螺桿泵失效原因分析及預防對策

摘要:介紹了井下螺桿泵定子最常見的幾種失效形式，并給出了相應的解決辦法。

關鍵詞:螺桿泵失效原因分析對策

中圖分類號:TE933文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0076-01

1 引言

據美刊《WorldOi l 》報道， 在相同工況條件下，螺桿泵、電動潛油離心泵和抽油機有桿泵的機械效率分別為63.4%、52.4%和50.4%，地面驅動螺桿泵在開采含砂流體和舉升稠油方面有比其他采油方式無法比擬的優勢，因此地面驅動螺桿泵采油舉升工藝在油田的應用越來越多，隨著其應用數量的增多，其出現的故障問題的數量也越來越多，因此對螺桿泵井的各種失效原因進行分析，采取有針對性的措施，有助于延長螺桿泵井的使用壽命。

2 螺桿泵失效原因分析

2.1 抽油桿失效原因分析

（1）桿柱斷裂:桿柱斷裂的主要原因有:①抽油桿桿體外徑選擇偏小，一是因為泵桿不匹配，即泵型較大，工作扭矩較大，造成桿體剪應力較大;二是因為泵掛太深，舉升高度過高，造成桿體 拉應力增大。②桿體在制造或使用過程產生缺陷。③卡泵或堵塞，造成扭矩過大扭斷桿體。

（2）桿柱脫扣:①慣性力作用:螺桿泵生產時，桿柱存儲一定量的彈性變形能量，停機時，桿體釋放彈性變形能量，會造成桿高速反轉。②液壓力作用:對于一些產液能力較強并有一定自噴能力的螺桿泵井，停機后，泵壓高于回壓，從而驅動轉子轉動實現自噴生產。③施工作業:在施工作業過程中，如果桿柱 聯接螺紋上扣扭矩不足，很容易使上部桿柱脫扣。在維護工作中，如果不注意電動機三相電的相序，也會出現電動機反轉，致使桿柱反轉的誤操作，必然會使桿柱脫扣。

（3）滑扣:滑扣是抽油桿螺紋被剪斷而失效的現象，螺桿泵井抽油桿螺紋牙總體表現為受剪切，即承受桿柱的拉力P，又承受載荷扭矩M。如螺紋配合精度下降，間隙過大，螺紋圈數t會減小，螺紋牙的抗剪能力就會下降，一旦載荷扭矩過大，將會造成螺紋牙的載荷增加，從而使螺紋剪斷，造成擼扣。

3 油管失效原因分析

3.1 偏磨管漏

（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。（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。（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。

3.2 油管脫扣

造成油管脫扣的原因主要有兩個方面，一是螺桿泵井采用的支撐卡瓦座封負荷小時，由于轉子在定子內正向旋轉完成液體的抽汲的同時，轉子與定子的相對旋轉產生較大的正向扭矩，此扭矩相對油管來說起卸扣作用，在螺桿泵的帶動下，當支撐卡瓦總成中心管與總成外殼之間發生相對轉動，使油管轉動倒扣，嚴重時甚至使油管脫扣落井;二是在維護作業過程中，油管螺紋扭矩達不到標準扭矩時，也易造成油管脫扣。

4 螺桿泵定子失效原因分析

4.1 磨 損

造成螺桿泵定子磨損的原因主要有定轉子之間摩擦產生的磨損和采出液中磨粒對定子的磨損。采出液中含砂也會對定子產生磨損，這種磨損主要與砂粒大小、泵的轉速和級數、砂粒的含量、砂粒的硬度及砂粒通過泵的速度有關。

4.2 燒泵

螺桿泵定子橡膠被高溫燒毀失去承載能力即為燒泵。造成燒泵的主要原因是泵的沉沒度太低，螺桿泵井的泵效與供液能力有直接關系，沒度過低，泵效下降，甚至導致泵干抽。這時進入泵內的采出液減少，定轉子之間得不到很好的潤滑，產生大量的熱，而少量的采出液又無法及時地將熱量帶走，使泵內產生高溫，將定子橡膠燒毀。

4.3 定子撕裂

定子橡膠局部發生撕裂，定子的形狀受到破壞，使泵過早失效。造成井下螺桿泵定子撕裂的原因主要有橡膠的滯后作用、氣浸和橡膠分層。氣浸是由特定氣體組分和特殊橡膠的滲透率一起引起的，在合適的環境下，氣體能夠滲透到橡膠的基體里面。

4.4 脫膠

粘合劑和套筒之間失效或者粘合劑與橡膠之間失效將引起膠結失效。膠結失效多數是因為注膠過程中產生的生產缺陷，但是也有例子證明，橡膠的損壞也會影響膠結。

5 預防措施

5.1 合理選配桿柱規格和轉速

根據泵型及井況分析計算桿柱的受力，用第四強度理論校核桿柱的強度并選配桿柱，從而避免了載荷較大、桿柱承載能力不足而發生斷桿和擼扣。螺桿泵轉速越高，理論排量越大，在供液能力充足的情況下，泵效就越高。但轉速不宜過快，因此，選擇泵的適當轉速是很必要的。

5.2 加強現場施工管理

加強現場施工管理工作，一方面是保證施工質量、嚴格執行施工作業標準，基本可杜絕轉子下泵造成桿柱脫扣以及螺紋質量不合格造成擼扣的現象;另一方面是及時掌握油井生產動態，及時采取清蠟、解堵等措施，從而有效控制桿柱工作載荷非正常增大，避免過載現象的發生。嚴格執行操作規程也可杜絕誤操作，以避免人為因素造成斷脫現象的發生。

5.3 采用插接式抽油桿

普通抽油桿用于防反轉裝置不僅螺紋的受力狀態差，而且還存在脫扣、擼扣及檢泵起桿卸扣困難的隱患。因此，為改善桿柱螺紋的受力狀況，可采用插接式螺桿泵抽油桿的接頭

5.4 設置過載保護系統

在電控箱上配備過電流和過功率保護器可以實現過載保護，也可以在驅動裝置上安裝機械式過扭矩保護器實現過載保護。

5.5 桿柱扶正

下入抽油桿接箍扶正器對抽油桿進行扶正:在抽油桿運動狀態分析中得知，抽油桿在傳送扭矩的同時，還會發生側向位移，與油管內壁發生不可避免的間歇性和連續性摩擦。為了防止抽油桿與油管內壁偏磨，要求對抽油桿柱進行扶正。

5.6 螺桿泵變頻調速裝置的引進

目前，大多數螺桿泵的最低轉速是60r／min。對于轉速已調至最低但沉沒度仍小于150m的螺桿泵井，采用變頻調速裝置 可以使最低轉速降低到40r／min左右，既起到了防燒泵的作用，又降低了桿柱斷脫的幾率。

6 結語

本文分析了井下螺桿泵定子最常見的幾種失效形式，并給出了相應的解決辦法，這對優化螺桿泵設計，延長螺桿泵壽命，促進螺桿泵在各油田的推廣具有重要的指導意義。但是，螺桿泵定子的失效形式和失效原因很多，不同的油田具有不同的特點，而且螺桿泵定子的失效還可能是多種原因共同作用，形成多種失效形式共存的現象，所以具體問題還要具體分析。

參考文獻

[1]董賢勇．螺桿泵故障診斷及處理淺析[J]．石油礦場機械，2004，33(4)．

[2]向明光．地面驅動雙頭單螺桿泵的應用與效果分析[J].2004(02)．

[3]黃有泉．大慶油田螺桿泵采油技術新進展[J].2003(11)．

[4]楊兆春．周海．單螺桿泵襯套磨損分析[J].1999(7)．