣工作區(qū)域三個(gè)大的區(qū)域。在泵效最高點(diǎn)附近（一般取最高效率點(diǎn)的80%）處劃兩條豎線，兩條豎線中間的區(qū)域?yàn)樽罴压ぷ鲄^(qū)域、最佳工作區(qū)左邊的是一般工作區(qū)域，最佳工作區(qū)右邊的是惡劣工作區(qū)域。在整個(gè)生產(chǎn)過程中， 螺桿泵的工作點(diǎn)應(yīng)保持在的最佳工作區(qū)域內(nèi)。典型的螺桿泵性能曲線及其分區(qū)如圖1所示。

當(dāng)螺桿泵井采油系統(tǒng)正常工作時(shí)，光桿軸向力和光桿扭矩在穩(wěn)定時(shí)，為平穩(wěn)直線，且處于正常工況界限以內(nèi)；而當(dāng)其出現(xiàn)各種故障情況時(shí)，光桿軸向力和光桿扭矩對應(yīng)的曲線則會出現(xiàn)不同程度的波動，所處范圍也將不在正常范圍之內(nèi)。據(jù)此即可對螺桿泵井采油系統(tǒng)的工況類型進(jìn)行有效的分析研究。根據(jù)長期試驗(yàn)和現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，將螺桿泵井采油系統(tǒng)正常工作壓差設(shè)定在最大揚(yáng)程值的30%處的壓力與容積效率為65%處的壓力點(diǎn)之間，并據(jù)此推算出正常工況對用的光桿軸向力和光桿扭矩的范圍分別在之間和之間，其中、為對應(yīng)的光桿軸向力和扭矩，而F為對應(yīng)的光桿軸向力和扭矩。并根據(jù)螺桿泵系統(tǒng)在螺桿泵特性曲線中所處的區(qū)間，將其劃分為：正常、桿斷、結(jié)蠟或定子溶脹、參數(shù)偏大、參數(shù)偏小五個(gè)部分。

結(jié)束語

為了避免這種不必要的損失，我們必須找出有效地方法在不影響生產(chǎn)的前提下，對螺桿泵的工作狀況做出判斷，從而提高螺桿泵的工作可靠性，找出科學(xué)管理螺桿泵的方法。