无杆排采设备水力管式泵故障分析及建议

梁春红 刘志强 王 宝 关东汉 杨 阳 朱芳林

(中国石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000)

1 无杆排采设备水力管式泵工作原理

水力管式泵主要由地面设备、同心管、井下设备组成，工作原理如图1所示，动力装置电机带动齿轮泵驱动液压缸左右往复运动，液压缸对驱动液加压形成高压动力液，驱动液带动抽油泵上下做往复运动，当驱动液压缸左行时，液控阀打开，液压缸压缩驱动液通过中心管进入井下机组，抽油泵上行吸液并将中心管与油管环形空间的液体排出至地面，当驱动液缸右行时，液压缸压缩驱动液通过环形空间推动抽油泵下行排液，液体进入环形空间，从而实现驱动液在中心管与环形空间中连续不断的轮换流动。水力管式泵设备具有自动洗井功能，当抽油泵到达每一个冲程的上止点时，液控阀停止换向，抽油泵筒在上止点不再换向，高压动力液通过中心管进入泵腔冲洗固定凡尔，将泵以上管柱内的煤粉杂质从环形空间清洗至地面。

图1 水力管式泵设备

2 无杆排采设备水力管式泵使用现状

水力管式泵不使用有杆排采，使用过程中没有有杆偏磨的问题出现，此外整个设备使用单台电机驱动，柱塞泵轮换驱动，设备节能效果较好，而且主体设备体积较小，设计于一个集装箱内，安装方便，无需吊装作业，现场安装安全隐患小，因此目前正广发推广应用于高产L型水平井中。但是在水力管式泵设备使用实现大排量排采过程中也出现了各种故障类型，并且同样的故障类型发生频次较高，在煤层气生产过程中对产量影响较大。

表1 某公司水力管式泵设备故障统计

截至2018年底某公司投产运行无杆泵设备共计94台，某分公司采气作业区所有在用水力管式泵设备使用过程中共计发生故障184井次，类型多种多样，频率高，处理时间长，造成排采不连续、不稳定，流压波动大，影响气量大，具体故障信息如表1所示。

3 无杆排采设备水力管式泵故障分析

通过对水力管式泵排采设备故障记录及日常巡检发现问题中可以看出，分公司三个采气作业区设备故障出现频次最高的主要有如下几类：水箱、泵组及电机、换向阀，如图2所示。

图2 各作业区水力管式泵设备故障表现

3.1 水箱故障

从现场故障记录显示，水箱部位出现的故障类型为水箱缺水和溢流阀松动，溢流阀松动属于机械故障，当此类故障出现时，现场的处理方式为紧固溢流阀，并且紧固后基本再出现松动现象。经统计，水箱缺水为三个作业区故障频次较高且反复产生的故障，水箱故障中水箱缺水故障率为21%，每次对于水箱缺水的解决方式为在故障产生后人工赴现场及时补水。

3.2 泵组及电机故障

泵组只要包括井下泵以及地上柱塞泵，井下泵故障主要表现为泵吸入口堵塞，抽油泵吸液口堵塞的解决方式为设备洗井，井上地面设备压缩高压动力液通过中心管进入泵腔冲洗固定凡尔，将泵以上管柱内的煤粉杂质从环形空间清洗至地面。柱塞泵故障主要表现为柱塞泵油封损坏，密封失灵，柱塞泵曲轴抱死以及泵轴瓦损坏，现场出现此类故障的解决办法是及时更换配件。柱塞泵另一高频次故障是电机故障，现场表现为由于线路问题出现的电机异响且反转，电机由于长时间运转皮带磨损而断裂，现场处理方式为更换电机皮带。

3.3 换向水阀故障

换向水阀作为水力管式泵设备实现动力液于中心管与环形空间轮换流动的关键部件，其重要性不言而喻，但是其现场故障率相对较高。现场故障表现为换向水阀凡尔球漏、换向水阀弹簧断，法尔球座漏是由于杂质进入凡尔与球座之间密封不严实，现场处理方式为拆卸清理杂质以及更换弹簧。

4 总结与建议

通过对水力管式泵设备各类型故障表现以及对于现场运行过程中出现故障的解决方式分析，得出除了现场的紧急处置方式外，为保障设备的运转时率与减少其故障率，针对各部件常见故障表现提出如下建议：

(1)水箱故障主要是水箱缺水，建议建立水力管式泵水箱水位报警装置，设置水箱部位的最低水位报警，并将水位值通过自动化系统远程传输，在加强巡检的基础上结合室内实时监控，及时发现水箱缺水并现场及时补水。

(2)泵组及电机故障属于设备自身故障，对于井下泵口堵塞主要是由于水箱水质差杂质较多，动力液进入泵组杂质封堵，建议井场配备清洗刷，加强巡检，并且定期清洗水箱滤网，并且配备足量的泵组及电机配件，出现故障及时更换。

(3)换向水阀属于可拆卸部件，发生故障后首先分析故障类型及故障原因，现场及时更换弹簧等配件，换向水阀作用后引起水压力及流量变化，依托流压，设备压力(油套环形空间压力，中心管压力，液压站压力等)，液位、进液流量、排液累计等关键参数，形成相应代码入数据库，建立总控平台预警模型，提高预判故障的准确率，减少故障发生率。

(4)对于可控故障因素加强日常巡检以及设备日常维护保养知识培训，井场巡检人员具有一定的故障排除技能，在厂家赶到现场之前处置完成，可以很大程度缩短故障处理时间。