螺桿泵常見(jiàn)故障原因分析

【摘要】螺桿泵采油系統(tǒng)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的采油技術(shù)，因其系統(tǒng)設(shè)備尺寸小、維護(hù)和管理方便、系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的日益關(guān)注，并在油田上逐步得到廣泛的推廣和使用。隨著地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)在油田上的應(yīng)用，越來(lái)越多的故障出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中。導(dǎo)致故障出現(xiàn)的原因是多種多樣的，除去人為因素，螺桿泵采油技術(shù)理論的不完善是其主要根源。本文主要介紹了在實(shí)際應(yīng)用中螺桿泵常見(jiàn)的故障及主要處理措施。

【關(guān)鍵詞】螺桿泵；故障；探討

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油裝置是用于開采高粘、高含砂、高含氣原油的一種新型設(shè)備，經(jīng)過(guò)幾年的不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)已基本完善，使得該工藝作為一種基本成熟的開采工藝而應(yīng)用于油田生產(chǎn)，并取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.螺桿泵工作原理及主要結(jié)構(gòu)

1.1原理。地面驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力通過(guò)抽油桿傳遞給井下螺桿泵轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在螺桿泵轉(zhuǎn)子與定子之間形成一個(gè)個(gè)密閉的空腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔就沿軸向由吸入端向排出端運(yùn)移，封閉腔在排出端消失，同時(shí)吸入端形成新的封閉腔，其中腔內(nèi)所盛滿的液體也就隨著它的運(yùn)移由吸入端推擠到排出端，由于封閉腔的不斷形成、運(yùn)移、消失、這就起到泵送液體的作用，完成輸送原油的動(dòng)作。

1.2結(jié)構(gòu)。螺桿泵采油系統(tǒng)按驅(qū)動(dòng)方式分為地面驅(qū)動(dòng)和井下驅(qū)動(dòng)兩大類。在整個(gè)螺桿泵采油系統(tǒng)中，地面驅(qū)動(dòng)發(fā)展較早、也比較成熟，但是井下驅(qū)動(dòng)避免了地面驅(qū)動(dòng)扭矩的損失、設(shè)備也比較少，具有較高的采油效率，國(guó)內(nèi)正處于試驗(yàn)階段，國(guó)內(nèi)各油田現(xiàn)用的螺桿泵采油系統(tǒng)，一般都選取地面驅(qū)動(dòng)方式，其結(jié)構(gòu)圖如下：

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)主要由地面驅(qū)動(dòng)、螺桿泵和抽油桿組成。地面驅(qū)動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)、減速箱和光桿密封器等組成。采油動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出，帶動(dòng)抽油桿旋轉(zhuǎn)，連接在抽油桿底部的螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。井下螺桿泵由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子由高強(qiáng)度鋼材料制成的單頭螺旋線體，具有堅(jiān)硬耐磨、光滑鍍鉻表面；定子是一個(gè)在鋼管內(nèi)硫化成型的雙頭螺旋線體，其內(nèi)橡膠定子具有柔軟的彈性。螺桿泵是各種井下抽油泵中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種。

2.螺桿泵的主要特點(diǎn)

螺桿泵與其它機(jī)械采油設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，節(jié)省一次投資。

（2）地面裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可直接坐在井口套管四通上，占地面積小，除原井口外，幾乎不另占面積。

（3）泵效高、節(jié)能、管理費(fèi)用低。由于螺桿泵是螺旋抽油的容積泵，流量無(wú)脈動(dòng)，軸向流動(dòng)連續(xù)，流速穩(wěn)定，因此它與游粱式抽油機(jī)相比，沒(méi)有液柱和機(jī)械傳動(dòng)的往復(fù)慣性力。泵容積效率可達(dá)90%，它是現(xiàn)有機(jī)械采油設(shè)備中效率較高的機(jī)種之一。

（4）適應(yīng)粘度范圍廣，可以舉升稠油。一般來(lái)說(shuō)，螺桿泵適合于粘度為8000mPa.s以下的各種含原油流體，多數(shù)稠油井都可應(yīng)用。

（5）適應(yīng)高含砂井。從理論上來(lái)講，螺桿泵可輸送含砂量達(dá)80%的砂漿。在高含砂的情況下螺桿泵仍可正常生產(chǎn)。

（6）適應(yīng)高含氣井。螺桿泵不會(huì)發(fā)生氣鎖，故較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣會(huì)占據(jù)一定的泵容積，使泵效降低。

（7）允許井口有較高回壓。在保證正常生產(chǎn)情況下，井口回壓可控制在l.5MPa，因此對(duì)邊遠(yuǎn)井的集輸很有利。

（8）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，在某些情況下，砂沉積在泵的上部，與有桿泵比較，螺桿泵有更大的恢復(fù)工作的可能性。

3.螺桿泵常見(jiàn)故障及原因分析

3.1井口回壓高、負(fù)荷重造成燒皮帶頻繁、電機(jī)燒毀

出現(xiàn)該現(xiàn)象主要是因?yàn)榛旌衔锪黧w的粘度過(guò)高，原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量較高。原油在井下泵的強(qiáng)烈攪拌作用下，原油和水形成乳化程度很高的油包水型乳狀液，乳狀液的粘度隨著乳化程度的升高而大幅度提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了螺桿泵負(fù)荷能力。驅(qū)動(dòng)裝置故障引起機(jī)械負(fù)荷增大，主要有中間滾軸軸承磨損造成受力不均引起負(fù)荷增大，上下兩端的定位扶正滾珠軸承磨損、輸入軸齒面和主錐體齒面嚙合間隙過(guò)大造成受力不均引起負(fù)荷增大，因?yàn)樵驮谂e升過(guò)程粘度會(huì)升高，所以一些螺桿泵井一旦回壓過(guò)高則必須洗井才能恢復(fù)生產(chǎn)，同時(shí)地面輸油管線需要掃線。因?yàn)槿闋钜旱恼扯葘?duì)于溫度的敏感性低，加溫對(duì)于降粘效果不明顯，通常將轉(zhuǎn)子提出泵筒后采用反洗井。

3.2抽油桿、轉(zhuǎn)子及油管脫扣

容易產(chǎn)生此種故障的主要由于一般螺桿泵井采用φ25mm高強(qiáng)度抽油桿和φ36mm空心抽油桿，由于扭矩大，很容易造成桿斷和防脫器碎裂和過(guò)載停機(jī)，斷脫位置在上、中、下均有。主要是停機(jī)時(shí)因?yàn)榕ちπ遁d，抽油桿高速反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常開抽時(shí)的正轉(zhuǎn)速度，此時(shí)抽油桿非常容易脫扣，甚至造成油管脫扣。目前使用的油管錨為機(jī)械式座封，在座封時(shí)主要靠給油管加壓使其坐封。加壓使油管在井內(nèi)嚴(yán)重彎曲，抽油桿在油管內(nèi)工況惡化，坐封力不好控制，故易導(dǎo)致油管脫扣。

3.3驅(qū)動(dòng)裝置的密封性差

現(xiàn)有地面驅(qū)動(dòng)裝置密封有兩處：一是減速器油封密封，二是井口盤根盒密封。尤其井口盤根密封漏油嚴(yán)重，因?yàn)楝F(xiàn)在采用的盤根為“O”型聚乙烯四氟，對(duì)光桿磨損較大，造成光桿外徑變細(xì)，新加盤根后，光桿與盤根之間密封由于盤根的可塑性差造成間隙過(guò)大，導(dǎo)致從盤根處漏油。

3.4井下工況判斷不精確

目前尚無(wú)有效的螺桿泵工況監(jiān)測(cè)手段，對(duì)螺桿泵井的泵況診斷僅有2種方法。一是觀察運(yùn)行電流，看電流是否在正常范圍之內(nèi)；二是井口憋壓測(cè)試壓降，通過(guò)觀察油、套壓的變化，繪制變化曲線進(jìn)行分析，對(duì)出現(xiàn)的復(fù)雜情況難以準(zhǔn)確診斷。

4.結(jié)語(yǔ)

螺桿泵應(yīng)用范圍和領(lǐng)域越來(lái)越大，對(duì)其技術(shù)要求越來(lái)越嚴(yán)格。本文重點(diǎn)對(duì)螺桿泵故障的因素經(jīng)行了分析，這些因素直接或間接的影響了螺桿泵的工況參數(shù)，是導(dǎo)致故障產(chǎn)生的本質(zhì)因素。著重介紹了四種螺桿泵故障診斷方法，這些方法在實(shí)際應(yīng)用了已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但仍有許多不足之處，可作為今后的研究方向。

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