直井地面驅動螺桿泵采油桿管偏磨機理

朱磊 李江玲 王均 馬曉勇 李旭

摘要：隨著我國油田開采技術的不斷發展，直井地面驅動螺桿泵在油田中的應用得到了廣泛推廣，但是螺桿泵的故障也越來越多，導致螺桿泵故障的因素比較復雜，其中最重要的因素是螺桿泵采油技術理論不完善，通過對當前螺桿泵井的工況分析和故障診斷等方法，對直井地面驅動螺桿泵采油桿管偏磨機理進行分析，建立螺桿泵系統診斷模型，通過診斷模型能夠有效判斷出螺桿泵井的實際工況，從而有效增加油井的開采效率。

關鍵詞：直井地面驅動螺桿泵;采油桿;偏磨機理

螺桿泵采油技術主要是利用螺桿泵地面驅動裝置的電機進行通電以后發生旋轉，經過二級減速以后，帶動光桿感旋轉，光桿通過抽油桿柱將動力傳遞給井下螺桿泵，從而有效實現油液舉升。隨著螺桿泵采油技術的不斷和發展，螺桿泵采油技術取得了較大的進步，特別是針對稠油井的開采工藝上比其他開采方式具有優越性，但是隨著螺桿泵采油技術應用規模的不斷擴大，相關的診斷技術相對落后，造成采油桿管出現磨損，導致部分螺桿繃緊帶病運行，從而影響了螺桿泵井的應用效果。

1地面驅動螺桿泵的結構及工作原理

螺桿泵驅動方式的不同主要分為井下驅動和地面驅動兩種類型。目前我國油田采油主要使用地面驅動螺桿泵。地面驅動螺桿泵主要有電控系統、地面驅動系統、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，轉子主要是通過精加工的一種高強度螺桿。螺桿泵的工作原理是利用空腔排油，轉子和定子之間會形成一個密閉的腔室，并且所形成的腔室之間不聯通。隨著轉子的不斷移動，空腔內的原油會從吸入端移動到排出端，并且不斷進行循環工作，才能夠確保原有實現不斷運動，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

地面驅動螺桿泵在工作過程中是依靠電機帶動驅動頭進行高速運轉，從而帶動井下螺桿泵一起轉動。地面驅動螺桿泵的運動形式與抽油機井的往復式運動形式有所不同，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方面：

2.1機械磨損

結合實際情況對螺桿泵進行調查分析，機械磨損是螺桿泵采油桿管發生偏磨的主要原因之一。當偏磨嚴重時可能會發生桿管斷裂，因此需要了解機械磨損所產生的原因，有效防止螺桿泵桿管出現偏磨。

（1）井身結構引起的偏磨

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

（2）封隔器、油管錨坐封造成油管彎曲，發生桿管偏磨

封隔器是進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。 如果坐封力過大會造成封隔器上端對油管的下端產生壓力，如果壓力過大，會造成抽油桿發生彎曲，最終導致油管和抽油桿發生摩擦，使抽油桿發生偏磨。隨著坐封力的增加油管的彎曲程度也會增加，導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生碰撞。但是油管錨在工作過程中也需要一定的坐封力，同樣也會加重抽油管桿發生彎曲，最終導致采油桿發生偏磨。

（3）質量偏心

采油桿在高速運轉過程中，抽油管大多數是采用均勻質量的細長桿柱，在旋轉過程中會發生慣性力和質量偏心的作用，因此導致桿管不能保持垂直狀態，會發生偏移。一旦發生側向偏移就會發生離心力，離心力的出現會加劇抽油管桿發生偏磨。

（4）含水率高

抽油桿與油管之間由于原油含水率的下降會形成一種良好的潤滑效果，但是當原油中的含水率較高時，就會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增加，導致抽油桿出現偏磨。

2.2腐蝕磨損

（1）腐蝕磨損的內容

物體在摩擦過程中會產生腐蝕磨損失效，桿管與周圍介質會形成一定的電化學作用，這種化學作用會造成材料之間的相互磨損，因此，腐蝕磨損主要是由機械磨損和化學磨損所造成的，抽油桿與油管表面的腐蝕產物是因為機械磨損去除，將金屬暴露在外界，導致磨損的腐蝕程度不斷增加。

（2）腐蝕磨損的原因

地面驅動螺桿泵采油桿管發生偏磨的另外一個原因是腐蝕磨損，腐蝕磨損在油田的中后期開放中更能體現出來。目前我國很多油田都已經進入中后期開發，其中原油中的含水量會逐漸增大，目前含水量基本達到了90%以上，含水量的增加會導致原油介質發生變化，通過對腐蝕磨損產生的主要因素進行分析，主要包括以下兩點：

第一：綜合含水率的影響。由于原油中含水量的增加，油井產出液的化學性質也會發生變化，當原油中的含水比例達到一定程度以后，產出的原油變為水包油的性質，因此會對抽油桿和有感造成嚴重影響，摩擦中的潤滑劑從原油變為水，加劇了金屬與金屬之間的摩擦，會對抽油桿造成磨損，在沒有潤滑油的效果下，抽油桿與油管內壁會發生偏磨現象。

第二，腐蝕介質的影響。隨著我國油田的長期開采，在含水量增加的同時也會增加其他化合物的含量，原油中氯化物，硫化氫等物質的含量增高。當原油中這些化合物含量的不斷升高，會對抽油桿與油管的金屬物質發生電化學反應，造成抽油桿和油管的腐蝕程度增加，從而會加劇抽油桿和油管的偏磨速度。

結束語

直井地面驅動螺桿泵采油桿管在偏心旋轉過程中會發生磨損，采油管桿的陀螺效應可以有效反映出管桿出現磨損的原因，如果井眼傾斜或者桿管出現問題，會增加螺桿泵采油桿管與油管之間的接觸，造成管桿出現偏磨。因此在實際生產過程中，應該對螺桿泵采油桿進行動力學分析和靜力學分析，研究陀螺現象對采油桿所造成的規模現象，找到相關原因并提出有效的解決方法，可以有效減緩采油桿偏磨問題。

參考文獻

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