螺桿泵井綜合診斷方法及應(yīng)用

郭寶迎 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司鉆探工程公司機械修理廠，黑龍江 大慶 163000）

螺桿泵井具有抗粘滯性、攜砂能力強、能耗低、易于管理及一次性投資少等優(yōu)點，使能夠較好地適應(yīng)目前油田生產(chǎn)的需要，越來越受油田生產(chǎn)管理者的青睞，各大油田已相繼開始工業(yè)化推廣應(yīng)用。由于螺桿泵井生產(chǎn)方式與抽油機、電泵明顯不同，用以往的測試手段不能對井下螺桿泵的工作狀況進(jìn)行有效的檢測和診斷，這就需要研制或引進(jìn)特殊的測試診斷方法，隨時掌握螺桿泵井的工況，保證油井正常生產(chǎn)。目前診斷螺桿泵井故障常用的方法有電流法、憋壓法、扭矩法、液量變化法等，而單獨運用上述任何一種方法都不能及時、準(zhǔn)確地診斷螺桿泵井故障，都存在或多或少的片面性［1］。

螺桿泵井工況類型總體分為正常和故障2種，根據(jù)故障發(fā)生部位的不同又分為抽油桿、井下泵、油管3類，常見的故障有抽油桿斷脫、油管漏失、泵漏失、蠟堵等。由于螺桿泵的特殊性，加之故障形式又很復(fù)雜，如果僅憑一種方法診斷某些故障，符合率不會很高。為此，筆者提出了應(yīng)用現(xiàn)場綜合診斷方法對螺桿泵井進(jìn)行綜合分析判斷。

1 電流法

電流診斷法是通過測試驅(qū)動電機的工作電流 （工作電流的大小直接反映出了工作負(fù)載的大小），根據(jù)工作電流的大小來診斷泵工作狀況的方法。螺桿泵井工作電流由3部分組成：初始電流；泵舉升液體消耗的電流；桿液、桿管、定轉(zhuǎn)子間摩擦消耗的電流。

1.1 理論上計算的合理工作電流

式中，P輸入為螺桿泵井的輸入功率，kW；U為實測電壓值，V；I為實測電流值，A；cosφ為功率因數(shù)；M為螺桿泵扭矩，N·m；n為螺桿泵轉(zhuǎn)速，r／min。

從理論上講，在不同轉(zhuǎn)速下，扭矩隨壓力變化的直線關(guān)系不發(fā)生變化［2］。而在實際應(yīng)用過程中，扭矩在不同轉(zhuǎn)速下有較小變化，在其他條件不變的情況下，變化幅度在工程上可以忽略不計。因此，螺桿泵工作電流隨扭矩的變化而發(fā)生變化，同時結(jié)合螺桿泵室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)可以計算出泵初始電流和舉升液體消耗的工作電流。螺桿泵井桿液、桿管、定轉(zhuǎn)子間摩擦消耗的電流可通過現(xiàn)場上的經(jīng)驗系數(shù)進(jìn)行計算。表1給出了不同泵型、不同舉升高度螺桿泵井的工作電流。

表1 不同泵型、不同舉升高度螺桿泵井的工作電流

假設(shè)螺桿泵井泵掛為1000m，油壓為0.2MPa，套壓為1.0MPa，若使螺桿泵井工作正常，沉沒度應(yīng)保證至少在300m，因而液面的合理范圍是200～700m，則舉升高度的合理范圍是120～620m，其間的電流值為合理工作電流區(qū)間。

1.2 現(xiàn)場實際的合理工作電流

根據(jù)螺桿泵的工作特性可知，螺桿泵井的工作電流－壓力關(guān)系呈近似直線變化，見圖1。根據(jù)現(xiàn)場大量資料的統(tǒng)計結(jié)果可知，螺桿泵井最大揚程Pmax下的電流為最大電流Imax，其合理工作電流區(qū)間通常取最大電流的40%～75%（即I0.4～I(xiàn)0.75），因為在此范圍內(nèi)電機、泵的工作特性最好。

這樣可確定不同泵型的螺桿泵井合理工作電流范圍，見表2。

圖1 工作電流－壓力關(guān)系曲線

表2 不同泵型下螺桿泵井的合理工作電流及最大電流

由以上分析可知，理論上計算的合理工作電流區(qū)間與現(xiàn)場實際的合理工作電流區(qū)間基本相符。因此，表1和表2的合理工作電流區(qū)間可作為螺桿泵井現(xiàn)場診斷的重要依據(jù)。

1.3 在大中排量螺桿泵井上的應(yīng)用

大排量螺桿泵井泵型為1200，某日發(fā)現(xiàn)電流由36A下降至22A。采用電流法進(jìn)行判斷，由表2可知，其合理工作電流區(qū)間是22.7～42.6A，最大電流是56.8A。電流偏低，同時產(chǎn)量由207t／d下降至59t／d，現(xiàn)場落實液面由254m上升到井口，且停機有反轉(zhuǎn) （說明桿無問題），由表3初步診斷故障為油管漏失。而后檢泵發(fā)現(xiàn)第95根油管上部4.03m處磨出1條0.47m的裂縫。

表3 電流法初步診斷

2 憋壓法

憋壓法是應(yīng)用雙憋曲線定性解釋法來診斷螺桿泵井泵工況，即螺桿泵分別在運行和停機狀態(tài)下，通過關(guān)回壓閘門憋壓的方式各測取1條壓力－時間關(guān)系曲線。基于流體傳壓理論，根據(jù)泵抽時因泵況不同而反映出來的各種壓力變化規(guī)律，對所測曲線進(jìn)行定性分析，以反映出泵的各種工作狀況。

3 螺桿泵井綜合診斷方法

現(xiàn)場綜合診斷方法，即采用電流法、憋壓法，同時結(jié)合產(chǎn)量、液面等參數(shù)進(jìn)行綜合分析判斷，確定井下桿、管、泵的實際工作狀況，若發(fā)生故障則判斷故障類型和部位，并提出相應(yīng)的治理方法。

使用現(xiàn)場綜合診斷方法對一口井進(jìn)行診斷時，通常是根據(jù)常規(guī)生產(chǎn)參數(shù)，如產(chǎn)量、液面等的變化來進(jìn)行初步分析，目的是判斷螺桿泵井的基本狀況是否正常，對不正常的井再結(jié)合電流法、憋壓法進(jìn)行繼續(xù)分析判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)螺桿泵井的電流明顯變化時，及時落實產(chǎn)量和液面，通過表2看工作電流是否在合理工作區(qū)間，若電流偏離此區(qū)間，螺桿泵井極有可能出現(xiàn)故障，結(jié)合產(chǎn)量值并通過表3初步判斷可能的故障類型。當(dāng)使用電流法無法確定為何種故障類型時，采用憋壓法測螺桿泵井的雙憋曲線，根據(jù)生產(chǎn)和停機狀態(tài)下壓力隨時間的變化，結(jié)合產(chǎn)量、液面等參數(shù)，進(jìn)一步確定具體的故障類型。

4 實際應(yīng)用及效益分析

4.1 實際應(yīng)用

小排量螺桿泵運行電流較低，工況發(fā)生變化時電流反應(yīng)不大，單獨使用電流法就不能及時診斷出螺桿泵井故障，針對這種情況結(jié)合產(chǎn)量、液面等參數(shù)變化，采用憋壓法進(jìn)行現(xiàn)場診斷分析。

小排量螺桿泵井于泵型為120，由表2可知，其合理工作電流區(qū)間是7.2～13.5A，最大電流是18A。某日發(fā)現(xiàn)停機光桿無反轉(zhuǎn) （說明桿有問題），工作電流由11A下降到10A，變化不明顯，仍在合理工作電流區(qū)間，現(xiàn)場落實液面由750m上升到井口。直接采用憋壓法進(jìn)行井口抽壓，5min油壓由0.35MPa升至1.0MPa（套壓1.0MPa），繼續(xù)抽壓油壓無變化，停機憋壓5min油壓也由0.35MPa升至1.0MPa，正洗井驗管不漏，初步診斷故障為抽油桿斷脫。檢泵發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子上部5cm處斷。

通過使用螺桿泵井現(xiàn)場綜合診斷方法，共對300多口有問題的螺桿泵井進(jìn)行診斷，符合率較高。

4.2 效益

1）社會效益 現(xiàn)場綜合診斷方法進(jìn)一步完善了螺桿泵井診斷技術(shù)，通過它的應(yīng)用，可以比較準(zhǔn)確地診斷螺桿泵井工況，做到了及時發(fā)現(xiàn)故障，及時診斷，及時治理，提高了螺桿泵井的生產(chǎn)時率和利用率，從而提高了螺桿泵井的生產(chǎn)管理水平。通過使用螺桿泵井現(xiàn)場綜合診斷方法，可隨時監(jiān)測螺桿泵井工況，通過調(diào)參、熱洗等措施的及時運用，避免了燒泵、蠟堵等故障的發(fā)生，降低螺桿泵井的故障率，解決了油田生產(chǎn)所需，更好地指導(dǎo)油田生產(chǎn)。

2）經(jīng)濟(jì)效益 通過使用螺桿泵井現(xiàn)場綜合診斷方法，對問題螺桿泵井及時進(jìn)行診斷，從而減少了問題井的躺井時間。單井減少躺井時間按2d計算，每口井產(chǎn)油按3t／d計算，油價按4000元／t計算，一口井減少躺井時間可節(jié)約費用為4000×3×2＝2.4（萬元）。通過以上經(jīng)濟(jì)效益的預(yù)測可看出，減少躺井時間所帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

5 結(jié)語

螺桿泵井現(xiàn)場綜合診斷方法簡便易行，非常適合現(xiàn)場應(yīng)用。螺桿泵井現(xiàn)場綜合診斷方法避免了傳統(tǒng)的單一診斷方法的局限性，可以比較準(zhǔn)確地診斷螺桿泵井故障，更好地指導(dǎo)油田生產(chǎn)。該方法為及時了解螺桿泵井的生產(chǎn)狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時提出解決措施，及時治理，從而為盡快地恢復(fù)螺桿泵井的正常生產(chǎn)，提高螺桿泵井的生產(chǎn)管理水平，提高經(jīng)濟(jì)效益提供了保障。

［1］韓修廷，王秀玲，焦振強 .螺桿泵采油原理及應(yīng)用 ［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.

［2］張來斌，陳舟圣 .螺桿泵油井工況診斷技術(shù)研究 ［J］.石油礦場機械，1998 27（4）：34－36.