無桿排采設備水力管式泵故障分析及建議

梁春紅 劉志強 王 寶 關東漢 楊 陽 朱芳林

(中國石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000)

1 無桿排采設備水力管式泵工作原理

水力管式泵主要由地面設備、同心管、井下設備組成，工作原理如圖1所示，動力裝置電機帶動齒輪泵驅動液壓缸左右往復運動，液壓缸對驅動液加壓形成高壓動力液，驅動液帶動抽油泵上下做往復運動，當驅動液壓缸左行時，液控閥打開，液壓缸壓縮驅動液通過中心管進入井下機組，抽油泵上行吸液并將中心管與油管環形空間的液體排出至地面，當驅動液缸右行時，液壓缸壓縮驅動液通過環形空間推動抽油泵下行排液，液體進入環形空間，從而實現驅動液在中心管與環形空間中連續不斷的輪換流動。水力管式泵設備具有自動洗井功能，當抽油泵到達每一個沖程的上止點時，液控閥停止換向，抽油泵筒在上止點不再換向，高壓動力液通過中心管進入泵腔沖洗固定凡爾，將泵以上管柱內的煤粉雜質從環形空間清洗至地面。

圖1 水力管式泵設備

2 無桿排采設備水力管式泵使用現狀

水力管式泵不使用有桿排采，使用過程中沒有有桿偏磨的問題出現，此外整個設備使用單臺電機驅動，柱塞泵輪換驅動，設備節能效果較好，而且主體設備體積較小，設計于一個集裝箱內，安裝方便，無需吊裝作業，現場安裝安全隱患小，因此目前正廣發推廣應用于高產L型水平井中。但是在水力管式泵設備使用實現大排量排采過程中也出現了各種故障類型，并且同樣的故障類型發生頻次較高，在煤層氣生產過程中對產量影響較大。

表1 某公司水力管式泵設備故障統計

截至2018年底某公司投產運行無桿泵設備共計94臺，某分公司采氣作業區所有在用水力管式泵設備使用過程中共計發生故障184井次，類型多種多樣，頻率高，處理時間長，造成排采不連續、不穩定，流壓波動大，影響氣量大，具體故障信息如表1所示。

3 無桿排采設備水力管式泵故障分析

通過對水力管式泵排采設備故障記錄及日常巡檢發現問題中可以看出，分公司三個采氣作業區設備故障出現頻次最高的主要有如下幾類：水箱、泵組及電機、換向閥，如圖2所示。

圖2 各作業區水力管式泵設備故障表現

3.1 水箱故障

從現場故障記錄顯示，水箱部位出現的故障類型為水箱缺水和溢流閥松動，溢流閥松動屬于機械故障，當此類故障出現時，現場的處理方式為緊固溢流閥，并且緊固后基本再出現松動現象。經統計，水箱缺水為三個作業區故障頻次較高且反復產生的故障，水箱故障中水箱缺水故障率為21%，每次對于水箱缺水的解決方式為在故障產生后人工赴現場及時補水。

3.2 泵組及電機故障

泵組只要包括井下泵以及地上柱塞泵，井下泵故障主要表現為泵吸入口堵塞，抽油泵吸液口堵塞的解決方式為設備洗井，井上地面設備壓縮高壓動力液通過中心管進入泵腔沖洗固定凡爾，將泵以上管柱內的煤粉雜質從環形空間清洗至地面。柱塞泵故障主要表現為柱塞泵油封損壞，密封失靈，柱塞泵曲軸抱死以及泵軸瓦損壞，現場出現此類故障的解決辦法是及時更換配件。柱塞泵另一高頻次故障是電機故障，現場表現為由于線路問題出現的電機異響且反轉，電機由于長時間運轉皮帶磨損而斷裂，現場處理方式為更換電機皮帶。

3.3 換向水閥故障

換向水閥作為水力管式泵設備實現動力液于中心管與環形空間輪換流動的關鍵部件，其重要性不言而喻，但是其現場故障率相對較高。現場故障表現為換向水閥凡爾球漏、換向水閥彈簧斷，法爾球座漏是由于雜質進入凡爾與球座之間密封不嚴實，現場處理方式為拆卸清理雜質以及更換彈簧。

4 總結與建議

通過對水力管式泵設備各類型故障表現以及對于現場運行過程中出現故障的解決方式分析，得出除了現場的緊急處置方式外，為保障設備的運轉時率與減少其故障率，針對各部件常見故障表現提出如下建議：

(1)水箱故障主要是水箱缺水，建議建立水力管式泵水箱水位報警裝置，設置水箱部位的最低水位報警，并將水位值通過自動化系統遠程傳輸，在加強巡檢的基礎上結合室內實時監控，及時發現水箱缺水并現場及時補水。

(2)泵組及電機故障屬于設備自身故障，對于井下泵口堵塞主要是由于水箱水質差雜質較多，動力液進入泵組雜質封堵，建議井場配備清洗刷，加強巡檢，并且定期清洗水箱濾網，并且配備足量的泵組及電機配件，出現故障及時更換。

(3)換向水閥屬于可拆卸部件，發生故障后首先分析故障類型及故障原因，現場及時更換彈簧等配件，換向水閥作用后引起水壓力及流量變化，依托流壓，設備壓力(油套環形空間壓力，中心管壓力，液壓站壓力等)，液位、進液流量、排液累計等關鍵參數，形成相應代碼入數據庫，建立總控平臺預警模型，提高預判故障的準確率，減少故障發生率。

(4)對于可控故障因素加強日常巡檢以及設備日常維護保養知識培訓，井場巡檢人員具有一定的故障排除技能，在廠家趕到現場之前處置完成，可以很大程度縮短故障處理時間。