井下螺杆泵定子的失效分析及解决措施

2016-02-05王慧明黄山工业泵制造有限公司安徽黄山245000

中国设备工程 2016年8期

王慧明（黄山工业泵制造有限公司，安徽黄山 245000）

井下螺杆泵定子的失效分析及解决措施

王慧明
（黄山工业泵制造有限公司，安徽黄山 245000）

在螺杆泵举升技术中，螺杆泵定子是其中较为薄弱环节，定子失效将会使螺杆整体报废，无法继续使用，造成产油量大大下降，劳务作业量显著增长。文章结合螺杆泵定子具体的失效情况进行详细的分类，进而细致的分析了其失效出现的相关原因，同时针对相关原因提出了对应的解决措施。

井下螺杆泵定子；失效分析；解决措施

井下螺杆泵各种失效形式中最为主要是定子失效。很多油田普遍存在这一问题，定子失效占据非常高的比例，井下螺杆泵定子如果失效的话，螺杆泵整体都不能够再进行正常运转，进而会形成巨大的经济损失，因此必须重视定子失效问题的解决。在对该问题处理的过程中需要对失效形式进行合理的分类，进而对相关失效问题形成原因进行详细的分析，在此基础上，针对失效问题提出了相应的改进措施，由此促进螺杆泵采油成本的降低。

1 定子失效形式

螺杆泵定子长时间承担流体以及转子对其施加的压力、定子以及转子形成的疾速摩擦力、转子围绕定子轴线运行过程中给定子内部造成的冲击力；经受运行过程中摩擦以及冲击形成的高温；需要经受油井中存在的砂砾形成的磨损。此外，原油中存在大量的H2S、CO2气体以及芳香族。而芳香族成分会导致定子出现膨胀，H2S、CO2气体导致定子橡胶出现硬化或脆化，使得定子失去效用【1】。结合相关统计可得，井下螺杆泵定子出现各种失效形式基本可以总结为烧泵、损伤、脱胶、撕裂等形式，而磨损是其中最为重要的。

2 定子失效原因分析

2.1 磨损

如果采出液中存在一定量的砂，转子以及定子过多，造成的密封线遭受磨损，泵容积效率大大下滑，漏失量显著增加。螺杆泵定子遭受磨损主要是因为定转子互相摩擦出现磨损，以及采出液中存在大量砂砾磨损定子【2】。螺杆泵在运行时，定转子间存在相应的过盈值，导致定转子二者存在摩擦，时间逐步推移，定子磨损日趋加重。磨损同螺杆泵具体的大小、工作压差、转速以及定子中橡胶的温胀以及溶胀影响具有较大的联系。具体体现在泵效以及动液面处于常态，电流加大，光杆扭矩逐步提升，不符合相关规定，严重的情况下会出现定转子抱死问题，但是轴向力力度达标【3】。采出液中存在砂砾会磨损定子，这和砂砾的具体含量、大小、泵的级数以及转速等存在极大的关系。

2.2 烧泵

螺杆泵定子橡胶遭遇高温被烧坏，承载力丧失，这也就是烧泵。出现烧泵主要是因为沉没度严重不足、

泵效大大下降，严重的会出现干抽，定转子间的润滑效果不理想，形成大量的热量，但是采出液量不能及时带走其中的热量，造成泵内部温度急剧上涨，灼烧定子橡胶。此外，泵入口处存在过量的自由汽，而橡胶直接接触转子，形成高温；当泵效不高时，摩擦形成的热量无法及时的散发出去，使得温度快速上涨，长时间工作就会将泵烧坏。

2.3 撕裂

定子橡胶部分被撕裂，定子形状会遭到破损，导致泵失去效用。而定子出现撕裂主要是因为橡胶存在的滞后、分层、气浸的情况。滞后现象属于橡胶独特的属性，一般出现在定子小直径的部位，只因为橡胶超压形成的。使得橡胶强度大大下降，直至被撕裂。气浸是因为某一指定的气体成分以及橡胶自身的渗透率共同形成的，当压力下降过快时，在橡胶基体中以气泡的形式存在，使其逐渐膨胀，进而引起撕裂。

2.4 脱胶

定子脱胶是因为黏合剂同橡胶或者套筒失效而使得胶结效能丧失导致的。胶结失效大多形成原因是注胶时形成的缺陷，或者橡胶出现破损对胶结形成了消极影响。

3 井下螺杆泵定子失效的解决措施

3.1 合理选配杆柱规格和转速

结合泵自身的型号和井况对杆柱具体的受力进行准确的计算，利用第四强度原理对杆柱进行校核，同时选择合适的杆柱，由此防止负荷过重，杆柱承载力欠缺由此出现断杆或者撸扣的情况。泵速越高，理论上排量越大，当供液足够时，泵效也就会很好，但是供液缺乏，极易发生抽空导致烧泵的问题，所以，必须选择合适的泵速。近年来，普遍采用的螺杆泵转速最高达到275 r/min，经常使用的转速一般在60~150 r/min。

3.2 优化抽油杆柱扶正的位置和间距

根据对抽油杆动态的探究可知，抽油杆在对扭矩进行传输的过程中，会出侧向位移的情况，在油管内壁难免会出现一定的摩擦。为规避发生偏磨情况，必须注意抽油杆位置问题，杆柱扶正器装置的位置以及距离需要根据抽油杆规格、具体的动态、螺杆泵的型号、深度以及油管型号等实施优化，采用成熟的螺杆泵诊断手段，经过负荷检测分析，努力精准判断出螺杆泵发生偏磨的具体位置，为优化抽油杆扶正部位提供切实的依据，减轻偏磨造成的损害。

3.3 预防定子过早失效的对策

首先，明确油井是不是存在砂砾，假如砂砾含量超过3%，必须采用一定的防砂手段，减少采出液存在的砂量；在对螺杆泵进行设计的过程中，如果产液量同等，选用大排量泵实现泵速的降低，与此同时，也就使得泵内颗粒磨损速度的下降，也就在一定程度上控制了磨损颗粒对定子形成的磨损；从油井中抽取一定的油样，用于定子橡胶适应性试验，最大限度的确定橡胶的溶胀，计算出对应的温胀，进而对螺杆泵最初的过盈量进行设计的时候，可以提前对橡胶溶胀以及温胀进行充分的考量，由此也可以较好的控制螺杆泵的损坏。其次，采用等壁厚螺杆泵，因为该螺杆泵橡胶厚度较之一般的螺杆泵更加均匀，在螺杆泵运行时，橡胶膨胀情况也是均匀的，形成的热量相对较少，同时该泵的散热性能良好，规避了橡胶薄弱位置造成的过度的热聚集，与此同时，匹配等壁厚空心转子，降低了转子造成的侧向挤压力，由此实现定子破损减轻，使得泵的使用时间得以延长。

3.4 对现场施工加强管理

加强现场管理，可以大大减少相关问题的出现。其一，可以确保施工质量，使得施工严格遵循施工标准进行，几乎可以规避下泵时出现的杆柱脱落或者螺纹不达标而出现的撸扣问题；其二，可以有效把控油井工作动态，第一时间实施清蜡、疏通等措施，由此可以对杆柱运行负荷的异常增长进行有效的控制，切实防止负荷过量的情况的出现，严格按照操作细则组织工作可以防止操作失误，也可以规避认为形成的断脱情况的出现。