采油螺桿泵故障原因分析及對(duì)策

1、采油螺桿泵故障原因分析及對(duì)策    摘要：介紹了螺桿泵的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)，并針對(duì)其在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。螺桿泵作為一種油田采輸工藝技術(shù)，是一種行之有效的采輸手段，廣泛應(yīng)用于采油生產(chǎn)。螺桿泵對(duì)于輸送介質(zhì)物性有著優(yōu)越的適應(yīng)性，尤其是對(duì)于氣液混合物的輸送，能很好的解決普通容積泵所面臨的氣蝕、氣鎖、砂卡問(wèn)題，達(dá)到很高的效率。 關(guān)鍵詞：螺桿泵；采油；工藝；故障分析 中圖分類號(hào)：P641.4+62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： GLB系列采油螺桿泵是近十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型采油機(jī)械設(shè)備1。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，使用

2、維修方便，節(jié)省能耗，價(jià)格低，能輸送液體種類范圍較寬，包括高粘稠油、高含臘原油、含砂原油，達(dá)到抽吸地下原油的作用。通過(guò)螺桿泵采油工藝可解決稠油在油井井筒中的流動(dòng)及地層疏松引起的出砂問(wèn)題。 1結(jié)構(gòu)及工作原理 螺桿泵采油裝置是由井下螺桿泵和地面驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成。二者由加強(qiáng)級(jí)抽油桿作為繞軸，把井口驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力通過(guò)抽油桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到井下，從而驅(qū)動(dòng)螺桿泵的轉(zhuǎn)子工作。螺桿泵結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。井下螺桿泵是由一個(gè)單頭轉(zhuǎn)子和一個(gè)雙頭定子組成，在兩件之間形成一個(gè)個(gè)密閉的空腔，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些空腔沿軸向由吸入端向排出端方向運(yùn)動(dòng)，密封腔在排出端消失，同時(shí)在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液體也隨著運(yùn)動(dòng)由吸

3、入端被推擠到排出端。最終這些封閉腔隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從泵入口向出口方向移動(dòng)，并將液體由進(jìn)口端推向出口端，排入到管線，舉升到地面。 2性能特點(diǎn) （1）螺桿泵屬于容積式泵，液體沿輸液元件的軸向均勻、低速流動(dòng)，是螺桿泵具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。液體的種類多，粘度范圍大，可抽稠油和高含蠟原油；適應(yīng)產(chǎn)量方面，從幾立方米到高產(chǎn)的幾百立方米均可順利舉升；攜砂能力強(qiáng)，襯套材料對(duì)砂粒等固體雜物有容讓性，可抽含砂原油。還具備高氣液比處理能力，不發(fā)生氣鎖。 （2）運(yùn)動(dòng)部件少，沒(méi)有閥件和復(fù)雜流道，油流擾動(dòng)小，水力損失低，泵效達(dá)70，系統(tǒng)效率達(dá)60。 （3）流量調(diào)節(jié)容易，改變地面驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速就可實(shí)現(xiàn)。整套設(shè)備易損件少，井口驅(qū)動(dòng)頭僅有

4、1套需潤(rùn)滑的驅(qū)動(dòng)頭，井下設(shè)備也只有1個(gè)移動(dòng)件，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。 （4）螺桿泵采油系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是揚(yáng)程較低。目前，最大清水揚(yáng)程僅為2600米，不能滿足深井開(kāi)采要求。 有資料顯示螺桿泵可以舉升6000cp的稠油，而且螺桿泵對(duì)出砂井有很好的適應(yīng)性，以前螺桿泵的檢泵周期比較短，主要是定子橡膠在長(zhǎng)期工作環(huán)境下老化脫落，造成泵不密封，導(dǎo)致泵失效，現(xiàn)階段由于耐高溫抗老化的特種橡膠的出現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題在一定程度上解決，或者說(shuō)是減輕。螺桿泵在生產(chǎn)安過(guò)程中由于轉(zhuǎn)速過(guò)快會(huì)產(chǎn)生大的離心力，使得抽油桿彎曲，從而造成管桿摩擦，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成抽油桿磨斷脫，油管磨漏，在抽油桿上加裝扶正器后這個(gè)問(wèn)題可以緩解，至于地層供液不足，

5、液流不足以帶走定轉(zhuǎn)子磨擦產(chǎn)生的熱量，致使定子橡膠燒毀，導(dǎo)致檢泵的問(wèn)題是在設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題，不應(yīng)該歸納到螺桿泵本身上來(lái)，即使是普通的稠油泵，當(dāng)供液不足時(shí)也會(huì)產(chǎn)生斷桿，斷管的問(wèn)題，只有合理生產(chǎn)參數(shù)才能保證井下泵系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)螺桿泵的生產(chǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)要比抽油機(jī)好調(diào)節(jié)的多，只要降低轉(zhuǎn)速就在一定程度上消除供液不足帶來(lái)的影響，這是他的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。螺桿泵技術(shù)的關(guān)鍵還是在于定子橡膠的壽命上，只有提高定子橡膠的壽命才能延長(zhǎng)檢泵周期，提高他的競(jìng)爭(zhēng)力。 3螺桿泵采油故障原因分析 3.1造成螺桿泵檢泵周期短的原因 螺桿泵采油與同排量的抽油機(jī)等常規(guī)采油設(shè)備相對(duì)比，螺桿泵泵效相對(duì)較低，檢泵周期相對(duì)較短。大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和理

6、論分析表明，造成螺桿泵泵效低的主要原因是螺桿泵定子橡膠性能差，單級(jí)承壓能力低，易引起泵漏失，導(dǎo)致泵效下降。 （1）定子導(dǎo)熱性能差，橡膠長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作致使橡膠碳化破損，使用壽命降低。 （2）桿柱與油管發(fā)生偏磨，導(dǎo)致桿斷脫、油管磨漏等井下工具的損壞，致使檢泵。 （3）由于地層供液不足，液流不足以帶走定轉(zhuǎn)子磨擦產(chǎn)生的熱量，致使定子橡膠燒毀，導(dǎo)致檢泵。 3.2井口回壓高、負(fù)荷重造成燒皮帶頻繁、電機(jī)燒毀原因 （1）因?yàn)榛旌衔锪黧w的粘度過(guò)高，根據(jù)某區(qū)原油粘度為3487092mPa.s，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量為21.9544.4，含蠟量為7.4215.58%.原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量較高。原油在井下泵的強(qiáng)

7、烈攪拌作用下，原油和水形成乳化程度很高的油包水型乳狀液，乳狀液的粘度隨著乳化程度的升高（水滴顆粒被攪拌得很細(xì)）而大幅度提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了螺桿泵負(fù)荷能力。 （2）驅(qū)動(dòng)裝置故障引起機(jī)械負(fù)荷增大，主要有中間滾軸軸承磨損造成受力不均引起負(fù)荷增大，上下兩端的定位扶正滾珠軸承磨損、輸入軸齒面和主錐體齒面嚙合間隙過(guò)大造成受力不均引起負(fù)荷增大。 （3）因?yàn)樵驮谂e升過(guò)程粘度會(huì)升高，所以一些螺桿泵井一旦回壓過(guò)高則必須洗井才能恢復(fù)生產(chǎn)，同時(shí)地面輸油管線需要掃線。因?yàn)槿闋钜旱恼扯葘?duì)于溫度的敏感性低，加溫對(duì)于降粘效果不明顯，通常將轉(zhuǎn)子提出泵筒后采用反洗井。 3.3抽油桿、轉(zhuǎn)子及油管脫扣原因 （1）由于螺桿泵井采用25m

8、m高強(qiáng)度抽油桿和36mm空心抽油桿，由于扭矩大，很容易造成桿斷和防脫器碎裂和過(guò)載停機(jī)，斷脫位置在上、中、下均有。主要是停機(jī)時(shí)因?yàn)榕ちπ遁d，抽油桿高速反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常開(kāi)抽時(shí)的正轉(zhuǎn)速度，此時(shí)抽油桿非常容易脫扣，甚至造成油管脫扣。 （2）目前使用的油管錨為機(jī)械式座封，在座封時(shí)主要靠給油管加壓使其坐封。加壓使油管在井內(nèi)嚴(yán)重彎曲，抽油桿在油管內(nèi)工況惡化，坐封力不好控制，故易導(dǎo)致油管脫扣。 （3）驅(qū)動(dòng)裝置的密封性差?，F(xiàn)有地面驅(qū)動(dòng)裝置密封有兩處：一是減速器油封密封，二是井口盤根盒密封。尤其井口盤根密封漏油嚴(yán)重，因?yàn)楝F(xiàn)在采用的盤根為“O”型聚乙烯四氟，對(duì)光桿磨損較大，造成光桿外徑變細(xì)，新加盤根后，

9、光桿與盤根之間密封由于盤根的可塑性差造成間隙過(guò)大，導(dǎo)致從盤根處漏油。 （4）井下工況判斷不精確。目前尚無(wú)有效的螺桿泵工況監(jiān)測(cè)手段，對(duì)螺桿泵井的泵況診斷僅有2 種方法。一是觀察運(yùn)行電流，看電流是否在正常范圍之內(nèi)；二是井口憋壓測(cè)試壓降，通過(guò)觀察油、套壓的變化，繪制變化曲線進(jìn)行分析，對(duì)出現(xiàn)的復(fù)雜情況難以準(zhǔn)確診斷。 （5）泵最佳實(shí)際排量與油井產(chǎn)能不匹配。 4對(duì)策 （1）對(duì)反向乳化嚴(yán)重的油井，采用環(huán)空加破乳劑的方式生產(chǎn)，降低產(chǎn)出液粘度，并可提高螺桿泵的吸入能力；采用電動(dòng)潛油螺桿泵，減少由于抽油桿攪動(dòng)引起的粘度增加，并可提高油井的流通面積，井下機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量還可加熱原油降低井筒流體的入泵粘度。 （2）

10、采用傳遞高扭矩的抽油桿，解決抽油桿本體、連接絲扣的抗扭問(wèn)題，防止抽油桿斷脫；用旋轉(zhuǎn)式油管錨替代在用的油管錨，減小因?yàn)楣堋U彎曲造成的管、桿脫扣；對(duì)盤根密封的泄漏一是采用高塑性盤根，二是使用帶錐度的盤根盒。 （3）螺桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)螺桿泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整的軟件，對(duì)螺桿泵下井前的檢驗(yàn)、組裝、設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。測(cè)量光桿扭矩、轉(zhuǎn)速、軸向力及電力參數(shù)進(jìn)行泵況診斷，使油井、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、油管、抽油桿及相關(guān)參數(shù)合理匹配，并隨著地層壓力、產(chǎn)能、產(chǎn)液物性等的改變進(jìn)行設(shè)備和參數(shù)的調(diào)整，最終達(dá)到供抽協(xié)調(diào)。 （4）油井產(chǎn)層供液能力好壞、高低，決定了螺桿泵的使用效率。因此建議在今后油井原油舉升方式上應(yīng)科學(xué)、合理考慮其工藝

11、設(shè)計(jì)條件。采油工藝的選擇至原油提升設(shè)備的選型，必須依據(jù)油井油藏供液能力方面的客觀現(xiàn)實(shí)，依托油藏工程方面科學(xué)的研究、預(yù)測(cè)、分析，“因井制宜”才能發(fā)揮較好的經(jīng)濟(jì)效益，并及時(shí)診斷低能效井，確定抽油系統(tǒng)的總效率，而確定總效率只需測(cè)量輸入電動(dòng)機(jī)的功率、測(cè)定井底生產(chǎn)壓力和精確的生產(chǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)。一般游梁式抽油系統(tǒng)的總效率應(yīng)為50左右，若低于此應(yīng)提高其性能。提高總效率的技術(shù)包括保持高容積效率（泵的規(guī)格與井筒注入量匹配、消除氣干擾、用抽空控制器或定時(shí)器控制抽油）和換掉過(guò)大的電動(dòng)機(jī)。 5結(jié)束語(yǔ) 保持螺桿泵抽油高產(chǎn)率的具體做法，應(yīng)進(jìn)行聲波液面測(cè)定，確定動(dòng)液面與泵吸入口的相對(duì)深度。若液面高于泵吸入口，那么井不可能以最大產(chǎn)量開(kāi)采。如果是氣干擾影響產(chǎn)率，則液面高于泵吸入口；若是抽量過(guò)大導(dǎo)致低產(chǎn)，則液面應(yīng)在泵吸入口處或附近。討論了螺桿泵在使用過(guò)程