螺桿泵井桿斷原因分析及預防

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子組成的，它是一種容積式泵，其采油原理為由地面驅動裝置帶動抽油桿柱旋轉，近而使轉子隨之一起轉動，井液經螺桿泵下部吸入，由上端排出，并沿油管柱向上流動的一個過程。由于抽油桿始終處于旋轉狀態同時承受拉、壓及扭力等循環載荷的作用，容易出現斷裂或脫扣，從2009年到目前螺桿泵桿斷井數統計對比可以看出桿斷井次呈逐年上升的趨勢。

從年初到12月末我礦螺桿泵維護性作業21井次，其中桿斷脫12井次，占作業井數的57%，是螺桿泵桿斷井數最多的一年。

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

1.加工工藝：在抽油桿頭部鍛造時由于加工工藝的不足會產生缺陷如折疊、裂紋、皺折和缺肉，其中以折疊和裂紋對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量沿軸向均勻性不好、變形較大，會引起頭部或桿體彎曲，增大了附加扭矩，使抽油桿發生早期疲勞斷裂。

2.生產管理因素：螺桿泵的日常管理中由于操作不當、維護保養不及時、參數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：螺桿泵井因測試或維護臨時停機時，如果動液面較深，管柱內液體壓力將驅動井下泵轉子反轉，轉子將帶動桿柱高速反轉，隨著液體倒流，泵進出口壓差逐漸減少，轉子逐漸停止轉動，而由于慣性作用，上部抽油桿仍在高速反轉，反轉產生的慣性扭矩一旦超過桿柱某處所能承受的扭矩時，就造成了桿柱斷裂。

另外，螺桿泵井停機后重新啟動，桿柱要承受定轉子之間的靜吸附力作用，會對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：抽油桿應用于斜井，在彎曲部位，抽油桿將受到附加彎曲應力作用，這極易造成桿柱斷裂。而且隨著桿體直徑增大，彎曲應力也隨之變大。因此，在斜井中，空心抽油桿更容易發生斷裂事故。

其次，由于離心力的存在，在斜井中抽油桿與油管內壁的磨損力遠大于直井這就造成桿體磨損較直井嚴重，承載能力下降，當磨損的抽油桿承載能力無法滿足正常生產所需要的扭矩時，就發生了桿體斷裂事故。

(3)熱洗：如果螺桿泵長期不洗井，抽油桿與管之間就會結蠟，造成桿旋轉時的扭矩增大，如果結蠟嚴重將導致泵卡，轉子不能順利轉動，桿體承受的扭矩遠大于正常生產時的扭矩，如果該扭應用超過抽油桿能承載極限，就會發生斷裂。

(4)參數匹配：螺桿泵抽油桿始終在旋轉，它同時承受軸向力和徑向力，與軸向力有直接有關系的是轉排量，該參數取決于泵型；與徑向力有直接有關系的是轉動角速度，該參數取決于轉數。如果桿徑、泵型、轉數三者匹配的不合理，超過抽油桿所能承受的極限，就會造成疲勞斷裂。

二、螺桿泵桿斷的預防

根據我們分析的桿斷因素可知在預防螺桿泵桿斷時，一方面要選擇質量合格的抽油桿，保證其力學性能；另一方面加強螺桿泵井的生產管理，避免頻繁起停機、斜井應用實心桿、制定合理的熱洗周期、合理的匹配參數。

如何在保證正常生產的前提下，把桿徑、泵型、轉數這三項生產參數最合理的匹配？是預防螺桿泵桿斷的重點問題，也是本論文的要論證的中心。

首先分析桿的強度與受力情況：螺桿泵井工作時，桿柱的載荷主要來自兩個方面：軸向力和扭矩。

目前應用的螺桿泵抽油桿有兩種類型D級桿與H級，直徑分為25mm實心桿和38mm空心桿兩種，從螺桿泵抽油桿的強度等級表中可知，CYG38D抽油桿的屈服扭矩為2869 N·m，，所以超扭矩運轉是導致該井桿斷的主要原因，所以本次將該井換大泵同時下調轉數生產，目前生產情況正常。

結論

通過對我礦螺桿泵井桿斷原因分析，我們認為預防桿斷，延長泵的使用壽命及檢泵周期，認為以下幾項措施非常重要：

1.要選擇加工質量合格的抽油桿，保證其力學性能。

2.加強螺桿泵井的生產管理，避免頻繁起停機、斜井應用實心桿、制定合理的熱洗周期、合理的匹配參數。

3.大排量泵要選擇空心抽油桿，小排量泵選擇小直徑實心抽油桿。

4.細化技術管理，不同區塊螺桿泵選擇適用的轉數范圍，高臺子區塊螺桿泵轉數不宜超過180轉/分，東部過渡帶油稠、泵相對較深，所以轉數不應超過120轉/分，其它各區塊螺桿泵井都可以調到其額定轉數運轉。