螺杆泵故障原因分析与躺井控制措施

李玉芹+成刚+赵培杰+王丽君

摘要：螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。二者由加强级抽油杆作为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵傲踌专子工作。本文首先对目前油区螺杆泵进行调查，分析螺杆泵采油过程中出现故障及躺井等问题，主要原因是由于螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理以及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷等原因造成井杆、管磨损，进而造成躺井。在分析基础上，提出了优化下泵参数、杆泵优化匹配、加强维护作业及日常管理工作等改进措施，有效地延长生产周期。

关键词：螺杆泵；采油装置；故障分析；躺井控制；对策

螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。二者由加强级抽油杆作

为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵傲踌专子工作。螺杆泵结构所示：井下螺杆泵是由一个单头转子和一个双头定子组成，在两件之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时，这些空腔沿轴向由吸入端向排出端方向运动，密封腔在排出端消失，同时在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液体也随着运动由吸入端被推挤到排出端。最终这些封闭腔随转子旋转，从泵入口向出口方向移动，并将液体由进口端推向出口端，排入到管线，举升到地面。

1 螺杆泵杆管磨损致免修期短的原因分析

1.1 转子偏心运动

螺杆泵的结构特征及转子的偏心运动特征，决定了转子以及与转子相连接的底部抽油杆做偏心旋转运动。转子的偏心在3-10mm，由于油管与抽油杆间的环空有限，如不采取相应的措施，必然会导致底部抽油杆与油管之间的磨损。

1.2 離心惯性力作用

由于杆柱的质量中心偏离竖直井筒的几何中心线，在旋转过程中，质量偏心所产生的离心惯性力将使杆柱发生弯曲，当杆柱的弯曲挠度达到油管和杆柱的径向间隙时。杆柱将与油管发生摩擦。旋转杆柱的轴向力是随着井深减少的。在横向力的作用下，杆柱发生弯曲，同时杆柱因弯曲刚度和拉压刚度将产生弹性恢复力，两者平衡时。杆柱弯曲中心线将以稳定的弓形面绕井筒轴线做公转，杆柱横截而将以稳定的转速以杆柱弯曲中心线自转。当井较深.杆柱的长度相当大时，杆柱弯曲和拉压刚度相对较小，公转和自转的差别可以不区分。当螺杆泵工作时，离心惯性力所引起的弯矩与转速n和两扶正器的间距的平方成正比，即转速和扶正器间距对弯矩影响大。当转速较高，不安装扶正器或扶正器布置较少时，离心惯性力引起的弯矩也就随之增加，导致杆柱弯曲，增加了杆、管磨损的几率。

1.3 油管弯曲

一般情况下，对于直井而言，油管发生弯曲主要有两个原因：一是在钻井过程中井筒本身存在着“狗腿”，井筒的弯曲导致油管管柱弯曲；二是目前螺杆泵井普遍采用的支撑卡瓦，由于其坐卡方式（压油管头）决定了油管也会存在一定程度的弯曲。显然，油管弯曲必然会使杆、管之间产生接触载荷，从而导致磨损发生。

1.4 日常生产管理

螺杆泵采油井的管理与其它机械采油井的生产管理相比虽然简单方便，但也有很多问题，如：地面驱动装置漏油、皮带易断更换不及时、防杆断脱问题、热洗较困难、测试问题、不压井作业问题。一般比较突出的是：停机时间不能过长，如皮带断后不能象抽油机那样易被发现可及时更换，测压长时间停机都会使再次起泵困难；洗井时温度及排量要求高，洗井时温度不能过高（超过定子橡胶所承受耐热温度）；排量不能过大，否则过大排量的洗井液就会使螺杆泵超速旋转导致抽油杆柱承受的是退扣扭矩，造成杆柱退扣。

例如采油厂某井有结垢史，采油队拆电作业停井时间过长，导致垢物沉淀入泵筒内，开机后发生泵卡，拆解泵，发现转子卡在定子内，导致上部杆扭矩过大而发生断裂，定子内堵满垢，定子上部油管内约1.7米垢（经化验98%酸溶），该井仅生产42天。

2 延长螺杆泵免修期对策

2.1 优化下泵参数

为保证螺杆泵能高效、长期正常运转，必须确定合理的下泵参数。从检泵原因分析可看出，要有效地减轻杆、管磨损，防止杆断脱，必须降低扭矩、弯矩，减少共振。要达到以上目的，就必须让螺杆泵在中、低转速运行。为此，在下泵设计时，根据油井产能，在满足供排要求的前提下，以最低速为目标，选择泵型。确定合理折泵型和转速，优选大泵，均以最低转速投产。优化设计下入101口井，借检泵时机换大泵26口，平均转速为101 r/min。目前这些井均未因杆、管磨损和杆断原因造成检泵。

2.2 杆泵优化匹配

针对螺杆泵应用中普遍存在的杆柱断脱问题，同时综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素，在1200及以上型泵上用φ28 mm实心锥扣SHY级工艺杆，取代原φ38mm及φ42mm空心D级杆。φ28mmSHY级工艺杆在总直径不变的情况下，将原HY级杆外壁加厚，由3.0mm增加到3.5mm，大大增加了杆的抗扭强度。φ28mm杆与φ38mm，及φ42mm空心杆相比可增大过流面积，减小沿程阻力，相应降低扭矩，提高杆的抗弯、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏。

2.3 加强维护作业优化。针对偏磨问题，曾经使用了旋转扶正器，但是尼龙扶正体耐磨性差，易损坏，寿命小于半年，例如某井4月份作业时，生产217天，扶正块磨损严重，部分脱落，偏磨管漏。自2012年开始未在使用。2016-1-27上返补孔单采，下入原井GLB1200DT21螺杆泵生产，生产12天杆断躺井，提出后鉴定泵，定子橡胶气侵溶胀，扭矩增大造成杆断。使用125天。

2.4 加强日常螺杆泵采油管理

日常螺杆泵生产管理中，主要注意一下几个方面：所有应用螺杆泵的油井，需在井口加装单流阀；提掖井及措施井在试生产初期必须选用低转速开井，以防止供液不足造成烧泵；开井初期要加密观察油井出液情况和动液面测试，对于于液面波动较大的油井，及时与地质、工艺结合定下步措施；取全取准油井资料，电流变化值大于2A或过流跳闸时，应加测动液面化验原油粘度及含砂，对比产量变化，分析泵工作状态，确定是否洗井、检泵或检修驱动设备；螺杆泵井生产过程中发现沉没度低于100m时，必须马上停井并将情况上报；对于油稠、结腊井，因各种原因停井后再开时，应采取热水洗井措施进行治理；对于结垢井，需停井再开井前，应将定子提出泵筒并彻底洗井后，才能开井，并时刻关注电流变化。

参考文献

[1]万仁溥. 采油工程手册. 北京：石油工业出版社，2000.8endprint