潛油電泵偏磨失效機(jī)理及對(duì)策探究

范業(yè)超

摘 要：在當(dāng)前油田的生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中潛油電泵屬于非常有效的一種增產(chǎn)手段。但是在油田深入開(kāi)采的過(guò)程中，潛油電泵實(shí)際運(yùn)行工況逐漸惡化，在此情況下使得潛油電泵井排量結(jié)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，潛油電泵在運(yùn)行過(guò)程中也出現(xiàn)了一些不適應(yīng)狀況，導(dǎo)致油井生產(chǎn)周期受到影響。在潛油電泵運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)偏磨失效等一些問(wèn)題。本文主要針對(duì)潛油電泵在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的偏磨失效機(jī)理進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上提出了有效的解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：潛油電泵;偏磨失效;對(duì)策

引言

潛油電泵是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外油田采油作業(yè)中一種主要的機(jī)械開(kāi)采設(shè)備，其體現(xiàn)出了較高的可靠性，能夠?yàn)橛吞锏脑霎a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)發(fā)揮出積極作用。但潛油電泵由于本身結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此在應(yīng)用過(guò)程中也容易出現(xiàn)故障而導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)。其中最為常見(jiàn)的是偏磨失效問(wèn)題，因此作為技術(shù)人員必須要對(duì)潛油電泵偏磨失效機(jī)理進(jìn)行深入分析，并提出有效解決對(duì)策，這樣才能為油田良好發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.潛油電泵偏磨失效現(xiàn)象

1.1 固定部分

對(duì)于潛油電泵來(lái)說(shuō)，被動(dòng)磨損是其固定部分磨損的主要外在體現(xiàn)，通常情況下是發(fā)生在泵座、泵殼以及泵頭等幾個(gè)位置。潛油電泵的泵座以及泵頭扶正套通常是利用同質(zhì)材料制作而成，在體現(xiàn)出較高硬度的同時(shí)，其耐磨性能相對(duì)較差，當(dāng)產(chǎn)生外力沖擊的情況下破碎或變薄[1]，甚至在磨損嚴(yán)重的情況下出現(xiàn)僅剩支柱的情況。泵殼主要是與輪轂進(jìn)行配合，因此在葉輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，導(dǎo)致其孔徑逐漸增大，其實(shí)際產(chǎn)生的偏磨程度只是決定了泵殼的變形程度。

1.2 轉(zhuǎn)動(dòng)部分

轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磨損特性主要為主動(dòng)磨損，通常情況下發(fā)生在葉輪、泵軸以及花鍵套上。由于葉輪與泵殼在一些情況下會(huì)產(chǎn)生直接接觸而導(dǎo)致磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)葉輪輪轂一側(cè)被磨穿的現(xiàn)象，在摩擦過(guò)程中也會(huì)使得泵殼與葉輪成為橢圓形，偏磨嚴(yán)重的情況下會(huì)成為碎片。當(dāng)葉輪輪轂出現(xiàn)磨穿的情況下，泵殼也會(huì)與泵軸出線(xiàn)接觸偏磨現(xiàn)象，導(dǎo)致泵軸經(jīng)過(guò)磨損后出現(xiàn)了鋸齒狀溝槽?；自跐撚碗姳眠\(yùn)行過(guò)程中與泵座和泵頭之間會(huì)產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下會(huì)產(chǎn)生碎裂。

2.潛油電泵偏磨失效原因分析

潛油電泵離心泵細(xì)長(zhǎng)件直線(xiàn)度、連接件端面垂直度、井桶軌跡變化等相關(guān)因素都是導(dǎo)致偏磨的主要原因[2]。此外，油井生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中由于存在含砂介質(zhì)，必然會(huì)導(dǎo)致葉輪墊片產(chǎn)生磨損，引發(fā)偏磨現(xiàn)象。如果潛油電泵機(jī)組本身與油井開(kāi)采工況不適應(yīng)的情況下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題，由此會(huì)引發(fā)葉輪墊片、葉輪與泵軸之間產(chǎn)生偏磨。

另外，潛油電泵出現(xiàn)揚(yáng)程呈現(xiàn)出陡峭的變化狀況，在此情況下供液、輪浮的變化程度也會(huì)相應(yīng)增加，在此情況下會(huì)導(dǎo)致墊片出現(xiàn)磨損;由于潛油電泵采取了導(dǎo)輪液體徑向流的方式，也會(huì)從某種程度上導(dǎo)致沉砂現(xiàn)象的出現(xiàn)，在此情況下就會(huì)引發(fā)偏磨失效[3];如果潛油電泵本身?yè)P(yáng)程較高或者葉片較長(zhǎng)的情況下，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)幅度較大的波動(dòng)現(xiàn)象，如果油井實(shí)際含水量相對(duì)偏的高，那么產(chǎn)生的沖擊力也會(huì)更大，進(jìn)一步加速潛油電泵的振動(dòng)，井下砂石介質(zhì)對(duì)底部墊片的磨損也會(huì)加劇。甚至在一些情況下會(huì)導(dǎo)致機(jī)組和泵軸磨損形成鋸齒狀，在磨損嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致泵頭和泵座出現(xiàn)折斷現(xiàn)象[4]。

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，單級(jí)揚(yáng)程高、葉片長(zhǎng)度長(zhǎng)、葉導(dǎo)輪徑向流的潛油電泵在運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生偏磨時(shí)效問(wèn)題。例如當(dāng)前大慶油田廣泛應(yīng)用的50m3/d范圍內(nèi)且油電泵機(jī)組由于本身葉片數(shù)量較多，而且流道呈現(xiàn)出窄而長(zhǎng)的特征，一旦產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致其過(guò)流面積逐漸變小，在此情況下葉輪下止推墊以及下裙部會(huì)因磨損而出現(xiàn)失效。

潛油電泵機(jī)組偏磨影響：潛油電泵機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中是利用主軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)在導(dǎo)輪中產(chǎn)生環(huán)形空間來(lái)實(shí)現(xiàn)油液舉升，但是其配備多級(jí)離心泵，制造安裝過(guò)程中使用的零部件多，而且剛性較差，如果泵存在輕微彎曲或者是葉輪輕微偏心的狀況下，在慣性力的作用下導(dǎo)致其運(yùn)行穩(wěn)定性遭到破壞，在此情況下就可能引發(fā)震動(dòng)或者是偏磨現(xiàn)象。其中葉輪與主軸接觸面產(chǎn)生磨損后，沿法線(xiàn)方向會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的微凸體黏著，同時(shí)受到機(jī)組本身震動(dòng)的影響產(chǎn)生碎屑，并在磨損過(guò)程中導(dǎo)致表面產(chǎn)生損傷，進(jìn)一步形成麻點(diǎn)或者是蟲(chóng)紋狀的痕跡。這些情況的出現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象。而且磨損嚴(yán)重的情況下，其徑向間隙也會(huì)進(jìn)一步增大，由此又會(huì)進(jìn)一步加劇電泵機(jī)組的震動(dòng)現(xiàn)象;由于受到導(dǎo)輪內(nèi)壁的限制，導(dǎo)輪內(nèi)孔面與葉輪外圓面之間產(chǎn)生的摩擦?xí)M(jìn)一步加劇，在此情況下潛油電泵機(jī)組會(huì)處在運(yùn)行不平衡狀態(tài)，甚至可能引發(fā)主軸出現(xiàn)彎曲，最終引發(fā)整個(gè)機(jī)組損壞失效。

3.潛油電泵偏磨失效應(yīng)對(duì)措施

3.1 對(duì)硬合金軸承數(shù)及分布進(jìn)行優(yōu)化

結(jié)合上文中關(guān)于潛油電泵偏磨失效的機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，可以采取硬質(zhì)合金軸承數(shù)量及分布狀況的優(yōu)化措施來(lái)有效進(jìn)行改善。例如，扶正潛油電泵泵軸即可將偏磨現(xiàn)象進(jìn)行有效控制。在進(jìn)行潛油電泵硬質(zhì)合金扶正泵軸安裝的過(guò)程中，需要對(duì)其間距進(jìn)行合理設(shè)置，保證每一節(jié)泵實(shí)現(xiàn)均勻分布。同時(shí)在各離心泵上增加硬質(zhì)合金軸承，通過(guò)這種方式來(lái)縮短其分布間距，在條件允許的情況下對(duì)硬質(zhì)合金軸承進(jìn)行加密分布，進(jìn)而發(fā)揮出良好的扶正效果。

3.2 增加硬質(zhì)合金扶正軸承

花鍵套是潛油電泵運(yùn)行過(guò)程中主要產(chǎn)生偏磨失效問(wèn)題的部位，其在整個(gè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中偏磨故障中的占比達(dá)到60%。而且結(jié)合潛油電泵偏磨失效問(wèn)題可以發(fā)現(xiàn)，在泵座和泵頭等結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)扶正套磨損的情況比較常見(jiàn)，這在很大程度上與扶正措施不到位存在直接關(guān)系[5]。充分保證上下分接頭位置的扶正效果才能有效解決偏磨失效問(wèn)題，針對(duì)潛油電泵內(nèi)部使用的泵頭以及泵座等可以通過(guò)安裝硬質(zhì)合金扶正軸承的方式來(lái)有效改善偏磨問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)泵頭和泵座的強(qiáng)制扶正，有效保障設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的扶正效果。

3.3 先進(jìn)潛油電泵技術(shù)應(yīng)用

在進(jìn)行潛油電泵機(jī)組安裝的過(guò)程中，通過(guò)安裝合金扶正套能夠在泵頭和泵座位置發(fā)揮出強(qiáng)制扶正效果。潛油電泵從油井作業(yè)中打撈上岸后，需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)檢查，及時(shí)找出發(fā)生偏磨的部位，并經(jīng)過(guò)深入分析找出產(chǎn)生偏磨的主要原因，及時(shí)開(kāi)展糾正和維護(hù)工作，在此信息下才能夠?qū)撚碗姳脵C(jī)組應(yīng)偏磨導(dǎo)致失效的概率控制在最小程度。當(dāng)潛油電泵在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象之后，作為技術(shù)人員首先需要對(duì)其相關(guān)影響因素以及具體的失效形態(tài)給予高度關(guān)注，同時(shí)對(duì)潛油電泵機(jī)組在井下運(yùn)行中的沉沙和流體流向變化進(jìn)行充分掌握，在此基礎(chǔ)上才能采取有針對(duì)性措施來(lái)有效解決偏磨失效問(wèn)題。同時(shí)在潛油電泵機(jī)組設(shè)計(jì)以及運(yùn)行過(guò)程中要采取更加先進(jìn)的制作工藝技術(shù)，全面提升潛油電泵的制造質(zhì)量和應(yīng)用效率，這樣才能讓其在油田生產(chǎn)開(kāi)采中發(fā)揮出更大作用。

4.結(jié)束語(yǔ)

潛油電泵目前已經(jīng)成為油田生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中非常重要的一種體液增油機(jī)械設(shè)備，因此作為技術(shù)人員必須要對(duì)潛油電泵機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的偏磨失效問(wèn)題給予高度重視，對(duì)其失效機(jī)理進(jìn)行深入分析后，采取有針對(duì)性解決對(duì)策，或者利用更加先進(jìn)的潛油電泵技術(shù)來(lái)有效解決，這樣才能讓潛油電泵機(jī)組質(zhì)量得到全面提升，才能進(jìn)一步提升油田的生產(chǎn)開(kāi)采效率。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郁婷. 潛油電泵振動(dòng)采集分析系統(tǒng)的研制[D].中國(guó)石油大學(xué)（華東），2015.

[4]李新光. 基于振動(dòng)信號(hào)分析的潛油電泵機(jī)組故障診斷的研究[D].中國(guó)石油大學(xué)，2010.

[5]席文靜. 基于振動(dòng)檢測(cè)的潛油電泵機(jī)組故障診斷的研究[D].中國(guó)石油大學(xué)，2008.

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