螺桿泵防脫居中器

孫成元

大慶油田采油一廠

2013年大慶油田薩中開發區螺桿泵開井達到1 516口，偏磨342井次，偏磨比例22.56%，偏磨問題已經成為螺桿泵井維護性作業成本增加的主要因素。

目前治理偏磨的主要措施是全井加裝扶正器，安裝扶正器雖然可以使偏心距造成的位移激勵向上傳遞速度減緩，但不能消除轉子偏心旋轉對抽油桿的影響。

薩中開發區應用的采油螺桿泵均為傳統式螺桿泵，該泵包括泵轉子和泵定子兩部分。泵轉子與轉子上連接的抽油桿的運動規律一致，由于轉子的行星運動會引起抽油桿底部的運動，因此這種運動相當于給抽油桿施加了一個位移激勵，而這種位移激勵的持續性會使抽油桿柱產生變形[1]。為了消除轉子運動對抽油桿變形的影響，需要改變抽油桿與轉子之間的連接方式，為此開展了螺桿泵防脫居中器的研究與應用。

1 室內研究

為了確定偏心距對桿管偏磨的影響程度，采用瞬態動力學有限元方法模擬泵深950 m、轉速100 r/min、全井安裝扶正器的理想垂直井，對抽油桿工作狀態進行了力學分析，得到不同位置的桿管間的接觸力[2]。

為了對比不同偏心距對桿管偏磨的影響，分別采用6、8.5 mm兩種偏心距進行模擬。當偏心距為6 mm時，0~900 m位置的平均接觸力為15 N，900~950 m位置的平均接觸力為23 N；當偏心距為8.5 mm時，0~900 m位置的平均接觸力為18 N，900~950 m位置的平均接觸力為34 N。從室內模擬可以看出，偏心距造成螺桿泵底部偏磨大于上部，且偏心距越大，抽油桿與油管接觸力越大。

2 結構

螺桿泵防脫居中器是將泵轉子與抽油桿的固定連接改為鉸接，轉子與抽油桿之間只傳遞繞豎直方向的旋轉運動，通過改變抽油桿與轉子之間的連接方式消除了轉子運動對抽油桿變形的影響，從而改善桿管的偏磨狀況。

螺桿泵防脫居中器由居中導向和防脫兩部分組成。居中導向部分由導向軸、導向蓋、導向外套組成，導向軸采用圓弧連接，實現周向360°旋轉，圓弧上連接處的上端有一定的縫隙空間，實現4°的軸向擺動，起居中導向作用。在中間部分圓弧下端采用方形與兩端連接，傳遞扭矩。

防脫部分由防脫外套、防脫端蓋、抗扭軸、平鍵等組成，當楔塊正轉時正常傳遞扭矩，反轉時釋放扭矩，可以起到防脫作用。

螺桿泵防脫居中器是由40CrNiMo、35CrMnSi、H13、40Cr合金鋼材料制作而成，其性能指標見表1。

表1 螺桿泵防脫居中器性能指標

3 結語

螺桿泵防脫居中器適用于單螺桿式地面驅動螺桿泵井，在薩中開發區選取作業前底部偏磨的20口螺桿泵井進行試驗。截至目前，因維護性作業起出6口井，起出后螺桿泵底部均未發生偏磨現象，平均運轉周期達到623天，檢泵周期與安裝前對比延長了121天。與同區塊、生產狀態相近但未安裝防脫居中器的螺桿泵井進行對比可知，安裝防脫居中器后可延長檢泵周期81天，偏磨比例下降了11.13個百分點。

目前螺桿泵井檢泵周期為550天，在一個檢泵周期內投入的產出比為1∶5。

通過改變螺桿泵轉子與抽油桿的連接方式可以實現抽油桿居中，同時又可以防脫，有效地解決了螺桿泵底部偏磨問題。

[1]于冬梅．大排量螺桿泵采油技術存在的問題及對策[J]．油氣田地面工程，2010，29（3）：1-2.

[2]鄒龍慶，魏麗，祝娟．基于轉子動力學方法研究螺桿泵抽油桿柱扶正器的布置[J]．石油礦場機械，2009，38（8）：58-61.