潛油電泵偏磨失效機理及對策探究

范業超

摘 要：在當前油田的生產開采過程中潛油電泵屬于非常有效的一種增產手段。但是在油田深入開采的過程中，潛油電泵實際運行工況逐漸惡化，在此情況下使得潛油電泵井排量結構產生轉變，潛油電泵在運行過程中也出現了一些不適應狀況，導致油井生產周期受到影響。在潛油電泵運行過程中，經常會出現偏磨失效等一些問題。本文主要針對潛油電泵在實際應用過程中的偏磨失效機理進行深入分析，并在此基礎上提出了有效的解決對策。

關鍵詞：潛油電泵;偏磨失效;對策

引言

潛油電泵是當前國內外油田采油作業中一種主要的機械開采設備，其體現出了較高的可靠性，能夠為油田的增產穩產發揮出積極作用。但潛油電泵由于本身結構相對復雜，因此在應用過程中也容易出現故障而導致機組產生振動。其中最為常見的是偏磨失效問題，因此作為技術人員必須要對潛油電泵偏磨失效機理進行深入分析，并提出有效解決對策，這樣才能為油田良好發展奠定基礎。

1.潛油電泵偏磨失效現象

1.1 固定部分

對于潛油電泵來說，被動磨損是其固定部分磨損的主要外在體現，通常情況下是發生在泵座、泵殼以及泵頭等幾個位置。潛油電泵的泵座以及泵頭扶正套通常是利用同質材料制作而成，在體現出較高硬度的同時，其耐磨性能相對較差，當產生外力沖擊的情況下破碎或變薄[1]，甚至在磨損嚴重的情況下出現僅剩支柱的情況。泵殼主要是與輪轂進行配合，因此在葉輪旋轉過程中會產生偏磨現象，導致其孔徑逐漸增大，其實際產生的偏磨程度只是決定了泵殼的變形程度。

1.2 轉動部分

轉動部分的磨損特性主要為主動磨損，通常情況下發生在葉輪、泵軸以及花鍵套上。由于葉輪與泵殼在一些情況下會產生直接接觸而導致磨損，甚至會出現葉輪輪轂一側被磨穿的現象，在摩擦過程中也會使得泵殼與葉輪成為橢圓形，偏磨嚴重的情況下會成為碎片。當葉輪輪轂出現磨穿的情況下，泵殼也會與泵軸出線接觸偏磨現象，導致泵軸經過磨損后出現了鋸齒狀溝槽。花件套在潛油電泵運行過程中與泵座和泵頭之間會產生偏磨現象，嚴重的情況下會產生碎裂。

2.潛油電泵偏磨失效原因分析

潛油電泵離心泵細長件直線度、連接件端面垂直度、井桶軌跡變化等相關因素都是導致偏磨的主要原因[2]。此外，油井生產開采過程中由于存在含砂介質，必然會導致葉輪墊片產生磨損，引發偏磨現象。如果潛油電泵機組本身與油井開采工況不適應的情況下會產生振動問題，由此會引發葉輪墊片、葉輪與泵軸之間產生偏磨。

另外，潛油電泵出現揚程呈現出陡峭的變化狀況，在此情況下供液、輪浮的變化程度也會相應增加，在此情況下會導致墊片出現磨損;由于潛油電泵采取了導輪液體徑向流的方式，也會從某種程度上導致沉砂現象的出現，在此情況下就會引發偏磨失效[3];如果潛油電泵本身揚程較高或者葉片較長的情況下，在運行過程中會出現幅度較大的波動現象，如果油井實際含水量相對偏的高，那么產生的沖擊力也會更大，進一步加速潛油電泵的振動，井下砂石介質對底部墊片的磨損也會加劇。甚至在一些情況下會導致機組和泵軸磨損形成鋸齒狀，在磨損嚴重的情況下會導致泵頭和泵座出現折斷現象[4]。

通過上述分析可以發現，單級揚程高、葉片長度長、葉導輪徑向流的潛油電泵在運行過程中容易產生偏磨時效問題。例如當前大慶油田廣泛應用的50m3/d范圍內且油電泵機組由于本身葉片數量較多，而且流道呈現出窄而長的特征，一旦產生堵塞現象，會導致其過流面積逐漸變小，在此情況下葉輪下止推墊以及下裙部會因磨損而出現失效。

潛油電泵機組偏磨影響：潛油電泵機組在運行過程中是利用主軸帶動葉輪旋轉在導輪中產生環形空間來實現油液舉升，但是其配備多級離心泵，制造安裝過程中使用的零部件多，而且剛性較差，如果泵存在輕微彎曲或者是葉輪輕微偏心的狀況下，在慣性力的作用下導致其運行穩定性遭到破壞，在此情況下就可能引發震動或者是偏磨現象。其中葉輪與主軸接觸面產生磨損后，沿法線方向會出現嚴重的微凸體黏著，同時受到機組本身震動的影響產生碎屑，并在磨損過程中導致表面產生損傷，進一步形成麻點或者是蟲紋狀的痕跡。這些情況的出現都會導致應力集中現象。而且磨損嚴重的情況下，其徑向間隙也會進一步增大，由此又會進一步加劇電泵機組的震動現象;由于受到導輪內壁的限制，導輪內孔面與葉輪外圓面之間產生的摩擦會進一步加劇，在此情況下潛油電泵機組會處在運行不平衡狀態，甚至可能引發主軸出現彎曲，最終引發整個機組損壞失效。

3.潛油電泵偏磨失效應對措施

3.1 對硬合金軸承數及分布進行優化

結合上文中關于潛油電泵偏磨失效的機理可以發現，可以采取硬質合金軸承數量及分布狀況的優化措施來有效進行改善。例如，扶正潛油電泵泵軸即可將偏磨現象進行有效控制。在進行潛油電泵硬質合金扶正泵軸安裝的過程中，需要對其間距進行合理設置，保證每一節泵實現均勻分布。同時在各離心泵上增加硬質合金軸承，通過這種方式來縮短其分布間距，在條件允許的情況下對硬質合金軸承進行加密分布，進而發揮出良好的扶正效果。

3.2 增加硬質合金扶正軸承

花鍵套是潛油電泵運行過程中主要產生偏磨失效問題的部位，其在整個機組運行過程中偏磨故障中的占比達到60%。而且結合潛油電泵偏磨失效問題可以發現，在泵座和泵頭等結構中出現扶正套磨損的情況比較常見，這在很大程度上與扶正措施不到位存在直接關系[5]。充分保證上下分接頭位置的扶正效果才能有效解決偏磨失效問題，針對潛油電泵內部使用的泵頭以及泵座等可以通過安裝硬質合金扶正軸承的方式來有效改善偏磨問題，在此基礎上就能夠實現對泵頭和泵座的強制扶正，有效保障設備運行過程中的扶正效果。

3.3 先進潛油電泵技術應用

在進行潛油電泵機組安裝的過程中，通過安裝合金扶正套能夠在泵頭和泵座位置發揮出強制扶正效果。潛油電泵從油井作業中打撈上岸后，需要對其進行詳細檢查，及時找出發生偏磨的部位，并經過深入分析找出產生偏磨的主要原因，及時開展糾正和維護工作，在此信息下才能夠將潛油電泵機組應偏磨導致失效的概率控制在最小程度。當潛油電泵在運行過程中出現偏磨現象之后，作為技術人員首先需要對其相關影響因素以及具體的失效形態給予高度關注，同時對潛油電泵機組在井下運行中的沉沙和流體流向變化進行充分掌握，在此基礎上才能采取有針對性措施來有效解決偏磨失效問題。同時在潛油電泵機組設計以及運行過程中要采取更加先進的制作工藝技術，全面提升潛油電泵的制造質量和應用效率，這樣才能讓其在油田生產開采中發揮出更大作用。

4.結束語

潛油電泵目前已經成為油田生產開采過程中非常重要的一種體液增油機械設備，因此作為技術人員必須要對潛油電泵機組在運行過程中產生的偏磨失效問題給予高度重視，對其失效機理進行深入分析后，采取有針對性解決對策，或者利用更加先進的潛油電泵技術來有效解決，這樣才能讓潛油電泵機組質量得到全面提升，才能進一步提升油田的生產開采效率。

參考文獻：

[1]周凱迪. 基于實驗井測振的潛油電泵振動特性研究[D].中國石油大學（華東），2018.

[2]朱赫. 基于振動和溫度的潛油電機電泵裝配質量評估研究[D].中國石油大學（華東），2017.

[3]郁婷. 潛油電泵振動采集分析系統的研制[D].中國石油大學（華東），2015.

[4]李新光. 基于振動信號分析的潛油電泵機組故障診斷的研究[D].中國石油大學，2010.

[5]席文靜. 基于振動檢測的潛油電泵機組故障診斷的研究[D].中國石油大學，2008.

（大慶油田力神泵業有限公司，黑龍江 大慶 163000）