螺桿泵工作原理和工況診斷方法

1、4十網(wǎng)萬曲丸號華東）CIITNAir市機房及護耕一一一戰(zhàn)*西三通屋圖2-3ESPCP井下機組示意圖工作原理是：利用井下動力電纜將電力傳送至井下4級潛油電動機，潛油電動機通過減速器和雙方向節(jié)帶動螺桿泵在低速下轉(zhuǎn)動，井液經(jīng)過螺桿泵增壓后，通過油管舉開到地面。井下潛油螺桿泵由轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子和定子相嚙合形成一個個連續(xù)的密封膠室，當轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動時，空腔從泵的入口端向出口端移動，空腔內(nèi)的液體也隨之從泵的吸入端送到排出端，通過油管輸送到地面，從而起到泵送作用。2.3.2電潛螺桿泵采油系統(tǒng)技術(shù)特點電潛螺桿泵采油系統(tǒng)除在出砂，稠油井上具有優(yōu)勢外，與有桿泵相比還具有如下優(yōu)點。.節(jié)能，油越稠節(jié)能降耗越顯著

2、；.不發(fā)生氣鎖，還具有破乳作用；.抽汲連續(xù)平穩(wěn)，不對油層產(chǎn)生壓力機動；.無抽油桿，消除了因桿管磨損帶來的損失，可用更小尺寸油管；.可用于斜井，定向井及水平井；.地面占用空間小，井口無泄漏，無噪音管理簡單;.提高泵下深和排量；.泵下機組的發(fā)熱起到泵下加熱作用。選用電潛螺桿泵可以有效解決底層因油稠，出砂而導(dǎo)致的泵砂卡，檢泵頻繁，抽油桿斷脫，卡桿等問題，具有比其他機采方式更加優(yōu)越的特性和更廣的適用范圍，是稠油冷采一項切實可行的舉升工藝。與抽油機開采方式相比，電潛螺桿泵采油系統(tǒng)可減少作業(yè)費用，降低生產(chǎn)成本，而且，電潛螺桿泵采油系統(tǒng)功率因數(shù)遠高于抽油機系統(tǒng)的功率因數(shù)，具有節(jié)能降耗，效率高的特點。采用電潛

3、螺桿泵采油系統(tǒng)，抽汲連續(xù)平穩(wěn)，對油層不產(chǎn)生激動。可有效防止地層砂蠕動。并可減少形成水竄流通道，降低含水。目前電潛螺桿泵連續(xù)運行時間最長為6個月，設(shè)備故障均出在機械傳動部分，而這部分的設(shè)計制造尚有很大的潛力，所以，電潛螺桿泵在壽命，可靠性等技術(shù)指標上將會有顯著提高。第三章螺桿泵工況分析及故障診斷螺桿泵工況診斷方法工況診斷分析方法的類型是豐富多樣，其中主要包括憋壓診斷法、電流診斷法和光桿受力診斷法三種。本文中主要分析的診斷方法是光桿受力診斷法，下面簡單介紹一下其余兩種。憋壓診斷法憋壓法診斷技術(shù)是利用憋壓曲線來對螺桿泵采油系統(tǒng)的各種工況進行定性解釋的。螺桿泵井采油系統(tǒng)的憋壓分析是以關(guān)井后油壓與時間的

4、關(guān)系曲線為主要依據(jù)的定性分析方法。常用的3種憋壓手段包括:開機憋壓（常規(guī)憋壓）:是指油井在正常生產(chǎn)時，通過關(guān)閉生產(chǎn)閘門來提高油壓的憋壓方法。關(guān)機憋壓（高壓憋壓）:是指油井在停止生產(chǎn)時，通過關(guān)閉生產(chǎn)閘門來提高油壓的憋壓方法。關(guān)機憋壓通常是在油井經(jīng)歷了開機憋壓處理，油壓已經(jīng)達到一定值后進行的后續(xù)憋壓處理,是一種在相對高壓下進行憋壓的方法。停機憋壓:是指在將正常生產(chǎn)的螺桿泵停轉(zhuǎn)的同時關(guān)閉生產(chǎn)閘門進行憋壓的方法。現(xiàn)場試驗時，首先需要在螺桿泵運行狀態(tài)下,關(guān)閉回壓閘門,測取一條壓力與時間的關(guān)系曲線；然后，在停機狀態(tài)下,用相同方式再測取一條壓力與時間的關(guān)系曲線。最后，比較測得的兩條憋壓曲線的變化趨勢，分析兩

5、條曲線中各種壓力的變化規(guī)律中反映出來的各種螺桿泵井采油系統(tǒng)的工作狀況信息。憋壓診斷法可以有效的分析出系統(tǒng)的四種常見工況:正常工況、桿柱斷脫、油管漏失、泵漏失。憋壓法工況分析的主要優(yōu)勢在于其對所分析油井的各方面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒有具體的要求，整個工況分析過程方便、快捷、簡單、可靠，從而大大提高了工作效率。但其分析范圍較窄，只能對油井工況作一些簡單的分類處理，精細的工況診斷還是的依靠其他診斷技術(shù)。電流診斷法電流診斷法是通過觀測電動機的電流值隨著時間的變化情況來分析螺桿泵井采油系統(tǒng)的工況。其中電流指標的類型根據(jù)其值的范圍主要分為：接近電動機空載電流、接近電動機正常電流、明顯高于電機正常運轉(zhuǎn)電流、周期性波動電

6、流四大類。然后，可以根據(jù)這些電流指標來判斷驅(qū)動電動機的負載情況，進而了解井口設(shè)備所承受的井下部件重量的情況。但是僅僅用電流數(shù)據(jù)時無法準確判斷出系統(tǒng)的工況的。因此，電流法不能只關(guān)注于驅(qū)動電機的電流變化，它還需要和油井的排量、油壓、動液面等因素相結(jié)合，來共同判斷現(xiàn)實情況下螺桿泵采油系統(tǒng)的工作狀況。具體應(yīng)用情況如表5-1所示表3-1電流法診斷情況匯總表工作電流工作特性故障形式接近電動機空載電流無排量，油套管不連通抽油桿柱斷脫，定子脫膠油管和套管連通，無排量或者排量較小油管斷脫或油管嚴重漏失接近電動機正常電流排量較小，液卸較淺油管漏失；定子嚴重磨損或漏失排量較小，液回較深供液不足，含氣量大周期性波動電

7、流脈動性產(chǎn)液轉(zhuǎn)子不連續(xù)轉(zhuǎn)動，過盈量偏大明顯局于電機正常運轉(zhuǎn)電流排量降低，油壓顯著增高輸油管線堵塞投產(chǎn)初期排量正常定子橡膠膨脹，過盈量增大排量正常抽油桿柱與油管內(nèi)壁摩擦排量較小，油壓正常嚴重結(jié)蠟螺桿泵井光桿受力診斷法機理分析光桿受力分析螺桿泵井工況診斷的任務(wù)是研究螺桿泵井下設(shè)備（井下泵、油管、抽油桿、配套工具等）在舉升介質(zhì)過程中的工作特性的變化規(guī)律。因此，研究對象包括：被舉升的流體、井下泵、抽油桿、油管及配套工具。為了簡化診斷模型，根據(jù)油田實際情況，對螺桿泵井舉升系統(tǒng)模型作如下假設(shè)：.油井為垂直或傾斜方向，無彎曲形變；.油管內(nèi)流體為氣液兩相流；.油管均為兩端錨定，無軸向形變；.抽油桿軸線與井筒軸

8、線重合，抽油桿與油管無直接接觸。螺桿泵井工作時，桿柱的載荷主要來自兩個方面：扭矩和軸向力。扭矩主要由三個部分組成，如圖3-2，定轉(zhuǎn)子過盈產(chǎn)生的初始扭矩、井下泵舉升井筒流體產(chǎn)生的有功扭矩和桿液摩擦扭矩。光桿扭矩：MM1M2M3（3-6）式中M1泵初始扭矩，Nm；M2泵舉升液體的有功扭矩，Nm；M3桿液摩擦扭矩，Nm。泵初始扭矩：M11.02（91.30n0.45）46.2（3-7）泵初始扭矩可由室內(nèi)試驗獲得，也可根據(jù)公式計算。泵舉升液體有功扭矩:式中M22到P2D螺桿泵的轉(zhuǎn)子直徑，mi(3-8)T螺桿泵的定子導(dǎo)程，m；P 螺桿泵進出口壓差，MPa桿液的摩擦扭矩:M 3 2 22 嗎D2 d2(3

9、-9)式中井液的粘度，MPa s;N抽油才f轉(zhuǎn)速，r/mim ；Dt 油管白內(nèi)徑，nd2 抽油才f外徑，m；L抽油才f長度，mi圖3-1 光桿的扭矩和軸向力軸向力來自四個方面：抽油桿自重、抽油桿在采出液中的浮力、采出液向上流動時對抽油桿向上的摩擦力、液體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力光桿的軸向力:(3-10)FF1F2F3F4式中Fi抽油才f自重，N; TOC o 1-5 h z F2液體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力，N;F3抽油才f浮力，N;F4采出液流動時對抽油桿的軸向摩擦力，No抽油桿柱的自身重量：nnFiGJi,LL(3-11)i1i1式中弓一一桿柱頂部載荷，N;Gi一一第一段每米抽油桿重量，N

10、/;li一一第一段抽油桿柱的長度，成L一一抽油桿的長度，m液體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力：F2(R216eR)p(3-12)式中F2一一液體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力，N;e一一螺桿泵白偏心距，口R一一螺桿泵的轉(zhuǎn)子半徑，成p一一螺桿泵進出口壓差，Pa。流體向上流動對抽油桿向上的摩擦力：F4210vL(3-13)式中F4一一桿柱摩擦載荷，N;一一第i段流體的平均粘度，Pas;第i段流體的平均流速,抽油桿在井液中的浮力：nF3GJ,liL(3-14)i1式中F3抽油桿所受的浮力；Gii第i段每米抽油桿同體積的井液的重量，Nm。當舉開系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，扭矩和軸向力的幅值和曲線會發(fā)生不同程度的變化。根據(jù)這一

11、特點，可以對螺桿泵井的工況類型進行確認和分析。鑒于光桿扭矩和軸向力在螺桿泵井系統(tǒng)診斷中的重要作用，研制了螺桿泵井專用測試儀，已經(jīng)在現(xiàn)場進行應(yīng)用。該儀器可實現(xiàn)扭矩和軸向力的實時安全測試，并能在惡劣氣候條件下使用，為螺桿泵井診斷提供了測試手段。3.2.2螺桿泵特性曲線螺桿泵特性曲線是利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)計算螺桿泵的工作特性參數(shù)繪制而成的。利用得到的實際的螺桿泵特性曲線，與螺桿泵的水特性曲線或理論特性曲線進行比較來判斷螺桿泵井采油系統(tǒng)的工作狀況。同時，還可以根據(jù)油井產(chǎn)量及螺桿泵的工況點在特性曲線圖上的位置，來判斷螺桿泵井采油系統(tǒng)與油層匹配的情況。螺桿泵特性曲線主要包括：排量特性曲線、負載特性曲線、效率曲線三

12、個方面。(1)排量特性曲線螺桿泵的排量特性具有一定的“硬特性”和“軟特性”。所謂硬特性就是在一定工作壓力范圍內(nèi)，泵的排量效率很高且泵的容積效率保持不變。而當工作壓力超過了定子橡膠的“擊穿”壓力時，容積效率逐漸下降。當容積效率低于50%60%時，下降速度明顯加快。容積效率隨壓力的增加而下降的特性就是軟特性，如圖3-2所示。100硬特性區(qū)60II軟I;特性0I:I區(qū)、0pkpmax圖3-2螺桿泵排量特性的硬特性和軟特性“擊穿”壓力Pk和最大工作壓力Pmax的大小取決于泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，工作參數(shù)和工況環(huán)境。而對于排量特性曲線，只要確定Pk和pmax,就可以確定螺桿泵的排量特性。螺桿泵的單級承壓能力pik

13、可表示為結(jié)構(gòu)參數(shù)，工作參數(shù)及工況環(huán)境等影響因素的函數(shù)，對模擬試驗的數(shù)據(jù)進行分析，不同規(guī)格的螺桿泵可用以下公式模擬(3-15),8pikkn螺桿泵排量特性曲線V- p可用以下公式模擬V 1 p ( ppk )pkV 10.015( ppk)a( ppk)(3-16)當V 0時，可確定pmax,即pmaxpk a 0.015(3-17)式中，Z為泵的級數(shù)；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；為介質(zhì)動力粘度，mPas；為定轉(zhuǎn)子間初始過盈量，mmt為工況溫度，C；k、a為與泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，取值見表3-2;為與定子橡膠物性有關(guān)的常數(shù)，對于橡膠具值為0.05。表3-2k、a、km的取值

14、泉型GLB120GLB500GLB800k1akm(2)負載特性曲線螺桿泵的負載特性表現(xiàn)出與工作壓力具有很好的線性關(guān)系。液壓力作用下的轉(zhuǎn)子扭矩不受工作參數(shù)、工況環(huán)境的影響， 而定轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩對定轉(zhuǎn)子間的過盈、工作轉(zhuǎn)速較為敏感由試驗數(shù)據(jù)整理分析，轉(zhuǎn)子負擔扭矩可用如下經(jīng)驗公式模擬Tr4eDT-3.0.63 0.23-,p 10 km n Z(3-18)式中,Tr為轉(zhuǎn)子負載扭矩，N m；為轉(zhuǎn)子偏心距，mm為轉(zhuǎn)子截面直徑，mm為轉(zhuǎn)子導(dǎo)程，mmp為工作壓力，MPakm為結(jié)構(gòu)參數(shù)，取值見表3-2。(3)效率曲線螺桿泵的效率曲線定義為有功功率與轉(zhuǎn)

15、子輸入功率的比值:4eDTTr(3-19)螺桿泵特性曲線的主要應(yīng)用是計算出螺桿泵的工作參數(shù)，然后繪制其在典型的螺桿泵性能曲線圖中的工作點，確定該點在螺桿泵特性曲線中的位置。一般的，將整個螺桿泵特性曲線分為最佳工作區(qū)域、一般工作區(qū)域和惡劣工作區(qū)域三個大的區(qū)域。在泵效最高點附近（一般取最高效率點的80%）處劃兩條豎線，兩條豎線中間的區(qū)域為最佳工作區(qū)域、最佳工作區(qū)左邊的是一般工作區(qū)域，最佳工作區(qū)右邊的是惡劣工作區(qū)域。在整個生產(chǎn)過程中，螺桿泵的工作點應(yīng)保持在的最佳工作區(qū)域內(nèi)。典型的螺桿泵性能曲線及其分區(qū)如圖3-3所示。圖3-3典型螺桿泵性能曲線當螺桿泵井采油系統(tǒng)正常工作時，光桿軸向力和光桿扭矩在穩(wěn)定時

16、，為平穩(wěn)直線，且處于正常工況界限以內(nèi)；而當其出現(xiàn)各種故障情況時，光桿軸向力和光桿扭矩對應(yīng)的曲線則會出現(xiàn)不同程度的波動，所處范圍也將不在正常范圍之內(nèi)。據(jù)此即可對螺桿泵井采油系統(tǒng)的工況類型進行有效的分析研究。根據(jù)長期試驗和現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗統(tǒng)計，將螺桿泵井采油系統(tǒng)正常工作壓差設(shè)定在最大揚程值的30%處的壓力與容積效率為65%處的F為對應(yīng)的光桿軸向力和扭矩壓力點之間，并據(jù)此推算出正常工況對用的光桿軸向力和光桿扭矩的范圍分別在Po.3之間和Po.65之間，其中、為對應(yīng)的光桿軸向力和扭矩，而并根據(jù)螺桿泵系統(tǒng)在螺桿泵特性曲線中所處的區(qū)間，將其劃分為：正常、桿斷、結(jié)蠟或定子溶脹、參數(shù)偏大、參數(shù)偏小五個部分。如圖3

17、-4所示。下圖為螺桿泵井的光桿扭矩和軸向力分析：Pmax為最大揚程P0.65為容積效率為65%寸的壓力Po.3為最大揚程的30%寸的壓力M max為最大揚程下的扭矩M 0.65 為泵工作壓力為P0.65 時的扭矩M 0.3為泵工作壓力為Po.3時的扭矩M1為初始扭矩3.3常見的螺桿泵故障類型根據(jù)多年的生產(chǎn)事件，對螺桿泵井常見的工況類型進行了整理劃分，工況類型總體分為正常和故障兩種，而又因為其發(fā)生的部位不同，從而可以將故障分為以下七種：(1)螺桿泵定子溶脹在螺桿泵應(yīng)用實踐中發(fā)現(xiàn)，同樣的舉升高度條件下，螺桿泵現(xiàn)場應(yīng)用的容積效率比室內(nèi)檢測的容積效率低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，造成這種情況的主要原因是螺桿泵下井后

18、在高溫，高壓油氣條件下定子橡膠溶脹使空腔變小。我們可以通過對定子橡膠溶脹值實驗，計算，找出其影響規(guī)律，制定相應(yīng)的技術(shù)對策以提高泵的容積效率，更好的發(fā)揮螺桿泵高效節(jié)能優(yōu)勢，為油田生產(chǎn)服務(wù)。螺桿泵容積效率是實際空腔體積與設(shè)計空腔體積之比的百分數(shù)。在油井高溫，高壓條件下，原油或其中的某些化學(xué)物質(zhì)通常會滲透到螺桿泵定子橡膠內(nèi)部，使橡膠膨脹，體積增大，增大部分占據(jù)了空腔體積，使實際儲存油液的空腔體積變小，導(dǎo)致容積效率降低。如圖3-4所示。圖3-4 單螺桿泵定子橫截面圖溶脹前的設(shè)計空腔溶脹后的實際空腔橡膠溶脹面積及溶脹率的計算公式為：2S8E2r2(3-1)8E+2r2W=一22100%(3-2)R28E

19、rR2式中S橡膠溶脹面積；橡膠溶脹率;定子偏心距;定子導(dǎo)程;轉(zhuǎn)子半徑;定子外殼內(nèi)徑;溶脹厚度。根據(jù)螺桿泵的基本原理，定子在一個導(dǎo)程T內(nèi)與轉(zhuǎn)子形成一個完整的腔室，體積為:V (8Err2)(3-3)橡膠溶脹體積為:V = (8E +22)T(3-4)則泵的容積效率損失為:8E +2 r8Er+ r2100%(3-5)例如對于GLB120-7螺桿泵，E=5mm;r=19mm；R=38mm。通過室內(nèi)實驗得出橡膠溶脹率為3%-5%,即可以計算出橡膠溶脹厚度=1.63-2.72mm；因溶脹而造成泵的容積效率損失為15.93%-26.55%(2)油管漏失2007年，葡北采油工業(yè)區(qū)檢泵共計40井次，其中由于

20、油管漏失而檢泵為9井次，占檢泵比例的22.5%,與抽油桿斷脫并列檢泵原因之首。根據(jù)對生產(chǎn)造成的影響大小，可分為:.輕微漏失，油管漏失量很小，單位變化不大，一般可以繼續(xù)生產(chǎn);.一般漏失，油管漏失量泵的排量，反應(yīng)在生產(chǎn)上為井口取樣困難，單量減產(chǎn);.嚴重漏失，油管漏失量泵的排量，反映在生產(chǎn)上為井口取樣及單量不出；廣義坐標有限元分析的一般步驟。一般情況下，先是發(fā)現(xiàn)一口井產(chǎn)液量減少或不出，然后經(jīng)一步步的診斷分析排除，最后確定是否油管漏失故障。造成油管漏失的原因主要有以下幾條：.油管鋼材質(zhì)量：由油管的加工制造過程，適用時間，保養(yǎng)管理等決定；.井下作業(yè)施工質(zhì)量：作業(yè)隊伍的施工水平，責任心等；.抽油桿偏磨：油

21、井完鉆質(zhì)量水平，抽油桿防偏磨措施工藝水平；.化學(xué)腐蝕：在含水井中，由于地層水礦化度高，腐蝕性強，往往在油管連接部位最易造成腐蝕損壞。由于油管漏失后往往造成油井停產(chǎn)，過多的檢泵使得作業(yè)成本負擔加大，因此在生產(chǎn)中，根據(jù)造成油管漏失的各方面因素，采取必要的措施加以預(yù)防。而一旦發(fā)現(xiàn)油管漏失，必須檢泵排除故障恢復(fù)油井的產(chǎn)能。(3)供液不足故障表現(xiàn)為油壓逐漸降低，排量逐漸降低，電流逐漸降低，井口整壓，油壓上升緩慢，停機觀察，油壓不降；供液嚴重不足時，井口不出液，出油口只往外排氣，井口整壓，油壓不升，待液面恢復(fù)后，可抽出一定的液量，之后井口又不出液。對供液不足若發(fā)現(xiàn)不及時，將發(fā)生泵空抽，泵空抽時間過長將導(dǎo)致

22、桿脫，桿斷或定子失效，后果非常嚴重。(4)產(chǎn)能過剩當油井產(chǎn)能過剩時，表現(xiàn)為油井的動液面很高，甚至有些到達井口，地層壓力高，滲入井內(nèi)的液體量大，泵排量小，具體表現(xiàn)為泵效較高，個別甚至大于100%，地面驅(qū)動部分電流明顯偏低。(5)泵漏失泵漏失故障表現(xiàn)為：泵效逐漸下降，動液面上升，電流逐漸下降，扭矩值低于正常范圍，軸向力低于正常范圍，但仍大于桿柱在采出液中的重量，油套壓在一定程度上連通。引起泵漏失的主要原因是：泵長期工作，定子與轉(zhuǎn)子磨損導(dǎo)致泵漏失，影響泵漏失的因素歸根結(jié)底是由于泵的密封性故障，其主要體現(xiàn)在質(zhì)合金腐蝕，碳化硅腐蝕，石墨環(huán)腐蝕，。型密封圈的腐蝕，金屬環(huán)腐蝕，熱損失效和摩擦失效。施工作業(yè)時

23、，必須嚴格檢查泵和管住的絲扣有無損傷。在抽油桿上安裝扶正器，減少在生產(chǎn)過程中抽油桿與油管的摩擦。(6)抽油桿斷脫抽油桿斷脫造成的井下作業(yè)工作量在油田開發(fā)后期占相當大的比重，作業(yè)成本逐年上升，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。加大技術(shù)投入和強化過程管理，減少抽油桿斷脫，已成為提高井下作業(yè)質(zhì)量的必由之路。抽油桿柱由于長期受交變載荷和油、氣、水以及腐蝕介質(zhì)的共同作用，再加之定向井的偏磨，使其成為機械采油中可靠性最低的設(shè)備，很容易發(fā)生斷脫。導(dǎo)致抽油桿柱斷脫的原因是多方面的，影響因素也錯綜復(fù)雜，主要應(yīng)從以下三個方面進行剖析。(一)疲勞破壞.抽油桿工作條件。抽油桿在工作過程中，承受不對稱循環(huán)載荷的作用，上部光桿承受

24、的載荷包括：抽油桿柱的載荷，液柱載荷，抽油桿柱、油管柱和液柱的慣性載荷，抽油桿柱在運動中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的彈性引起的振動載荷，由液擊引起的沖擊載荷，由井斜變化、螺紋不同心、懸繩器擺動等因素造成的扭力等七種力。而抽油桿柱承受的載荷隨深度有所變化，如抽油桿柱載荷越往下越小，加上下部抽油桿柱所承受的上頂力的作用，在中和點以下抽油桿柱由承受張應(yīng)力變成壓應(yīng)力，迫使抽油桿彎曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油桿工作條件更加惡劣。因此，抽油桿柱承受的不是簡單的不對稱循環(huán)載荷，而實際上中和點以下的抽油桿承受的是不對稱拉壓循環(huán)載荷，加上抽油桿柱本身未加工面積達85%以上，不可避免地會有疲勞源存在，

25、從而產(chǎn)生疲勞斷裂。.抽油桿強度分析?，F(xiàn)代抽油桿強度計算都采用了無限壽命疲勞設(shè)計，即把抽油桿的許用應(yīng)力控制在疲勞極限以下，以保證抽油桿工作循環(huán)次數(shù)大于107次，一般應(yīng)用最大拉應(yīng)力與許用應(yīng)力比較來校核強度。（二）抽油桿機械磨損.直井下沖程抽油桿底部受壓彎曲致使桿管偏磨。.井斜引起的機械磨損。由于井斜，使油管產(chǎn)生彎曲，在抽油井生產(chǎn)時，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力W產(chǎn)生了一個水平分立Fx。在水平分力Fx的作用下，油管和抽油桿相互接觸產(chǎn)生摩擦上沖程時，使抽油桿與油管內(nèi)壁的一側(cè)產(chǎn)生磨損，下沖程時，抽油桿彎曲與油管內(nèi)壁的另一側(cè)面產(chǎn)生磨損。（三）抽油桿腐蝕破壞絕大多數(shù)油井，在開發(fā)中后期產(chǎn)出液都會含水，而產(chǎn)出水

26、中又含有各種腐蝕介質(zhì)，如CO；、HCO3、SO4,腐蝕性微生物等，伴生氣中也會有CO2、H2s等腐蝕氣體，由于存在這些腐蝕介質(zhì)，加上抽油桿承受的是不對稱循環(huán)載荷，所以腐蝕損壞便成為油桿斷裂的又一主要原因。（7）油井結(jié)蠟螺桿泵抽汲的流體主要是油、氣、水，其中原油是由各種碳氫化合物組成的多組分混合物溶液，各種組分的碳氫化合物的相態(tài)隨油井壓力、溫度的變化而變化。原油中碳原子數(shù)16到64的燒燒固態(tài)物質(zhì)為石蠟，具熔點在49c60c之間。一般在油層條件下，原油中所含的蠟都處于溶解狀態(tài)，但由于石蠟在油中的溶解度隨溫度的降低而降低，因此流體在舉升過程中，隨著溫度的逐漸降低，石蠟不斷析出，其結(jié)晶便長大聚集和沉積

27、在管壁的一定位置上，即出現(xiàn)所謂的結(jié)蠟現(xiàn)象。原油中含蠟量越多，結(jié)蠟越嚴重。井口、地面管線的結(jié)蠟，導(dǎo)致井口回壓增大，造成螺桿泵實際壓頭增大。預(yù)防油井結(jié)蠟，是保證螺桿泵采油井長期正常運轉(zhuǎn)的主要途徑之一。因此螺桿泵采油井必須實施消防蠟解堵工藝技術(shù)。第四章實例分析螺桿泵是一種新型的采油舉升設(shè)備，具有其它抽油設(shè)備所不能替代的優(yōu)越性。如適用于稠油、含砂、高含氣井的開采，體積小、安裝方便、無污染、能耗低，特別是稠油區(qū)塊、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)采出液舉升方面，螺桿泵舉升顯示出了良好的適應(yīng)性，有效地延長了稠油區(qū)塊、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)舉升設(shè)備的檢泵周期。螺桿泵舉升聚驅(qū)粘稠油液大慶油田已投入工業(yè)化聚合物驅(qū)區(qū)塊共14個

28、，總井數(shù)2368口。由于采出井的逐漸見聚，原來的潛油電泵、抽油機表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性。潛油電泵在聚驅(qū)的不適應(yīng)性具體表現(xiàn)在：1)自井液中見聚合物后，隨采出液中聚合物濃度的升高，機組產(chǎn)液量和排量效率下降較大。如PT5井，在1990年11月見聚合物的初期，日產(chǎn)液310m3/d，排量效率為155，1991年10月，當聚合物濃度為938mg/L時，日產(chǎn)液135m3/d，排量效率為67.5。2)隨著采出液中聚合物濃度的升高，與水驅(qū)相比，采出等量的油、水混合液時電泵機組負荷增大。抽油泵在舉升聚合物產(chǎn)出液時的不適應(yīng)性表現(xiàn)在：在舉升高度一定的條件下，抽油機的懸點最大載荷、電機輸入功率、噸液百米耗電量升高。采出井

29、見聚后抽油泵柱塞下行阻力增大。室內(nèi)實驗表明，對于(|)70mn的II級柱塞泵，當見聚濃度由0上升為50mg/L時，柱塞下行阻力由760N上升至913N,增加了20%;見聚濃度上升至500mg/L時，下行阻力增加至1189N,增加了56%。該阻力將使得抽油桿在油管內(nèi)產(chǎn)生螺旋彎曲，桿管偏磨造成管漏和桿斷。據(jù)統(tǒng)計在檢泵作業(yè)中，因偏磨而檢泵的井占總檢泵井的28.72。為解決聚驅(qū)采出液舉升問題，開展了螺桿泵舉升試驗。先期試驗的20口井螺桿泵在舉升聚合物驅(qū)產(chǎn)出液方面表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性，表現(xiàn)為：泵效高、節(jié)能效果明顯，其檢泵周期與抽油機井相當。截至2004年11月，大慶油田聚驅(qū)在用螺桿泵井513口，檢泵周期

30、441天，螺桿泵適合聚合物驅(qū)產(chǎn)出液的舉升。螺桿泵舉升三元復(fù)合液三元復(fù)合驅(qū)（堿、表面活性劑、聚合物）是大慶油田進入高含水后期繼聚合物驅(qū)后剩余油挖潛的又一項三次采油技術(shù)。三元復(fù)合體系注入地下后，其中的堿與巖石礦物發(fā)生反應(yīng)，打破了原來地層中流體與巖石礦物間的物理化學(xué)平衡，導(dǎo)致巖石中不同礦物的溶解，產(chǎn)生新的沉淀物粘附在抽油設(shè)備上，導(dǎo)致井下抽油設(shè)備結(jié)垢，頻繁發(fā)生卡泵故障。抽油機井的平均檢泵周期不到1個月，電泵檢泵周期不足2個月，嚴重影響油井正常生產(chǎn)。北一斷西的三元復(fù)合驅(qū)采出井北1-6-P34井的電潛泵運行7天，葉輪結(jié)垢嚴重將流道堵塞，于2000年8月17日下入由采油工程研究院攻關(guān)改進后的螺桿泵，日產(chǎn)液由

31、潛油電泵生產(chǎn)時的40t提高到螺桿泵生產(chǎn)時的129t,平均泵效65.0%以上，沉沒度由600m下降到300m螺桿泵連續(xù)生產(chǎn)805天。又如三元復(fù)合驅(qū)采出井杏2-2-試1井因柱塞泵結(jié)垢卡泵于1998年6月?lián)Q為螺桿泵，檢泵周期由28天延長到303天。通過對三元復(fù)合驅(qū)舉開方式的適應(yīng)性評價及現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：螺桿泵抗垢性能優(yōu)于抽油機、電泵兩種舉開方式。表4-1三元復(fù)合驅(qū)5口采出井下螺桿泵前生產(chǎn)數(shù)據(jù)井號泉型產(chǎn)液（t/d）泵效（%動液向（m）檢泵周期（d）北1-6-P34QYD200t泵6533.705070北1-7-P127QYD200t泵12563.606960北1-7-P126a。柱塞泵15286.90

32、24250北1-5-P37a。柱塞泵5965.3042090北1-丁6-P12670柱塞泵13089.90155135平均10667.9018781表4-2三元復(fù)合驅(qū)螺桿泵生產(chǎn)數(shù)據(jù)表井號泉型產(chǎn)液（t/d）泵效（為動液向（R）累運轉(zhuǎn)天數(shù)（d）北1-6-P34GLB800-1418078.30600805北1-7-P127GLB800-1417375.20540431北1-7-P126GLB800-1417475.70656353南4-11-649GLB500-147064.80708550南4-20-649GLB280-203177.50696611南4-10-649GLB280-202175.

33、00895607北1-5-P37GLB500-147688.00541469北1-丁6-P126GLB800-1413075.10160367平均10776.20600524螺桿泵舉升稠油大慶油田于1999-2001年，在大慶杏一三區(qū)乙塊采用72口井螺桿泵舉升。平均產(chǎn)液12.8m3/d,產(chǎn)油2.9m3/d，降低舉開工藝一次投入，降低能耗，解決大慶油田三次加密稠油區(qū)塊（平均原油粘度50mPa.s）單井產(chǎn)液量低的舉升問題，經(jīng)濟效益可觀。遼河油田通過多年的應(yīng)用研究和實踐，在螺桿泵用于稠油舉升方面取得了豐富的經(jīng)驗。以海外河油田為例，2000年以來通過螺桿泵應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，確定合理的工作參數(shù)，用螺桿泵冷采

34、26口井，平均檢泵周期達1年。使螺桿泵在稠油開采方面取得了良好的應(yīng)用效果，投入產(chǎn)出比達到1:11.2。華北油田澤70斷塊稠油井中共應(yīng)用螺桿泵35口井，平均下泵深度1423m最大下泵深度1900ml井下加化學(xué)降粘劑降低螺桿泵載荷等八項配套工藝技術(shù)，提高了螺桿泵的開采效果，平均泵效達到80%平均檢泵周期594天。螺桿泵用于含砂稠油舉升阿拉新區(qū)塊油藏埋深686.2809.0m。粘度為73441.8mPa.s,凝固點3540C,膠質(zhì)含量2233.1%,含蠟量24.931.8%,原油含砂1.67%,粒徑0.25mm以下。杜1-3并于2003年6月19日下入螺桿泵。從目前的生產(chǎn)運行狀況分析，該泵運行良好，

35、能夠適應(yīng)這種含砂稠油的舉開。在此成功試驗的基礎(chǔ)上，阿拉新油田含砂稠油區(qū)又實施了5口井螺桿泵采油，均取得成功。表4-3杜I-3井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表井號投產(chǎn)時間泉型產(chǎn)液(t/d)含水(%泵效(%液面(mD運轉(zhuǎn)天數(shù)杜I-32003.6.2275-2061755230283吉林套保油田在用91口井主要采用進口螺桿泵(加拿大)稠油冷采，出砂嚴重的井投產(chǎn)前1個月出砂高達40%后期出砂3-5%。平均泵掛350米，平均泵效31%,進口螺桿泵平均使用時間為298天，進口螺桿泵最長使用時間930天。國產(chǎn)泵使用壽命為97天。翼東油田2002年以來主要是在稠油出砂區(qū)塊應(yīng)用螺桿泵提液，解決了高104-5區(qū)塊稠油井出砂影響生產(chǎn)的

36、問題，提高了油田的經(jīng)濟效益，總體效果顯著。該區(qū)塊共應(yīng)用37口井，平均檢泵周期達1年。本章小結(jié)由以上所列出的各油田實例，充分說明了螺桿泵較抽油機、電泵更適合聚驅(qū)稠油、三元復(fù)合驅(qū)、水驅(qū)稠油、含砂稠油井的舉開，具低能耗，高泵效的優(yōu)點在生產(chǎn)實踐中得到了證實，也證明了螺桿泵在未來很長一段時間內(nèi)作為各油田主要舉開方式的地位牢不可破。事實證明，螺桿泵彌補了抽油機，電泵舉開技術(shù)本身不適應(yīng)的工況條件，其適應(yīng)性和應(yīng)用效果明顯。第五章結(jié)論與建議螺桿泵制造和使用成本低廉，適應(yīng)高粘度、高含砂油井，可以舉升含砂大的稠油。但其舉升高度有限，一般在10001200m,最大不超過1500ml而且螺桿泵存在嚴重的油管蠕動及管桿偏

37、磨。定子在井下惡劣環(huán)境下易老化磨損，致使泵失效。雖然螺桿泵的弊端顯而易見，但其制造和使用成本低廉，非常實用于稠油出砂井的優(yōu)點是主要的，因此螺桿泵采油技術(shù)仍是一種行之有效地人工采輸手段。然而螺桿泵也存在著一些未完善的缺陷，主要存在的問題：第一，螺桿泵定子橡膠的個性化設(shè)計技術(shù)尚不成熟，螺桿泵定子橡膠是螺桿泵采油系統(tǒng)的易損部件。影響其使用壽命的因素較多，可以說，目前國內(nèi)在提高其使用壽命方面的研究還很欠缺，所以針對復(fù)雜的井況和油品，還沒有形成一套適用的定子橡膠個性化設(shè)計技術(shù)和選擇標準。正因為如此，國內(nèi)定子橡膠的配方比較單一，一個制造廠家只有一兩種配方，所以才會出現(xiàn)一個廠家的產(chǎn)品在某一油田還可以，而在另

38、一個油田就不適應(yīng)，甚至在同一油田的不同油井，適應(yīng)性相差也很大的問題；第二，螺桿泵采油井的井下測試技術(shù)尚不配套，雖然對螺桿泵井的井下壓力測試工藝進行攻關(guān)與試驗，但井下產(chǎn)出剖面測試和分層測試工藝還沒有定型，螺桿泵采油井的井下測試技術(shù)尚不配套；第三，缺乏成熟的適應(yīng)特殊井況的螺桿泵采油技術(shù)，對于特殊井況，如高礦化度油井、三元復(fù)合驅(qū)結(jié)垢嚴重的采出井、蒸氣吞吐的高溫采出井以及水平井等，螺桿泵采油也是比較理想的舉升方式。但目前國內(nèi)還在探索和試驗階段，尚未形成成熟的技術(shù)；第四，螺桿泵采油配套標準不完善或缺乏，螺桿泵采油做為一項成熟的技術(shù)，其相應(yīng)的配套標準也應(yīng)該建立起來。如螺桿泵采油及其配套技術(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量標準，

39、螺桿泵井的施工作業(yè)、生產(chǎn)管理和測試標準，螺桿泵井的設(shè)計標準等。除此之外，我們還應(yīng)該完善螺桿泵采油的幾項技術(shù)問題：1.螺桿泵定子橡膠評價技術(shù)及新配方的完善與開發(fā)。2.特殊井螺桿泵采油技術(shù)。3.螺桿泵及其采油井優(yōu)化技術(shù)。4.螺桿泵井智能控制技術(shù)。參考文獻James.M.Ravard.TheProgressingCavityPumpHandbook,PennwellPub.,1995Mills.R.A.R.ProgressingCavityOilWellPumps-Past,PresentandFutureJ.JouralofCanadianPetroleumTechnology.1994,33(0

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