螺桿泵常見的故障類型分析

章海鳴

【摘 要】隨著螺桿泵采油系統應用規模的不斷擴大，越來越多的故障問題也逐漸暴露在我們面前，其中最主要的幾種故障是：定子橡膠溶脹，油管漏失，抽油管斷脫，油管結蠟，螺桿泵漏失，轉子磨損，卡泵等。

【關鍵詞】螺桿泵、故障、油管、抽油

【中圖分類號】TE35【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0278-01

前言

造成螺桿泵采油系統出故障的原因有很多種，同一種故障也有可能是由不同的原因造成的，我們為了預防和發現這些潛在的威脅，必須按照常規的檢修周期對設備進行檢修，這不僅會消耗大量資金，而且若是不能及時發現，讓泵帶病運行，必然會加大設備的磨損，嚴重時甚至會造成停泵，使油田蒙受經濟損失。

根據多年的生產事件，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，而又因為其發生的部位不同，從而可以將故障分為以下七種。

一、螺桿泵定子橡膠溶脹

在螺桿泵應用實踐中發現，同樣的舉升高度條件下，螺桿泵現場應用的容積效率比室內檢測的容積效率低。經研究發現，造成這種情況的主要原因是螺桿泵下井后在高溫，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，找出其影響規律，制定相應的技術對策以提高泵的容積效率，更好的發揮螺桿泵高效節能優勢，為油田生產服務。

螺桿泵容積效率是實際空腔體積與設計空腔體積之比的百分數。在油井高溫，高壓條件下，原油或其中的某些化學物質通常會滲透到螺桿泵定子橡膠內部，使橡膠膨脹，體積增大，增大部分占據了空腔體積，使實際儲存油液的空腔體積變小，導致容積效率降低。

二、油管漏失

據統計由于油管漏失而檢泵占檢泵比例的22.5%，與抽油桿斷脫并列檢泵原因之首。根據對生產造成的影響大小，可分為以下幾種：

1）輕微漏失，油管漏失量很小，單位變化不大，一般可以繼續生產；

2）一般漏失，油管漏失量？泵的排量，反應在生產上為井口取樣困難，單量減產；

3）嚴重漏失，油管漏失量？泵的排量，反映在生產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，先是發現一口井產液量減少或不出，然后經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：

1）油管鋼材質量：由油管的加工制造過程，適用時間，保養管理等決定；

2）井下作業施工質量：作業隊伍的施工水平，責任心等；

3）抽油桿偏磨：油井完鉆質量水平，抽油桿防偏磨措施工藝水平；

4）化學腐蝕：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，過多的檢泵使得作業成本負擔加大，因此在生產中，根據造成油管漏失的各方面因素，采取必要的措施加以預防。而一旦發現油管漏失，必須檢泵排除故障恢復油井的產能。

三、供液不足

故障表現為油壓逐漸降低，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，待液面恢復后，可抽出一定的液量，之后井口又不出液。對供液不足若發現不及時，將發生泵空抽，泵空抽時間過長將導致桿脫，桿斷或定子失效，后果非常嚴重。

四、產能過剩

當油井產能過剩時，表現為油井的動液面很高，甚至有些到達井口，地層壓力高，滲入井內的液體量大，泵排量小，具體表現為泵效較高，個別甚至大于100%，地面驅動部分電流明顯偏低。

五、泵漏失

泵漏失故障表現為：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，定子與轉子磨損導致泵漏失，影響泵漏失的因素歸根結底是由于泵的密封性故障，其主要體現在質合金腐蝕，碳化硅腐蝕，石墨環腐蝕，O型密封圈的腐蝕，金屬環腐蝕，熱損失效和摩擦失效。施工作業時，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，減少在生產過程中抽油桿與油管的摩擦。

六、抽油桿斷脫

抽油桿斷脫造成的井下作業工作量在油田開發后期占相當大的比重，作業成本逐年上升，嚴重影響企業的經濟效益。加大技術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質量的必由之路。

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備，很容易發生斷脫。導致抽油桿柱斷脫的原因是多方面的，影響因素也錯綜復雜，主要應從以下三個方面進行剖析。

（一） 疲勞破壞

1）抽拉桿工作條件：抽油桿在工作過程中，承受不對稱循環載荷的作用，上部光桿承受的載荷包括：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力變成壓應力，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，從而產生疲勞斷裂。

2）抽油桿強度分析：現代抽油桿強度計算都采用了無限壽命疲勞設計，即把抽油桿的許用應力控制在疲勞極限以下，以保證抽油桿工作循環次數大于次，一般應用最大拉應力與許用應力比較來校核強度。

（二）抽油桿機械磨損

1）直井下沖程抽油桿底部受壓彎曲致使桿管偏磨。

2）井斜引起的機械磨損。由于井斜，使油管產生彎曲，在抽油井生產時，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力W產生了一個水平分立xF。在水平分力xF的作用下，油管和抽油桿相互接觸產生摩擦上沖程時，使抽油桿與油管內壁的一側產生磨損，下沖程時，抽油桿彎曲與油管內壁的另一側面產生磨損。

（三）抽油桿腐蝕破壞

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隨油井壓力、溫度的變化而變化。原油中碳原子數16到64的烷烴固態物質為石蠟，其熔點在49℃到60℃之間。在油層條件下，原油中所含的蠟都處于溶解狀態，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，其結晶便長大聚集和沉積在管壁的一定位置上，即出現所謂的結蠟現象。原油中含蠟量越多，結蠟越嚴重。井口、地面管線的結蠟，導致井口回壓增大，造成螺桿泵實際壓頭增大。預防油井結蠟，是保證螺桿泵采油井長期正常運轉的主要途徑之一。因此螺桿泵采油井必須實施清防蠟解堵工藝技術。

結束語

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點是主要的，因此螺桿泵采油技術仍是一種行之有效地人工采輸手段。