螺桿泵常見的故障類型分析

章海鳴

【摘 要】隨著螺桿泵采油系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來越多的故障問題也逐漸暴露在我們面前，其中最主要的幾種故障是：定子橡膠溶脹，油管漏失，抽油管斷脫，油管結(jié)蠟，螺桿泵漏失，轉(zhuǎn)子磨損，卡泵等。

【關(guān)鍵詞】螺桿泵、故障、油管、抽油

【中圖分類號(hào)】TE35【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0278-01

前言

造成螺桿泵采油系統(tǒng)出故障的原因有很多種，同一種故障也有可能是由不同的原因造成的，我們?yōu)榱祟A(yù)防和發(fā)現(xiàn)這些潛在的威脅，必須按照常規(guī)的檢修周期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，這不僅會(huì)消耗大量資金，而且若是不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，讓泵帶病運(yùn)行，必然會(huì)加大設(shè)備的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐赏１?，使油田蒙受?jīng)濟(jì)損失。

根據(jù)多年的生產(chǎn)事件，對(duì)螺桿泵井常見的工況類型進(jìn)行了整理劃分，工況類型總體分為正常和故障兩種，而又因?yàn)槠浒l(fā)生的部位不同，從而可以將故障分為以下七種。

一、螺桿泵定子橡膠溶脹

在螺桿泵應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，同樣的舉升高度條件下，螺桿泵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的容積效率比室內(nèi)檢測(cè)的容積效率低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，造成這種情況的主要原因是螺桿泵下井后在高溫，高壓油氣條件下定子橡膠溶脹使空腔變小。我們可以通過對(duì)定子橡膠溶脹值實(shí)驗(yàn)，計(jì)算，找出其影響規(guī)律，制定相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策以提高泵的容積效率，更好的發(fā)揮螺桿泵高效節(jié)能優(yōu)勢(shì)，為油田生產(chǎn)服務(wù)。

螺桿泵容積效率是實(shí)際空腔體積與設(shè)計(jì)空腔體積之比的百分?jǐn)?shù)。在油井高溫，高壓條件下，原油或其中的某些化學(xué)物質(zhì)通常會(huì)滲透到螺桿泵定子橡膠內(nèi)部，使橡膠膨脹，體積增大，增大部分占據(jù)了空腔體積，使實(shí)際儲(chǔ)存油液的空腔體積變小，導(dǎo)致容積效率降低。

二、油管漏失

據(jù)統(tǒng)計(jì)由于油管漏失而檢泵占檢泵比例的22.5%，與抽油桿斷脫并列檢泵原因之首。根據(jù)對(duì)生產(chǎn)造成的影響大小，可分為以下幾種：

1）輕微漏失，油管漏失量很小，單位變化不大，一般可以繼續(xù)生產(chǎn)；

2）一般漏失，油管漏失量？泵的排量，反應(yīng)在生產(chǎn)上為井口取樣困難，單量減產(chǎn)；

3）嚴(yán)重漏失，油管漏失量？泵的排量，反映在生產(chǎn)上為井口取樣及單量不出；廣義坐標(biāo)有限元分析的一般步驟。

一般情況下，先是發(fā)現(xiàn)一口井產(chǎn)液量減少或不出，然后經(jīng)一步步的診斷分析排除，最后確定是否油管漏失故障。

造成油管漏失的原因主要有以下幾條：

1）油管鋼材質(zhì)量：由油管的加工制造過程，適用時(shí)間，保養(yǎng)管理等決定；

2）井下作業(yè)施工質(zhì)量：作業(yè)隊(duì)伍的施工水平，責(zé)任心等；

3）抽油桿偏磨：油井完鉆質(zhì)量水平，抽油桿防偏磨措施工藝水平；

4）化學(xué)腐蝕：在含水井中，由于地層水礦化度高，腐蝕性強(qiáng)，往往在油管連接部位最易造成腐蝕損壞。由于油管漏失后往往造成油井停產(chǎn)，過多的檢泵使得作業(yè)成本負(fù)擔(dān)加大，因此在生產(chǎn)中，根據(jù)造成油管漏失的各方面因素，采取必要的措施加以預(yù)防。而一旦發(fā)現(xiàn)油管漏失，必須檢泵排除故障恢復(fù)油井的產(chǎn)能。

三、供液不足

故障表現(xiàn)為油壓逐漸降低，排量逐漸降低，電流逐漸降低，井口整壓，油壓上升緩慢，停機(jī)觀察，油壓不降；供液嚴(yán)重不足時(shí)，井口不出液，出油口只往外排氣，井口整壓，油壓不升，待液面恢復(fù)后，可抽出一定的液量，之后井口又不出液。對(duì)供液不足若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將發(fā)生泵空抽，泵空抽時(shí)間過長將導(dǎo)致桿脫，桿斷或定子失效，后果非常嚴(yán)重。

四、產(chǎn)能過剩

當(dāng)油井產(chǎn)能過剩時(shí)，表現(xiàn)為油井的動(dòng)液面很高，甚至有些到達(dá)井口，地層壓力高，滲入井內(nèi)的液體量大，泵排量小，具體表現(xiàn)為泵效較高，個(gè)別甚至大于100%，地面驅(qū)動(dòng)部分電流明顯偏低。

五、泵漏失

泵漏失故障表現(xiàn)為：泵效逐漸下降，動(dòng)液面上升，電流逐漸下降，扭矩值低于正常范圍，軸向力低于正常范圍，但仍大于桿柱在采出液中的重量，油套壓在一定程度上連通。

引起泵漏失的主要原因是：泵長期工作，定子與轉(zhuǎn)子磨損導(dǎo)致泵漏失，影響泵漏失的因素歸根結(jié)底是由于泵的密封性故障，其主要體現(xiàn)在質(zhì)合金腐蝕，碳化硅腐蝕，石墨環(huán)腐蝕，O型密封圈的腐蝕，金屬環(huán)腐蝕，熱損失效和摩擦失效。施工作業(yè)時(shí)，必須嚴(yán)格檢查泵和管住的絲扣有無損傷。在抽油桿上安裝扶正器，減少在生產(chǎn)過程中抽油桿與油管的摩擦。

六、抽油桿斷脫

抽油桿斷脫造成的井下作業(yè)工作量在油田開發(fā)后期占相當(dāng)大的比重，作業(yè)成本逐年上升，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。加大技術(shù)投入和強(qiáng)化過程管理，減少抽油桿斷脫，已成為提高井下作業(yè)質(zhì)量的必由之路。

抽油桿柱由于長期受交變載荷和油、氣、水以及腐蝕介質(zhì)的共同作用，再加之定向井的偏磨，使其成為機(jī)械采油中可靠性最低的設(shè)備，很容易發(fā)生斷脫。導(dǎo)致抽油桿柱斷脫的原因是多方面的，影響因素也錯(cuò)綜復(fù)雜，主要應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行剖析。

（一） 疲勞破壞

1）抽拉桿工作條件：抽油桿在工作過程中，承受不對(duì)稱循環(huán)載荷的作用，上部光桿承受的載荷包括：抽油桿柱的載荷，液柱載荷，抽油桿柱、油管柱和液柱的慣性載荷，抽油桿柱在運(yùn)動(dòng)中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的彈性引起的振動(dòng)載荷，由液擊引起的沖擊載荷，由井斜變化、螺紋不同心、懸繩器擺動(dòng)等因素造成的扭力等七種力。而抽油桿柱承受的載荷隨深度有所變化，如抽油桿柱載荷越往下越小，加上下部抽油桿柱所承受的上頂力的作用，在中和點(diǎn)以下抽油桿柱由承受張應(yīng)力變成壓應(yīng)力，迫使抽油桿彎曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油桿工作條件更加惡劣。因此，抽油桿柱承受的不是簡單的不對(duì)稱循環(huán)載荷，而實(shí)際上中和點(diǎn)以下的抽油桿承受的是不對(duì)稱拉壓循環(huán)載荷，加上抽油桿柱本身未加工面積達(dá)85%以上，不可避免地會(huì)有疲勞源存在，從而產(chǎn)生疲勞斷裂。

2）抽油桿強(qiáng)度分析：現(xiàn)代抽油桿強(qiáng)度計(jì)算都采用了無限壽命疲勞設(shè)計(jì)，即把抽油桿的許用應(yīng)力控制在疲勞極限以下，以保證抽油桿工作循環(huán)次數(shù)大于次，一般應(yīng)用最大拉應(yīng)力與許用應(yīng)力比較來校核強(qiáng)度。

（二）抽油桿機(jī)械磨損

1）直井下沖程抽油桿底部受壓彎曲致使桿管偏磨。

2）井斜引起的機(jī)械磨損。由于井斜，使油管產(chǎn)生彎曲，在抽油井生產(chǎn)時(shí)，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力W產(chǎn)生了一個(gè)水平分立xF。在水平分力xF的作用下，油管和抽油桿相互接觸產(chǎn)生摩擦上沖程時(shí)，使抽油桿與油管內(nèi)壁的一側(cè)產(chǎn)生磨損，下沖程時(shí)，抽油桿彎曲與油管內(nèi)壁的另一側(cè)面產(chǎn)生磨損。

（三）抽油桿腐蝕破壞

螺桿泵抽汲的流體主要是油、氣、水，其中原油是由各種碳?xì)浠衔锝M成的多組分混合物溶液，各種組分的碳?xì)浠衔锏南鄳B(tài)隨油井壓力、溫度的變化而變化。原油中碳原子數(shù)16到64的烷烴固態(tài)物質(zhì)為石蠟，其熔點(diǎn)在49℃到60℃之間。在油層條件下，原油中所含的蠟都處于溶解狀態(tài)，但由于石蠟在油中的溶解度隨溫度的降低而降低，因此流體在舉升過程中，隨著溫度的逐漸降低，石蠟不斷析出，其結(jié)晶便長大聚集和沉積在管壁的一定位置上，即出現(xiàn)所謂的結(jié)蠟現(xiàn)象。原油中含蠟量越多，結(jié)蠟越嚴(yán)重。井口、地面管線的結(jié)蠟，導(dǎo)致井口回壓增大，造成螺桿泵實(shí)際壓頭增大。預(yù)防油井結(jié)蠟，是保證螺桿泵采油井長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要途徑之一。因此螺桿泵采油井必須實(shí)施清防蠟解堵工藝技術(shù)。

結(jié)束語

雖然螺桿泵的弊端顯而易見，但其制造和使用成本低廉，非常實(shí)用于稠油出砂井的優(yōu)點(diǎn)是主要的，因此螺桿泵采油技術(shù)仍是一種行之有效地人工采輸手段。