螺桿泵躺井原因與延長免修期對策研究

孟向明+賈魯斌+王吉巖

摘 要 本文首先對目前油區(qū)螺桿泵進(jìn)行調(diào)查，分析螺桿泵采油過程中出現(xiàn)故障及躺井等問題，主要原因是由于螺桿泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中油管彎曲、工作參數(shù)不合理以及轉(zhuǎn)子離心慣性力和傾倒力矩產(chǎn)生的桿管接觸載荷等原因造成井桿、管磨損，進(jìn)而造成躺井。在分析基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)化下泵參數(shù)、桿泵優(yōu)化匹配、加強(qiáng)維護(hù)作業(yè)及日常管理工作等改進(jìn)措施，有效地延長生產(chǎn)周期。

關(guān)鍵詞 螺桿泵 偏磨原因 載荷 改進(jìn)措施

中圖分類號：TE358 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

螺桿泵采油裝置是由井下螺桿泵和地面驅(qū)動裝置兩部分組成。二者由加強(qiáng)級抽油桿作為繞軸，把井口驅(qū)動裝置的動力通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到井下，從而驅(qū)動螺桿泵傲躊專子工作。螺桿泵結(jié)構(gòu)所示：井下螺桿泵是由一個(gè)單頭轉(zhuǎn)子和一個(gè)雙頭定子組成，在兩件之間形成一個(gè)個(gè)密閉的空腔，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動時(shí)，這些空腔沿軸向由吸入端向排出端方向運(yùn)動，密封腔在排出端消失，同時(shí)在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液體也隨著運(yùn)動由吸入端被推擠到排出端。最終這些封閉腔隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從泵入口向出口方向移動，并將液體由進(jìn)口端推向出口端，排入到管線，舉升到地面。

1螺桿泵桿管磨損致免修期短的原因分析

1.1轉(zhuǎn)子偏心運(yùn)動

螺桿泵的結(jié)構(gòu)特征及轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動特征，決定了轉(zhuǎn)子以及與轉(zhuǎn)子相連接的底部抽油桿做偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。轉(zhuǎn)子的偏心在3-10mm，由于油管與抽油桿間的環(huán)空有限，如不采取相應(yīng)的措施，必然會導(dǎo)致底部抽油桿與油管之間的磨損。

1.2離心慣性力作用

由于桿柱的質(zhì)量中心偏離豎直井筒的幾何中心線，在旋轉(zhuǎn)過程中，質(zhì)量偏心所產(chǎn)生的離心慣性力將使桿柱發(fā)生彎曲，當(dāng)桿柱的彎曲撓度達(dá)到油管和桿柱的徑向間隙時(shí)。桿柱將與油管發(fā)生摩擦。旋轉(zhuǎn)桿柱的軸向力是隨著井深減少的。在橫向力的作用下，桿柱發(fā)生彎曲，同時(shí)桿柱因彎曲剛度和拉壓剛度將產(chǎn)生彈性恢復(fù)力，兩者平衡時(shí)。桿柱彎曲中心線將以穩(wěn)定的弓形面繞井筒軸線做公轉(zhuǎn)，桿柱橫截而將以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速以桿柱彎曲中心線自轉(zhuǎn)。當(dāng)井較深.桿柱的長度相當(dāng)大時(shí)，桿柱彎曲和拉壓剛度相對較小，公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的差別可以不區(qū)分。當(dāng)螺桿泵工作時(shí)，離心慣性力所引起的彎矩與轉(zhuǎn)速n和兩扶正器的間距的平方成正比，即轉(zhuǎn)速和扶正器間距對彎矩影響大。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，不安裝扶正器或扶正器布置較少時(shí)，離心慣性力引起的彎矩也就隨之增加，導(dǎo)致桿柱彎曲，增加了桿、管磨損的幾率。

1.3油管彎曲

一般情況下，對于直井而言，油管發(fā)生彎曲主要有兩個(gè)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(dǎo)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。顯然，油管彎曲必然會使桿、管之間產(chǎn)生接觸載荷，從而導(dǎo)致磨損發(fā)生。

1.4日常生產(chǎn)管理

螺桿泵采油井的管理與其它機(jī)械采油井的生產(chǎn)管理相比雖然簡單方便，但也有很多問題，如：地面驅(qū)動裝置漏油、皮帶易斷更換不及時(shí)、防桿斷脫問題、熱洗較困難、測試問題、不壓井作業(yè)問題。一般比較突出的是：停機(jī)時(shí)間不能過長，如皮帶斷后不能象抽油機(jī)那樣易被發(fā)現(xiàn)可及時(shí)更換，測壓長時(shí)間停機(jī)都會使再次起泵困難；洗井時(shí)溫度及排量要求高，洗井時(shí)溫度不能過高（超過定子橡膠所承受耐熱溫度）；排量不能過大，否則過大排量的洗井液就會使螺桿泵超速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致抽油桿柱承受的是退扣扭矩，造成桿柱退扣。

例如采油廠某井有結(jié)垢史，采油隊(duì)拆電作業(yè)停井時(shí)間過長，導(dǎo)致垢物沉淀入泵筒內(nèi)，開機(jī)后發(fā)生泵卡，拆解泵，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子卡在定子內(nèi)，導(dǎo)致上部桿扭矩過大而發(fā)生斷裂，定子內(nèi)堵滿垢，定子上部油管內(nèi)約1.7米垢（經(jīng)化驗(yàn)98%酸溶），該井僅生產(chǎn)42天。

2延長螺桿泵免修期對策

2.1優(yōu)化下泵參數(shù)

為保證螺桿泵能高效、長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須確定合理的下泵參數(shù)。從檢泵原因分析可看出，要有效地減輕桿、管磨損，防止桿斷脫，必須降低扭矩、彎矩，減少共振。要達(dá)到以上目的，就必須讓螺桿泵在中、低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。為此，在下泵設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)油井產(chǎn)能，在滿足供排要求的前提下，以最低速為目標(biāo)，選擇泵型。確定合理折泵型和轉(zhuǎn)速，優(yōu)選大泵，均以最低轉(zhuǎn)速投產(chǎn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)下入101口井，借檢泵時(shí)機(jī)換大泵26口，平均轉(zhuǎn)速為101r/min。目前這些井均未因桿、管磨損和桿斷原因造成檢泵。

2.2桿泵優(yōu)化匹配

針對螺桿泵應(yīng)用中普遍存在的桿柱斷脫問題，同時(shí)綜合考慮過流面積、抗扭能力、系統(tǒng)安全和成本投入等因素，在1200及以上型泵上用 28mm實(shí)心錐扣SHY級工藝桿，取代原 38mm及 42mm空心D級桿。 28mmSHY級工藝桿在總直徑不變的情況下，將原HY級桿外壁加厚，由3.0mm增加到3.5mm，大大增加了桿的抗扭強(qiáng)度。 28mm桿與 38mm，及 42mm空心桿相比可增大過流面積，減小沿程阻力，相應(yīng)降低扭矩，提高桿的抗彎、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏。

2.3加強(qiáng)維護(hù)作業(yè)優(yōu)化

針對偏磨問題，曾經(jīng)使用了旋轉(zhuǎn)扶正器，但是尼龍扶正體耐磨性差，易損壞，壽命小于半年，例如某井4月份作業(yè)時(shí)，生產(chǎn)217天，扶正塊磨損嚴(yán)重，部分脫落，偏磨管漏。自2012年開始未在使用。2014-1-27上返補(bǔ)孔東營3單采，下入原井GLB1200DT21螺桿泵生產(chǎn)，生產(chǎn)12天桿斷躺井，提出后鑒定泵，定子橡膠氣侵溶脹，扭矩增大造成桿斷。使用125天。

2.4加強(qiáng)日常螺桿泵采油管理

日常螺桿泵生產(chǎn)管理中，主要注意一下幾個(gè)方面：所有應(yīng)用螺桿泵的油井，需在井口加裝單流閥；提掖井及措施井在試生產(chǎn)初期必須選用低轉(zhuǎn)速開井，以防止供液不足造成燒泵；開井初期要加密觀察油井出液情況和動液面測試，對于于液面波動較大的油井，及時(shí)與地質(zhì)、工藝結(jié)合定下步措施；取全取準(zhǔn)油井資料，電流變化值大于2A或過流跳閘時(shí)，應(yīng)加測動液面化驗(yàn)原油粘度及含砂，對比產(chǎn)量變化，分析泵工作狀態(tài)，確定是否洗井、檢泵或檢修驅(qū)動設(shè)備；螺桿泵井生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)沉沒度低于100m時(shí)，必須馬上停井并將情況上報(bào)；對于油稠、結(jié)臘井，因各種原因停井后再開時(shí)，應(yīng)采取熱水洗井措施進(jìn)行治理；對于結(jié)垢井，需停井再開井前，應(yīng)將定子提出泵筒并徹底洗井后，才能開井，并時(shí)刻關(guān)注電流變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬仁溥.采油工程手冊.北京：石油工業(yè)出版社，2000.8endprint