無桿排采設(shè)備水力管式泵故障分析及建議

梁春紅 劉志強(qiáng) 王 寶 關(guān)東漢 楊 陽 朱芳林

(中國石油華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000)

1 無桿排采設(shè)備水力管式泵工作原理

水力管式泵主要由地面設(shè)備、同心管、井下設(shè)備組成，工作原理如圖1所示，動(dòng)力裝置電機(jī)帶動(dòng)齒輪泵驅(qū)動(dòng)液壓缸左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓缸對(duì)驅(qū)動(dòng)液加壓形成高壓動(dòng)力液，驅(qū)動(dòng)液帶動(dòng)抽油泵上下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)液壓缸左行時(shí)，液控閥打開，液壓缸壓縮驅(qū)動(dòng)液通過中心管進(jìn)入井下機(jī)組，抽油泵上行吸液并將中心管與油管環(huán)形空間的液體排出至地面，當(dāng)驅(qū)動(dòng)液缸右行時(shí)，液壓缸壓縮驅(qū)動(dòng)液通過環(huán)形空間推動(dòng)抽油泵下行排液，液體進(jìn)入環(huán)形空間，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)液在中心管與環(huán)形空間中連續(xù)不斷的輪換流動(dòng)。水力管式泵設(shè)備具有自動(dòng)洗井功能，當(dāng)抽油泵到達(dá)每一個(gè)沖程的上止點(diǎn)時(shí)，液控閥停止換向，抽油泵筒在上止點(diǎn)不再換向，高壓動(dòng)力液通過中心管進(jìn)入泵腔沖洗固定凡爾，將泵以上管柱內(nèi)的煤粉雜質(zhì)從環(huán)形空間清洗至地面。

圖1 水力管式泵設(shè)備

2 無桿排采設(shè)備水力管式泵使用現(xiàn)狀

水力管式泵不使用有桿排采，使用過程中沒有有桿偏磨的問題出現(xiàn)，此外整個(gè)設(shè)備使用單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，柱塞泵輪換驅(qū)動(dòng)，設(shè)備節(jié)能效果較好，而且主體設(shè)備體積較小，設(shè)計(jì)于一個(gè)集裝箱內(nèi)，安裝方便，無需吊裝作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)安裝安全隱患小，因此目前正廣發(fā)推廣應(yīng)用于高產(chǎn)L型水平井中。但是在水力管式泵設(shè)備使用實(shí)現(xiàn)大排量排采過程中也出現(xiàn)了各種故障類型，并且同樣的故障類型發(fā)生頻次較高，在煤層氣生產(chǎn)過程中對(duì)產(chǎn)量影響較大。

表1 某公司水力管式泵設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)

截至2018年底某公司投產(chǎn)運(yùn)行無桿泵設(shè)備共計(jì)94臺(tái)，某分公司采氣作業(yè)區(qū)所有在用水力管式泵設(shè)備使用過程中共計(jì)發(fā)生故障184井次，類型多種多樣，頻率高，處理時(shí)間長(zhǎng)，造成排采不連續(xù)、不穩(wěn)定，流壓波動(dòng)大，影響氣量大，具體故障信息如表1所示。

3 無桿排采設(shè)備水力管式泵故障分析

通過對(duì)水力管式泵排采設(shè)備故障記錄及日常巡檢發(fā)現(xiàn)問題中可以看出，分公司三個(gè)采氣作業(yè)區(qū)設(shè)備故障出現(xiàn)頻次最高的主要有如下幾類：水箱、泵組及電機(jī)、換向閥，如圖2所示。

圖2 各作業(yè)區(qū)水力管式泵設(shè)備故障表現(xiàn)

3.1 水箱故障

從現(xiàn)場(chǎng)故障記錄顯示，水箱部位出現(xiàn)的故障類型為水箱缺水和溢流閥松動(dòng)，溢流閥松動(dòng)屬于機(jī)械故障，當(dāng)此類故障出現(xiàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的處理方式為緊固溢流閥，并且緊固后基本再出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，水箱缺水為三個(gè)作業(yè)區(qū)故障頻次較高且反復(fù)產(chǎn)生的故障，水箱故障中水箱缺水故障率為21%，每次對(duì)于水箱缺水的解決方式為在故障產(chǎn)生后人工赴現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)補(bǔ)水。

3.2 泵組及電機(jī)故障

泵組只要包括井下泵以及地上柱塞泵，井下泵故障主要表現(xiàn)為泵吸入口堵塞，抽油泵吸液口堵塞的解決方式為設(shè)備洗井，井上地面設(shè)備壓縮高壓動(dòng)力液通過中心管進(jìn)入泵腔沖洗固定凡爾，將泵以上管柱內(nèi)的煤粉雜質(zhì)從環(huán)形空間清洗至地面。柱塞泵故障主要表現(xiàn)為柱塞泵油封損壞，密封失靈，柱塞泵曲軸抱死以及泵軸瓦損壞，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)此類故障的解決辦法是及時(shí)更換配件。柱塞泵另一高頻次故障是電機(jī)故障，現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為由于線路問題出現(xiàn)的電機(jī)異響且反轉(zhuǎn)，電機(jī)由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶磨損而斷裂，現(xiàn)場(chǎng)處理方式為更換電機(jī)皮帶。

3.3 換向水閥故障

換向水閥作為水力管式泵設(shè)備實(shí)現(xiàn)動(dòng)力液于中心管與環(huán)形空間輪換流動(dòng)的關(guān)鍵部件，其重要性不言而喻，但是其現(xiàn)場(chǎng)故障率相對(duì)較高。現(xiàn)場(chǎng)故障表現(xiàn)為換向水閥凡爾球漏、換向水閥彈簧斷，法爾球座漏是由于雜質(zhì)進(jìn)入凡爾與球座之間密封不嚴(yán)實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)處理方式為拆卸清理雜質(zhì)以及更換彈簧。

4 總結(jié)與建議

通過對(duì)水力管式泵設(shè)備各類型故障表現(xiàn)以及對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的解決方式分析，得出除了現(xiàn)場(chǎng)的緊急處置方式外，為保障設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)率與減少其故障率，針對(duì)各部件常見故障表現(xiàn)提出如下建議：

(1)水箱故障主要是水箱缺水，建議建立水力管式泵水箱水位報(bào)警裝置，設(shè)置水箱部位的最低水位報(bào)警，并將水位值通過自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸，在加強(qiáng)巡檢的基礎(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水箱缺水并現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)補(bǔ)水。

(2)泵組及電機(jī)故障屬于設(shè)備自身故障，對(duì)于井下泵口堵塞主要是由于水箱水質(zhì)差雜質(zhì)較多，動(dòng)力液進(jìn)入泵組雜質(zhì)封堵，建議井場(chǎng)配備清洗刷，加強(qiáng)巡檢，并且定期清洗水箱濾網(wǎng)，并且配備足量的泵組及電機(jī)配件，出現(xiàn)故障及時(shí)更換。

(3)換向水閥屬于可拆卸部件，發(fā)生故障后首先分析故障類型及故障原因，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)更換彈簧等配件，換向水閥作用后引起水壓力及流量變化，依托流壓，設(shè)備壓力(油套環(huán)形空間壓力，中心管壓力，液壓站壓力等)，液位、進(jìn)液流量、排液累計(jì)等關(guān)鍵參數(shù)，形成相應(yīng)代碼入數(shù)據(jù)庫，建立總控平臺(tái)預(yù)警模型，提高預(yù)判故障的準(zhǔn)確率，減少故障發(fā)生率。

(4)對(duì)于可控故障因素加強(qiáng)日常巡檢以及設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)培訓(xùn)，井場(chǎng)巡檢人員具有一定的故障排除技能，在廠家趕到現(xiàn)場(chǎng)之前處置完成，可以很大程度縮短故障處理時(shí)間。