直井地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油桿管偏磨機(jī)理

朱磊 李江玲 王均 馬曉勇 李旭

摘要：隨著我國(guó)油田開采技術(shù)的不斷發(fā)展，直井地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵在油田中的應(yīng)用得到了廣泛推廣，但是螺桿泵的故障也越來(lái)越多，導(dǎo)致螺桿泵故障的因素比較復(fù)雜，其中最重要的因素是螺桿泵采油技術(shù)理論不完善，通過(guò)對(duì)當(dāng)前螺桿泵井的工況分析和故障診斷等方法，對(duì)直井地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油桿管偏磨機(jī)理進(jìn)行分析，建立螺桿泵系統(tǒng)診斷模型，通過(guò)診斷模型能夠有效判斷出螺桿泵井的實(shí)際工況，從而有效增加油井的開采效率。

關(guān)鍵詞：直井地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵;采油桿;偏磨機(jī)理

螺桿泵采油技術(shù)主要是利用螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)進(jìn)行通電以后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)二級(jí)減速以后，帶動(dòng)光桿感旋轉(zhuǎn)，光桿通過(guò)抽油桿柱將動(dòng)力傳遞給井下螺桿泵，從而有效實(shí)現(xiàn)油液舉升。隨著螺桿泵采油技術(shù)的不斷和發(fā)展，螺桿泵采油技術(shù)取得了較大的進(jìn)步，特別是針對(duì)稠油井的開采工藝上比其他開采方式具有優(yōu)越性，但是隨著螺桿泵采油技術(shù)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相關(guān)的診斷技術(shù)相對(duì)落后，造成采油桿管出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致部分螺桿繃緊帶病運(yùn)行，從而影響了螺桿泵井的應(yīng)用效果。

1地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

螺桿泵驅(qū)動(dòng)方式的不同主要分為井下驅(qū)動(dòng)和地面驅(qū)動(dòng)兩種類型。目前我國(guó)油田采油主要使用地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵主要有電控系統(tǒng)、地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、井下螺桿泵以及配套工具等部分組成。井下螺桿泵的主要組成部分為轉(zhuǎn)子和定子，定子是一種合成橡膠打磨而成，具有耐有抗腐蝕的作用，轉(zhuǎn)子主要是通過(guò)精加工的一種高強(qiáng)度螺桿。螺桿泵的工作原理是利用空腔排油，轉(zhuǎn)子和定子之間會(huì)形成一個(gè)密閉的腔室，并且所形成的腔室之間不聯(lián)通。隨著轉(zhuǎn)子的不斷移動(dòng)，空腔內(nèi)的原油會(huì)從吸入端移動(dòng)到排出端，并且不斷進(jìn)行循環(huán)工作，才能夠確保原有實(shí)現(xiàn)不斷運(yùn)動(dòng)，將原油帶入到井口位置。

2直井地面螺桿泵采油桿管磨損原因分析

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵在工作過(guò)程中是依靠電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)井下螺桿泵一起轉(zhuǎn)動(dòng)。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的運(yùn)動(dòng)形式與抽油機(jī)井的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)形式有所不同，因此在分析地面螺桿泵采油桿管偏磨原因主要包含以下兩個(gè)方面：

2.1機(jī)械磨損

結(jié)合實(shí)際情況對(duì)螺桿泵進(jìn)行調(diào)查分析，機(jī)械磨損是螺桿泵采油桿管發(fā)生偏磨的主要原因之一。當(dāng)偏磨嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生桿管斷裂，因此需要了解機(jī)械磨損所產(chǎn)生的原因，有效防止螺桿泵桿管出現(xiàn)偏磨。

（1）井身結(jié)構(gòu)引起的偏磨

由于在鉆井過(guò)程中，井身結(jié)構(gòu)不一定能夠保證垂直，因此就會(huì)發(fā)生井筒偏移的情況，螺桿泵的抽油桿在重力作用下會(huì)形成垂直狀態(tài)，螺桿泵在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生采油桿管的偏磨，造成偏磨的主要因素是桿管發(fā)生變形，套管損壞和井斜角。

（2）封隔器、油管錨坐封造成油管彎曲，發(fā)生桿管偏磨

封隔器是進(jìn)行多層位采油的常用工具，為了能夠確保分隔器的正常使用，需要保證坐封力。 如果坐封力過(guò)大會(huì)造成封隔器上端對(duì)油管的下端產(chǎn)生壓力，如果壓力過(guò)大，會(huì)造成抽油桿發(fā)生彎曲，最終導(dǎo)致油管和抽油桿發(fā)生摩擦，使抽油桿發(fā)生偏磨。隨著坐封力的增加油管的彎曲程度也會(huì)增加，導(dǎo)致采油桿管的偏磨程度加重。油管錨的主要作用可以保持油管急性錨定，可以有效避免抽油桿與油管發(fā)生碰撞。但是油管錨在工作過(guò)程中也需要一定的坐封力，同樣也會(huì)加重抽油管桿發(fā)生彎曲，最終導(dǎo)致采油桿發(fā)生偏磨。

（3）質(zhì)量偏心

采油桿在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，抽油管大多數(shù)是采用均勻質(zhì)量的細(xì)長(zhǎng)桿柱，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生慣性力和質(zhì)量偏心的作用，因此導(dǎo)致桿管不能保持垂直狀態(tài)，會(huì)發(fā)生偏移。一旦發(fā)生側(cè)向偏移就會(huì)發(fā)生離心力，離心力的出現(xiàn)會(huì)加劇抽油管桿發(fā)生偏磨。

（4）含水率高

抽油桿與油管之間由于原油含水率的下降會(huì)形成一種良好的潤(rùn)滑效果，但是當(dāng)原油中的含水率較高時(shí)，就會(huì)造成抽油桿與油管之間的摩擦力逐漸增大，抽油桿與油管之間的摩擦阻力也會(huì)增加，導(dǎo)致抽油桿出現(xiàn)偏磨。

2.2腐蝕磨損

（1）腐蝕磨損的內(nèi)容

物體在摩擦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕磨損失效，桿管與周圍介質(zhì)會(huì)形成一定的電化學(xué)作用，這種化學(xué)作用會(huì)造成材料之間的相互磨損，因此，腐蝕磨損主要是由機(jī)械磨損和化學(xué)磨損所造成的，抽油桿與油管表面的腐蝕產(chǎn)物是因?yàn)闄C(jī)械磨損去除，將金屬暴露在外界，導(dǎo)致磨損的腐蝕程度不斷增加。

（2）腐蝕磨損的原因

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油桿管發(fā)生偏磨的另外一個(gè)原因是腐蝕磨損，腐蝕磨損在油田的中后期開放中更能體現(xiàn)出來(lái)。目前我國(guó)很多油田都已經(jīng)進(jìn)入中后期開發(fā)，其中原油中的含水量會(huì)逐漸增大，目前含水量基本達(dá)到了90%以上，含水量的增加會(huì)導(dǎo)致原油介質(zhì)發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)腐蝕磨損產(chǎn)生的主要因素進(jìn)行分析，主要包括以下兩點(diǎn)：

第一：綜合含水率的影響。由于原油中含水量的增加，油井產(chǎn)出液的化學(xué)性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)原油中的含水比例達(dá)到一定程度以后，產(chǎn)出的原油變?yōu)樗偷男再|(zhì)，因此會(huì)對(duì)抽油桿和有感造成嚴(yán)重影響，摩擦中的潤(rùn)滑劑從原油變?yōu)樗?，加劇了金屬與金屬之間的摩擦，會(huì)對(duì)抽油桿造成磨損，在沒(méi)有潤(rùn)滑油的效果下，抽油桿與油管內(nèi)壁會(huì)發(fā)生偏磨現(xiàn)象。

第二，腐蝕介質(zhì)的影響。隨著我國(guó)油田的長(zhǎng)期開采，在含水量增加的同時(shí)也會(huì)增加其他化合物的含量，原油中氯化物，硫化氫等物質(zhì)的含量增高。當(dāng)原油中這些化合物含量的不斷升高，會(huì)對(duì)抽油桿與油管的金屬物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成抽油桿和油管的腐蝕程度增加，從而會(huì)加劇抽油桿和油管的偏磨速度。

結(jié)束語(yǔ)

直井地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油桿管在偏心旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生磨損，采油管桿的陀螺效應(yīng)可以有效反映出管桿出現(xiàn)磨損的原因，如果井眼傾斜或者桿管出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)增加螺桿泵采油桿管與油管之間的接觸，造成管桿出現(xiàn)偏磨。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)螺桿泵采油桿進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和靜力學(xué)分析，研究陀螺現(xiàn)象對(duì)采油桿所造成的規(guī)?，F(xiàn)象，找到相關(guān)原因并提出有效的解決方法，可以有效減緩采油桿偏磨問(wèn)題。

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