淺析螺桿泵工況診斷方法

任恒飛

【摘 要】本文主要闡述了油田采油系統螺桿泵工況診斷方面的內容，系統的分析了螺桿泵采油系統的工況及診斷方法，并提出需要改進的未完善之處。

【關 鍵 詞】螺桿泵、采田、工況、診斷

【中圖分類號】 F407.4【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0224-01

前言

隨著螺桿泵在采油系統的應用規模不斷擴大，因螺桿泵產生的故障問題也越來越多地暴露在我們面前，其中最主要的幾種故障是：抽油管斷脫，油管漏失，油管結蠟，螺桿泵漏失，轉子磨損，定子橡膠溶脹，卡泵等。螺桿泵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。

一、憋壓診斷法

憋壓法診斷技術是利用憋壓曲線來對螺桿泵采油系統的各種工況進行定性解釋的。螺桿泵井采油系統的憋壓分析是以關井后油壓與時間的關系曲線為主要依據的定性分析方法。常用的三種憋壓手段包括：

1）開機憋壓（常規憋壓）：是指油井在正常生產時，通過關閉生產閘門來提高油壓的憋壓方法。

2）關機憋壓（高壓憋壓）： 是指油井在停止生產時，通過關閉生產閘門來提高油壓的憋壓方法。關機憋壓通常是在油井經歷了開機憋壓處理，油壓已經達到一定值后進行的后續憋壓處理， 是一種在相對高壓下進行憋壓的方法。

3）停機憋壓：是指在將正常生產的螺桿泵停轉的同時關閉生產閘門進行憋壓的方法。

現場試驗時，首先需要在螺桿泵運行狀態下，關閉回壓閘門，測取一條壓力與時間的關系曲線；然后，在停機狀態下，用相同方式再測取一條壓力與時間的關系曲線。最后，比較測得的兩條憋壓曲線的變化趨勢，分析兩條曲線中各種壓力的變化規律中反映出來的各種螺桿泵井采油系統的工作狀況信息。

憋壓診斷法可以有效的分析出系統的四種常見工況： 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勢在于其對所分析油井的各方面基礎數據沒有具體的要求，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。

二、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的工況。其中電流指標的類型根據其值的范圍主要分為：

接近電動機空載電流，工作特性是：（1）無排量，油套管不連通。（2）油管和套管連通，無排量或者排量較小。其故障形式依次為：（1）抽油桿柱斷脫，定子脫膠。（2）油管斷脫或油管嚴重漏失。

接近電動機正常電流，工作特性是：（1）排量較小，液面較淺。（2）排量較小，液面較深。其故障形式依次為：（1）油管漏失，定子嚴重磨損、漏失。（2）供液不足，含氣量大。

明顯高于電機正常運轉電流，工作特性是：（1）排量降低，油壓顯著增高。（2）投產初期排量正常。（3）排量正常。（4）排量較小，油壓正常。其故障形式依次為：（1）輸油管線堵塞。（2）定子橡膠膨脹，過盈量增大。（3）抽油桿柱與油管內壁摩擦。（4）嚴重結蠟。

周期性波動電流，工作特性是：脈動性產液。其故障形式為：轉子不連續轉動，過盈量偏大。

可以根據這些電流指標來判斷驅動電動機的負載情況，進而了解井口設備所承受的井下部件重量的情況。但是僅僅用電流數據時無法準確判斷出系統的工況的。因此，電流法不能只關注于驅動電機的電流變化，它還需要和油井的排量、油壓、動液面等因素相結合，來共同判斷現實情況下螺桿泵采油系統的工作狀況。

三、螺桿泵井光桿受力診斷法

螺桿泵井工況診斷的任務是研究螺桿泵井下設備（井下泵、油管、抽油桿、配套工具等）在舉升介質過程中的工作特性的變化規律。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，根據油田實際情況，對螺桿泵井舉升系統模型作如下假設：（1）油井為垂直或傾斜方向，無彎曲形變；（2）油管內流體為氣液兩相流；（3）油管均為兩端錨定，無軸向形變；（4）抽油桿軸線與井筒軸線重合，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，定轉子過盈產生的初始扭矩、井下泵舉升井筒流體產生的有功扭矩和桿液摩擦扭矩。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、液體壓力作用在轉子上的軸向力。

當舉升系統出現異常時，扭矩和軸向力的幅值和曲線會發生不同程度的變化。根據這一特點，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診斷中的重要作用，可用螺桿泵井專用測試儀在現場進行應用。該儀器可實現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。

螺桿泵特性曲線的主要應用是計算出螺桿泵的工作參數，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域、一般工作區域和惡劣工作區域三個大的區域。在泵效最高點附近（一般取最高效率點的80%）處劃兩條豎線，兩條豎線中間的區域為最佳工作區域、最佳工作區左邊的是一般工作區域，最佳工作區右邊的是惡劣工作區域。在整個生產過程中， 螺桿泵的工作點應保持在的最佳工作區域內。典型的螺桿泵性能曲線及其分區如圖1所示。

當螺桿泵井采油系統正常工作時，光桿軸向力和光桿扭矩在穩定時，為平穩直線，且處于正常工況界限以內；而當其出現各種故障情況時，光桿軸向力和光桿扭矩對應的曲線則會出現不同程度的波動，所處范圍也將不在正常范圍之內。據此即可對螺桿泵井采油系統的工況類型進行有效的分析研究。根據長期試驗和現場生產經驗統計，將螺桿泵井采油系統正常工作壓差設定在最大揚程值的30%處的壓力與容積效率為65%處的壓力點之間，并據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之間和之間，其中、為對應的光桿軸向力和扭矩，而F為對應的光桿軸向力和扭矩。并根據螺桿泵系統在螺桿泵特性曲線中所處的區間，將其劃分為：正常、桿斷、結蠟或定子溶脹、參數偏大、參數偏小五個部分。

結束語

為了避免這種不必要的損失，我們必須找出有效地方法在不影響生產的前提下，對螺桿泵的工作狀況做出判斷，從而提高螺桿泵的工作可靠性，找出科學管理螺桿泵的方法。