螺桿泵故障原因分析與躺井控制措施

李玉芹+成剛+趙培杰+王麗君

摘要：螺桿泵采油裝置是由井下螺桿泵和地面驅動裝置兩部分組成。二者由加強級抽油桿作為繞軸，把井口驅動裝置的動力通過抽油桿的旋轉運動傳遞到井下，從而驅動螺桿泵傲躊專子工作。本文首先對目前油區螺桿泵進行調查，分析螺桿泵采油過程中出現故障及躺井等問題，主要原因是由于螺桿泵在運轉過程中油管彎曲、工作參數不合理以及轉子離心慣性力和傾倒力矩產生的桿管接觸載荷等原因造成井桿、管磨損，進而造成躺井。在分析基礎上，提出了優化下泵參數、桿泵優化匹配、加強維護作業及日常管理工作等改進措施，有效地延長生產周期。

關鍵詞：螺桿泵；采油裝置；故障分析；躺井控制；對策

螺桿泵采油裝置是由井下螺桿泵和地面驅動裝置兩部分組成。二者由加強級抽油桿作

為繞軸，把井口驅動裝置的動力通過抽油桿的旋轉運動傳遞到井下，從而驅動螺桿泵傲躊專子工作。螺桿泵結構所示：井下螺桿泵是由一個單頭轉子和一個雙頭定子組成，在兩件之間形成一個個密閉的空腔，當轉子在定子內轉動時，這些空腔沿軸向由吸入端向排出端方向運動，密封腔在排出端消失，同時在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液體也隨著運動由吸入端被推擠到排出端。最終這些封閉腔隨轉子旋轉，從泵入口向出口方向移動，并將液體由進口端推向出口端，排入到管線，舉升到地面。

1 螺桿泵桿管磨損致免修期短的原因分析

1.1 轉子偏心運動

螺桿泵的結構特征及轉子的偏心運動特征，決定了轉子以及與轉子相連接的底部抽油桿做偏心旋轉運動。轉子的偏心在3-10mm，由于油管與抽油桿間的環空有限，如不采取相應的措施，必然會導致底部抽油桿與油管之間的磨損。

1.2 離心慣性力作用

由于桿柱的質量中心偏離豎直井筒的幾何中心線，在旋轉過程中，質量偏心所產生的離心慣性力將使桿柱發生彎曲，當桿柱的彎曲撓度達到油管和桿柱的徑向間隙時。桿柱將與油管發生摩擦。旋轉桿柱的軸向力是隨著井深減少的。在橫向力的作用下，桿柱發生彎曲，同時桿柱因彎曲剛度和拉壓剛度將產生彈性恢復力，兩者平衡時。桿柱彎曲中心線將以穩定的弓形面繞井筒軸線做公轉，桿柱橫截而將以穩定的轉速以桿柱彎曲中心線自轉。當井較深.桿柱的長度相當大時，桿柱彎曲和拉壓剛度相對較小，公轉和自轉的差別可以不區分。當螺桿泵工作時，離心慣性力所引起的彎矩與轉速n和兩扶正器的間距的平方成正比，即轉速和扶正器間距對彎矩影響大。當轉速較高，不安裝扶正器或扶正器布置較少時，離心慣性力引起的彎矩也就隨之增加，導致桿柱彎曲，增加了桿、管磨損的幾率。

1.3 油管彎曲

一般情況下，對于直井而言，油管發生彎曲主要有兩個原因：一是在鉆井過程中井筒本身存在著“狗腿”，井筒的彎曲導致油管管柱彎曲；二是目前螺桿泵井普遍采用的支撐卡瓦，由于其坐卡方式（壓油管頭）決定了油管也會存在一定程度的彎曲。顯然，油管彎曲必然會使桿、管之間產生接觸載荷，從而導致磨損發生。

1.4 日常生產管理

螺桿泵采油井的管理與其它機械采油井的生產管理相比雖然簡單方便，但也有很多問題，如：地面驅動裝置漏油、皮帶易斷更換不及時、防桿斷脫問題、熱洗較困難、測試問題、不壓井作業問題。一般比較突出的是：停機時間不能過長，如皮帶斷后不能象抽油機那樣易被發現可及時更換，測壓長時間停機都會使再次起泵困難；洗井時溫度及排量要求高，洗井時溫度不能過高（超過定子橡膠所承受耐熱溫度）；排量不能過大，否則過大排量的洗井液就會使螺桿泵超速旋轉導致抽油桿柱承受的是退扣扭矩，造成桿柱退扣。

例如采油廠某井有結垢史，采油隊拆電作業停井時間過長，導致垢物沉淀入泵筒內，開機后發生泵卡，拆解泵，發現轉子卡在定子內，導致上部桿扭矩過大而發生斷裂，定子內堵滿垢，定子上部油管內約1.7米垢（經化驗98%酸溶），該井僅生產42天。

2 延長螺桿泵免修期對策

2.1 優化下泵參數

為保證螺桿泵能高效、長期正常運轉，必須確定合理的下泵參數。從檢泵原因分析可看出，要有效地減輕桿、管磨損，防止桿斷脫，必須降低扭矩、彎矩，減少共振。要達到以上目的，就必須讓螺桿泵在中、低轉速運行。為此，在下泵設計時，根據油井產能，在滿足供排要求的前提下，以最低速為目標，選擇泵型。確定合理折泵型和轉速，優選大泵，均以最低轉速投產。優化設計下入101口井，借檢泵時機換大泵26口，平均轉速為101 r/min。目前這些井均未因桿、管磨損和桿斷原因造成檢泵。

2.2 桿泵優化匹配

針對螺桿泵應用中普遍存在的桿柱斷脫問題，同時綜合考慮過流面積、抗扭能力、系統安全和成本投入等因素，在1200及以上型泵上用φ28 mm實心錐扣SHY級工藝桿，取代原φ38mm及φ42mm空心D級桿。φ28mmSHY級工藝桿在總直徑不變的情況下，將原HY級桿外壁加厚，由3.0mm增加到3.5mm，大大增加了桿的抗扭強度。φ28mm桿與φ38mm，及φ42mm空心桿相比可增大過流面積，減小沿程阻力，相應降低扭矩，提高桿的抗彎、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏。

2.3 加強維護作業優化。針對偏磨問題，曾經使用了旋轉扶正器，但是尼龍扶正體耐磨性差，易損壞，壽命小于半年，例如某井4月份作業時，生產217天，扶正塊磨損嚴重，部分脫落，偏磨管漏。自2012年開始未在使用。2016-1-27上返補孔單采，下入原井GLB1200DT21螺桿泵生產，生產12天桿斷躺井，提出后鑒定泵，定子橡膠氣侵溶脹，扭矩增大造成桿斷。使用125天。

2.4 加強日常螺桿泵采油管理

日常螺桿泵生產管理中，主要注意一下幾個方面：所有應用螺桿泵的油井，需在井口加裝單流閥；提掖井及措施井在試生產初期必須選用低轉速開井，以防止供液不足造成燒泵；開井初期要加密觀察油井出液情況和動液面測試，對于于液面波動較大的油井，及時與地質、工藝結合定下步措施；取全取準油井資料，電流變化值大于2A或過流跳閘時，應加測動液面化驗原油粘度及含砂，對比產量變化，分析泵工作狀態，確定是否洗井、檢泵或檢修驅動設備；螺桿泵井生產過程中發現沉沒度低于100m時，必須馬上停井并將情況上報；對于油稠、結臘井，因各種原因停井后再開時，應采取熱水洗井措施進行治理；對于結垢井，需停井再開井前，應將定子提出泵筒并徹底洗井后，才能開井，并時刻關注電流變化。

參考文獻

[1]萬仁溥. 采油工程手冊. 北京：石油工業出版社，2000.8endprint