井下螺桿泵定子的失效分析及解決措施

王慧明（黃山工業(yè)泵制造有限公司，安徽 黃山 245000）

井下螺桿泵定子的失效分析及解決措施

王慧明
（黃山工業(yè)泵制造有限公司，安徽 黃山 245000）

在螺桿泵舉升技術(shù)中，螺桿泵定子是其中較為薄弱環(huán)節(jié)，定子失效將會(huì)使螺桿整體報(bào)廢，無(wú)法繼續(xù)使用，造成產(chǎn)油量大大下降，勞務(wù)作業(yè)量顯著增長(zhǎng)。文章結(jié)合螺桿泵定子具體的失效情況進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)，進(jìn)而細(xì)致的分析了其失效出現(xiàn)的相關(guān)原因，同時(shí)針對(duì)相關(guān)原因提出了對(duì)應(yīng)的解決措施。

井下螺桿泵定子；失效分析；解決措施

井下螺桿泵各種失效形式中最為主要是定子失效。很多油田普遍存在這一問(wèn)題，定子失效占據(jù)非常高的比例，井下螺桿泵定子如果失效的話(huà)，螺桿泵整體都不能夠再進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而會(huì)形成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此必須重視定子失效問(wèn)題的解決。在對(duì)該問(wèn)題處理的過(guò)程中需要對(duì)失效形式進(jìn)行合理的分類(lèi)，進(jìn)而對(duì)相關(guān)失效問(wèn)題形成原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)失效問(wèn)題提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，由此促進(jìn)螺桿泵采油成本的降低。

1 定子失效形式

螺桿泵定子長(zhǎng)時(shí)間承擔(dān)流體以及轉(zhuǎn)子對(duì)其施加的壓力、定子以及轉(zhuǎn)子形成的疾速摩擦力、轉(zhuǎn)子圍繞定子軸線(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中給定子內(nèi)部造成的沖擊力；經(jīng)受運(yùn)行過(guò)程中摩擦以及沖擊形成的高溫；需要經(jīng)受油井中存在的砂礫形成的磨損。此外，原油中存在大量的H2S、CO2氣體以及芳香族。而芳香族成分會(huì)導(dǎo)致定子出現(xiàn)膨脹，H2S、CO2氣體導(dǎo)致定子橡膠出現(xiàn)硬化或脆化，使得定子失去效用【1】。結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)可得，井下螺桿泵定子出現(xiàn)各種失效形式基本可以總結(jié)為燒泵、損傷、脫膠、撕裂等形式，而磨損是其中最為重要的。

2 定子失效原因分析

2.1 磨損

如果采出液中存在一定量的砂，轉(zhuǎn)子以及定子過(guò)多，造成的密封線(xiàn)遭受磨損，泵容積效率大大下滑，漏失量顯著增加。螺桿泵定子遭受磨損主要是因?yàn)槎ㄞD(zhuǎn)子互相摩擦出現(xiàn)磨損，以及采出液中存在大量砂礫磨損定子【2】。螺桿泵在運(yùn)行時(shí)，定轉(zhuǎn)子間存在相應(yīng)的過(guò)盈值，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子二者存在摩擦，時(shí)間逐步推移，定子磨損日趨加重。磨損同螺桿泵具體的大小、工作壓差、轉(zhuǎn)速以及定子中橡膠的溫脹以及溶脹影響具有較大的聯(lián)系。具體體現(xiàn)在泵效以及動(dòng)液面處于常態(tài)，電流加大，光桿扭矩逐步提升，不符合相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)定轉(zhuǎn)子抱死問(wèn)題，但是軸向力力度達(dá)標(biāo)【3】。采出液中存在砂礫會(huì)磨損定子，這和砂礫的具體含量、大小、泵的級(jí)數(shù)以及轉(zhuǎn)速等存在極大的關(guān)系。

2.2 燒泵

螺桿泵定子橡膠遭遇高溫被燒壞，承載力喪失，這也就是燒泵。出現(xiàn)燒泵主要是因?yàn)槌翛](méi)度嚴(yán)重不足、

泵效大大下降，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)干抽，定轉(zhuǎn)子間的潤(rùn)滑效果不理想，形成大量的熱量，但是采出液量不能及時(shí)帶走其中的熱量，造成泵內(nèi)部溫度急劇上漲，灼燒定子橡膠。此外，泵入口處存在過(guò)量的自由汽，而橡膠直接接觸轉(zhuǎn)子，形成高溫；當(dāng)泵效不高時(shí)，摩擦形成的熱量無(wú)法及時(shí)的散發(fā)出去，使得溫度快速上漲，長(zhǎng)時(shí)間工作就會(huì)將泵燒壞。

2.3 撕裂

定子橡膠部分被撕裂，定子形狀會(huì)遭到破損，導(dǎo)致泵失去效用。而定子出現(xiàn)撕裂主要是因?yàn)橄鹉z存在的滯后、分層、氣浸的情況。滯后現(xiàn)象屬于橡膠獨(dú)特的屬性，一般出現(xiàn)在定子小直徑的部位，只因?yàn)橄鹉z超壓形成的。使得橡膠強(qiáng)度大大下降，直至被撕裂。氣浸是因?yàn)槟骋恢付ǖ臍怏w成分以及橡膠自身的滲透率共同形成的，當(dāng)壓力下降過(guò)快時(shí)，在橡膠基體中以氣泡的形式存在，使其逐漸膨脹，進(jìn)而引起撕裂。

2.4 脫膠

定子脫膠是因?yàn)轲ず蟿┩鹉z或者套筒失效而使得膠結(jié)效能喪失導(dǎo)致的。膠結(jié)失效大多形成原因是注膠時(shí)形成的缺陷，或者橡膠出現(xiàn)破損對(duì)膠結(jié)形成了消極影響。

3 井下螺桿泵定子失效的解決措施

3.1 合理選配桿柱規(guī)格和轉(zhuǎn)速

結(jié)合泵自身的型號(hào)和井況對(duì)桿柱具體的受力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，利用第四強(qiáng)度原理對(duì)桿柱進(jìn)行校核，同時(shí)選擇合適的桿柱，由此防止負(fù)荷過(guò)重，桿柱承載力欠缺由此出現(xiàn)斷桿或者擼扣的情況。泵速越高，理論上排量越大，當(dāng)供液足夠時(shí)，泵效也就會(huì)很好，但是供液缺乏，極易發(fā)生抽空導(dǎo)致燒泵的問(wèn)題，所以，必須選擇合適的泵速。近年來(lái)，普遍采用的螺桿泵轉(zhuǎn)速最高達(dá)到275 r/min，經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速一般在60~150 r/min。

3.2 優(yōu)化抽油桿柱扶正的位置和間距

根據(jù)對(duì)抽油桿動(dòng)態(tài)的探究可知，抽油桿在對(duì)扭矩進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)出側(cè)向位移的情況，在油管內(nèi)壁難免會(huì)出現(xiàn)一定的摩擦。為規(guī)避發(fā)生偏磨情況，必須注意抽油桿位置問(wèn)題，桿柱扶正器裝置的位置以及距離需要根據(jù)抽油桿規(guī)格、具體的動(dòng)態(tài)、螺桿泵的型號(hào)、深度以及油管型號(hào)等實(shí)施優(yōu)化，采用成熟的螺桿泵診斷手段，經(jīng)過(guò)負(fù)荷檢測(cè)分析，努力精準(zhǔn)判斷出螺桿泵發(fā)生偏磨的具體位置，為優(yōu)化抽油桿扶正部位提供切實(shí)的依據(jù)，減輕偏磨造成的損害。

3.3 預(yù)防定子過(guò)早失效的對(duì)策

首先，明確油井是不是存在砂礫，假如砂礫含量超過(guò)3%，必須采用一定的防砂手段，減少采出液存在的砂量；在對(duì)螺桿泵進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果產(chǎn)液量同等，選用大排量泵實(shí)現(xiàn)泵速的降低，與此同時(shí)，也就使得泵內(nèi)顆粒磨損速度的下降，也就在一定程度上控制了磨損顆粒對(duì)定子形成的磨損；從油井中抽取一定的油樣，用于定子橡膠適應(yīng)性試驗(yàn)，最大限度的確定橡膠的溶脹，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫脹，進(jìn)而對(duì)螺桿泵最初的過(guò)盈量進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以提前對(duì)橡膠溶脹以及溫脹進(jìn)行充分的考量，由此也可以較好的控制螺桿泵的損壞。其次，采用等壁厚螺桿泵，因?yàn)樵撀輻U泵橡膠厚度較之一般的螺桿泵更加均勻，在螺桿泵運(yùn)行時(shí)，橡膠膨脹情況也是均勻的，形成的熱量相對(duì)較少，同時(shí)該泵的散熱性能良好，規(guī)避了橡膠薄弱位置造成的過(guò)度的熱聚集，與此同時(shí)，匹配等壁厚空心轉(zhuǎn)子，降低了轉(zhuǎn)子造成的側(cè)向擠壓力，由此實(shí)現(xiàn)定子破損減輕，使得泵的使用時(shí)間得以延長(zhǎng)。

3.4 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工加強(qiáng)管理

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，可以大大減少相關(guān)問(wèn)題的出現(xiàn)。其一，可以確保施工質(zhì)量，使得施工嚴(yán)格遵循施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，幾乎可以規(guī)避下泵時(shí)出現(xiàn)的桿柱脫落或者螺紋不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)的擼扣問(wèn)題；其二，可以有效把控油井工作動(dòng)態(tài)，第一時(shí)間實(shí)施清蠟、疏通等措施，由此可以對(duì)桿柱運(yùn)行負(fù)荷的異常增長(zhǎng)進(jìn)行有效的控制，切實(shí)防止負(fù)荷過(guò)量的情況的出現(xiàn)，嚴(yán)格按照操作細(xì)則組織工作可以防止操作失誤，也可以規(guī)避認(rèn)為形成的斷脫情況的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述分析可知，井下螺桿泵定子失效一般存在燒泵、損傷、脫膠、撕裂的失效形式，進(jìn)而對(duì)此給出了一定的解決措施，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵設(shè)計(jì)的優(yōu)化，延長(zhǎng)泵的使用期限，保障泵運(yùn)行正常。

[1] 王桂萍.螺桿泵失效原因分析及預(yù)防對(duì)策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011,07:76.

[2] 向明光，殷泉東，張麗娜.螺桿泵失效原因分析及預(yù)防對(duì)策[J].內(nèi)江科技，2011,11:113~114.

[3] 劉鵬，周巖，時(shí)培剛，余艷，宋建敏，趙先瑞.螺桿泵定子失效原因分析及預(yù)防對(duì)策探討[J].內(nèi)江科技，2015,06:51+89.

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