螺桿泵井桿斷原因分析及預(yù)防

王建慶(大慶油田第一采油廠第三油礦 黑龍江 163451)

一、螺桿泵桿斷的因素分析

螺桿泵是由定子和轉(zhuǎn)子組成的，它是一種容積式泵，其采油原理為由地面驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，近而使轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，井液經(jīng)螺桿泵下部吸入，由上端排出，并沿油管柱向上流動(dòng)的一個(gè)過(guò)程。由于抽油桿始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)同時(shí)承受拉、壓及扭力等循環(huán)載荷的作用，容易出現(xiàn)斷裂或脫扣，從2009年到目前螺桿泵桿斷井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比可以看出桿斷井次呈逐年上升的趨勢(shì)。

從年初到12月末我礦螺桿泵維護(hù)性作業(yè)21井次，其中桿斷脫12井次，占作業(yè)井?dāng)?shù)的57%，是螺桿泵桿斷井?dāng)?shù)最多的一年。

綜合分析導(dǎo)致螺桿泵桿斷的因素，將其大致分兩方面一是加工工藝，二是使用過(guò)程中的管理因素：

1.加工工藝：在抽油桿頭部鍛造時(shí)由于加工工藝的不足會(huì)產(chǎn)生缺陷如折疊、裂紋、皺折和缺肉，其中以折疊和裂紋對(duì)抽油桿的疲勞性能危害最大，由于折疊和裂紋的存在，減少了有效截面，降低了承載能力，特別是折疊和裂紋末端的應(yīng)力集中，大大縮短了疲勞裂紋的萌生期，從而降低了抽油桿的使用壽命。另外，抽油桿在熱處理中質(zhì)量沿軸向均勻性不好、變形較大，會(huì)引起頭部或桿體彎曲，增大了附加扭矩，使抽油桿發(fā)生早期疲勞斷裂。

2.生產(chǎn)管理因素：螺桿泵的日常管理中由于操作不當(dāng)、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)、參數(shù)匹配不合理都易造成桿斷，具體有以下幾方面：

(1)頻繁起停機(jī)：螺桿泵井因測(cè)試或維護(hù)臨時(shí)停機(jī)時(shí)，如果動(dòng)液面較深，管柱內(nèi)液體壓力將驅(qū)動(dòng)井下泵轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子將帶動(dòng)桿柱高速反轉(zhuǎn)，隨著液體倒流，泵進(jìn)出口壓差逐漸減少，轉(zhuǎn)子逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而由于慣性作用，上部抽油桿仍在高速反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性扭矩一旦超過(guò)桿柱某處所能承受的扭矩時(shí)，就造成了桿柱斷裂。

另外，螺桿泵井停機(jī)后重新啟動(dòng)，桿柱要承受定轉(zhuǎn)子之間的靜吸附力作用，會(huì)對(duì)抽油桿造成沖擊載荷，這種瞬間沖擊載荷作用將縮短抽油桿的裂紋萌生期，加速抽油桿的疲勞破壞。

(2)斜井：抽油桿應(yīng)用于斜井，在彎曲部位，抽油桿將受到附加彎曲應(yīng)力作用，這極易造成桿柱斷裂。而且隨著桿體直徑增大，彎曲應(yīng)力也隨之變大。因此，在斜井中，空心抽油桿更容易發(fā)生斷裂事故。

其次，由于離心力的存在，在斜井中抽油桿與油管內(nèi)壁的磨損力遠(yuǎn)大于直井這就造成桿體磨損較直井嚴(yán)重，承載能力下降，當(dāng)磨損的抽油桿承載能力無(wú)法滿足正常生產(chǎn)所需要的扭矩時(shí)，就發(fā)生了桿體斷裂事故。

(3)熱洗：如果螺桿泵長(zhǎng)期不洗井，抽油桿與管之間就會(huì)結(jié)蠟，造成桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩增大，如果結(jié)蠟嚴(yán)重將導(dǎo)致泵卡，轉(zhuǎn)子不能順利轉(zhuǎn)動(dòng)，桿體承受的扭矩遠(yuǎn)大于正常生產(chǎn)時(shí)的扭矩，如果該扭應(yīng)用超過(guò)抽油桿能承載極限，就會(huì)發(fā)生斷裂。

(4)參數(shù)匹配：螺桿泵抽油桿始終在旋轉(zhuǎn)，它同時(shí)承受軸向力和徑向力，與軸向力有直接有關(guān)系的是轉(zhuǎn)排量，該參數(shù)取決于泵型；與徑向力有直接有關(guān)系的是轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，該參數(shù)取決于轉(zhuǎn)數(shù)。如果桿徑、泵型、轉(zhuǎn)數(shù)三者匹配的不合理，超過(guò)抽油桿所能承受的極限，就會(huì)造成疲勞斷裂。

二、螺桿泵桿斷的預(yù)防

根據(jù)我們分析的桿斷因素可知在預(yù)防螺桿泵桿斷時(shí)，一方面要選擇質(zhì)量合格的抽油桿，保證其力學(xué)性能；另一方面加強(qiáng)螺桿泵井的生產(chǎn)管理，避免頻繁起停機(jī)、斜井應(yīng)用實(shí)心桿、制定合理的熱洗周期、合理的匹配參數(shù)。

如何在保證正常生產(chǎn)的前提下，把桿徑、泵型、轉(zhuǎn)數(shù)這三項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)最合理的匹配？是預(yù)防螺桿泵桿斷的重點(diǎn)問(wèn)題，也是本論文的要論證的中心。

首先分析桿的強(qiáng)度與受力情況：螺桿泵井工作時(shí)，桿柱的載荷主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：軸向力和扭矩。

目前應(yīng)用的螺桿泵抽油桿有兩種類(lèi)型D級(jí)桿與H級(jí)，直徑分為25mm實(shí)心桿和38mm空心桿兩種，從螺桿泵抽油桿的強(qiáng)度等級(jí)表中可知，CYG38D抽油桿的屈服扭矩為2869 N·m，，所以超扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)是導(dǎo)致該井桿斷的主要原因，所以本次將該井換大泵同時(shí)下調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)生產(chǎn)，目前生產(chǎn)情況正常。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)我礦螺桿泵井桿斷原因分析，我們認(rèn)為預(yù)防桿斷，延長(zhǎng)泵的使用壽命及檢泵周期，認(rèn)為以下幾項(xiàng)措施非常重要：

1.要選擇加工質(zhì)量合格的抽油桿，保證其力學(xué)性能。

2.加強(qiáng)螺桿泵井的生產(chǎn)管理，避免頻繁起停機(jī)、斜井應(yīng)用實(shí)心桿、制定合理的熱洗周期、合理的匹配參數(shù)。

3.大排量泵要選擇空心抽油桿，小排量泵選擇小直徑實(shí)心抽油桿。

4.細(xì)化技術(shù)管理，不同區(qū)塊螺桿泵選擇適用的轉(zhuǎn)數(shù)范圍，高臺(tái)子區(qū)塊螺桿泵轉(zhuǎn)數(shù)不宜超過(guò)180轉(zhuǎn)/分，東部過(guò)渡帶油稠、泵相對(duì)較深，所以轉(zhuǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò)120轉(zhuǎn)/分，其它各區(qū)塊螺桿泵井都可以調(diào)到其額定轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。