陈志国

（大庆油田力神泵业有限公司技术研发中心，黑龙江大庆 163000）

0 引言

在油田开采过程中需要使用大量先进的机械设备，其中螺杆泵的使用十分普遍。螺杆泵的运行水平与油田生产的安全性息息相关，也会对石油的开采效率造成较大影响。在进行油田开采的过程中，受多种因素影响容易造成螺杆泵井杆柱反转，这种情况不但会对螺杆泵设备造成极大的损害，也会增加安全事故的发生概率，引起严重后果。针对螺杆泵井杆柱反转问题，需要明确造成其反转的主要原因，采取相应的处理措施，以提高螺杆泵设备运行管理水平。

1 螺杆泵井杆柱反转原因及危害分析

1.1 螺杆泵井杆柱反转原因分析

在使用螺杆泵进行油田开采的过程中，螺杆泵井杆柱反转是比较常见的故障之一，造成螺杆泵井杆柱反转的原因比较复杂，其中最为主要的原因就是由于螺杆泵在运行中发生停机、卡泵等现象，使得杆柱变形扭曲，而此类变形扭曲的快速释放就会引起螺杆泵井杆柱的反转故障。具体而言，在螺杆泵设备运行过程中，如果突然停机或卡泵，在输油管道和管线内部滞留的高压液体与管道内部的井液压之间就会产生一定的压差，在压力作用下驱使螺杆泵成为液压螺杆马达，带动转子和与转子相连的杆柱快速反转。

螺杆泵井杆柱的反转会受油套压差的影响，在反转时间和反转速度上表现出一定的差异性。一般而言，油套压差越大，驱动螺杆泵井杆柱反转的速度越快，持续的时间越长，而随着油套压差逐渐下降，螺杆泵井杆柱反转的速度和持续的时间也会相应下降，直至油套压差趋于平衡，螺杆泵井杆柱的反转也会逐渐消失。当螺杆泵井杆柱出现反转现象时，杆柱产生比较强烈的振动，如果在振动过程中产生共振现象，也就是螺杆泵井杆柱在反转中的振动频率与井口的自振频率达到了同步，就会使得螺杆泵井杆柱的反转速度在瞬间快速上升至最高速，在这种情况下就会引发严重的安全事故，对作业现场造成极大的危害，甚至造成人员伤亡。

1.2 螺杆泵井杆柱反转的危害

螺杆泵井杆柱的反转现象受反转速度和持续时间的影响，会产生不同程度的危害，情况严重的将会引发现场安全事故，造成十分严重的后果。具体而言，螺杆泵井杆柱反转所造成的危害主要表现为以下3 个方面：

（1）螺杆泵井杆柱反转会使杆柱脱离原位，造成螺杆泵井光杆甩动，在这种情况下会对螺杆泵设备造成较大的磨损，引起螺杆泵各装置和零部件的损坏。

（2）在螺杆泵井杆柱反转的过程中，如果反转速度过快、持续时间过长，会造成反转部位的零部件温度不断升高，将井口的可燃气体点燃，引发作业现场的爆炸事故，造成不可预估的严重后果。

（3）螺杆泵井杆柱反转如果不能有效控制，有可能造成皮带轮破碎，破碎的皮带轮在作业现场四处飞散，会对现场作业人员的人身安全造成伤害，破坏油田开采现场，降低油田开采效率，增加各类安全事故的发生概率。

2 螺杆泵井杆柱防反转常用装置

2.1 棘轮棘爪式防反转装置

此类防反转装置是借助于棘轮棘爪的单向回转来达到防反转的效果。具体而言，棘轮和棘爪借助于外啮合的方式形成咬合，在螺杆泵驱动装置正常运行的情况下，棘爪会受离心力的作用，与棘轮刹车带相互脱离，在这种情况下防反转装置不会启动；而当螺杆泵在运行状态下突然停机时，螺杆泵井杆柱在惯性作用下发生反转，当螺杆泵井杆柱反转时棘爪会受重力和弹簧力的作用，与棘轮的刹车带啮合，继而启动防反转装置，通过该装置的摩擦力作用来消解螺杆泵井杆柱高速反转所产生的扭矩。

棘轮棘爪式防反转装置的结构比较简单，安装比较便捷，装置的整体造价较低，灵活性和操控性较强；但棘轮棘爪式防反转装置必须要在人为的近距离操作下才能启动，如果操作不当有可能造成摩擦面打滑，存在一定的安全隐患，并且在应用棘轮棘爪式防反转装置的过程中会产生较大的噪声，同时也会对装置造成较大的冲击和磨损，因此需要经常更换部件。

2.2 摩擦式防反转装置

摩擦式防反转装置是由能够识别正反转的超越离合器和闸瓦制动器两部分组成。在摩擦式防反转装置中，闸瓦与闸体通过铆接的方式连接，两个闸体分别拖紧外圈，在螺杆泵装置正常运行的情况下，螺杆泵的驱动装置处于正转的状态，也就是顺时针方向的转动，此时摩擦式防反转装置不会启动；而当螺杆泵在运行中突然停机造成反转时，螺杆泵的驱动装置呈现反转的状态，此时滚柱会进入星轮与外环当中，驱动该装置产生作用，在阻尼作用的影响下对星轮的转动进行限制，从而达到防反转的效果[1]。但由于摩擦式防反转装置的操作需要人为控制，操作不当很容易造成装置失效，并且更换该装置时还存在较大的安全隐患，因此目前在螺杆泵井的应用较少。

2.3 楔块防反转装置

楔块防反转装置的工作原理是依据超越离合器的工作原理。具体而言，当螺杆泵装置正常运行时，螺杆泵井杆柱处于正转状态，此时该装置中的楔块呈现正常排列的状态，与外环相互脱开，在这种情况下楔块防反转装置不启动；而当螺杆泵在运行中突然停机时，螺杆泵井杆柱发生反转，在反扭矩的情况下该装置反方向旋转，装置内的楔块呈现反方向的排列，与外环互相锁死，避免螺杆泵井杆柱的反转现象。

楔块防反转装置的构造比较简单，易于安装，操控性强，工作过程安全性高，不易引发安全事故，且该装置的使用寿命较长，不需要经常进行零部件的更换；但该装置的缺点是不能从根本上解决螺杆泵井杆柱的反转问题，在装置发生作用的情况下，一旦反转扭矩超过了楔块所能够承受的范围，就会引起楔块故障，造成装置失灵，并且该装置的日常维护存在诸多不便。

2.4 液压式防反转装置

液压式防反转装置的工作原理与汽车的刹车系统有一定的相似之处。当螺杆泵装置在运行中突然停机，螺杆泵井杆柱即将发生反转时，液压防反转装置中的液压马达就会启动，装置内的摩擦块通过液压油驱动作用在刹车盘上，释放出较大的反转势能，通过反转势能的作用达到消解螺杆泵井杆柱反转的目的。

液压式防反转装置的应用优势是该装置的运行状态稳定性强，安全可靠，不会产生噪声，也不会对现场的作业人员造成危害，且该装置的维修、更换和日常的养护比较方便，不存在安全隐患，并且该装置可以较彻底地解决螺杆泵井杆柱的反转问题，保障螺杆泵装置运行的安全性；液压式防反转装置的缺点是整体造价较高，且对于液压元件的品质要求相对严格，因此后期维修和更换元件的费用也会相对较高，并且该装置在运行过程中如果出现了油品变质或漏油等情况，有可能对液压防反转装置的性能造成影响，因此需要定期进行保养和维护。

3 应对螺杆泵井杆柱反转的措施

3.1 研发与应用更加安全可靠的防反转装置

通过对造成螺杆泵井杆柱反转现象的原因进行深入分析可以得出，引起螺杆泵井杆柱反转的主要因素就是杆柱储存的弹性势能以及油套压差的作用。针对螺杆泵井杆柱的反转问题，如不能采取有效措施加以控制，在反转速度较快、持续时间较长的情况下会产生一系列的严重后果，引发安全事故，对作业现场及人员造成极大的危害。因此，针对螺杆泵井杆柱的反转问题，相关人员应当加强技术研发与应用，在现有的防反转装置的基础上进行升级和改进，研发与应用更加安全可靠的防反转装置，确保在螺杆泵运行突然停机时可以安全释放扭矩，有效消除油套压差，减少因反转作用造成的安全风险。螺杆泵井杆柱防反转的常用装置，需要深入分析其工作原理及优缺点，在此基础上针对性地加以改进，从而提高防反转装置的稳定性与可靠性，减少装置使用中的安全风险，最大限度地保障螺杆泵设备的运行安全。

3.2 应用井下防倒流开关

井下防倒流开关的应用可以有效应对液力作用所引起的螺杆泵井杆柱反转问题。井下防倒流开关由盘、球、顶杆、销钉、变径接箍等部件组成，其在螺杆泵驱动装置中的应用可以减少螺杆泵在突然停机发生反转时所产生扭矩，降低反转的速度，减少因油套压差所引起的螺杆泵井杆柱反转问题。通过消解液力的作用来达到控制反转的目的，同时也解决了杆柱脱扣的问题。防倒流开关的整体构造比较简单，造价较低，安装也比较方便，目前已经在油田开发工作中得到了比较广泛的应用，且井下防倒流开关的稳定性强、可靠性高，应用前景广阔。

3.3 加强地面安全管理

为了有效控制螺杆泵井杆柱反转问题，不但要为螺杆泵设备配备相应的防反转装置，还需要在地面工作中加强安全管理，做好安全防护措施，减少螺杆泵井杆柱反转造成的不良后果。具体措施：①相关人员需要做好螺杆泵设备的日常检修、维护和保养工作，完善设备管理记录，不断积累经验，提高安全防范能力；②对螺杆泵设备的运行进行全程监控，及时发现螺杆泵运行中的异常情况，第一时间采取措施进行故障诊断和排查，减少反转的发生概率；③制定完善的应急处理预案，针对突发的螺杆泵井杆柱反转问题，应立即启动应急处理方案，降低安全事故的发生概率。

4 结语

螺杆泵是油田生产中的重要设备，螺杆泵井杆柱反转会对油田生产造成不利影响，一旦发生安全事故将会造成严重后果。针对螺杆泵井杆柱反转现象，需要结合造成反转的具体原因采取相应的处理措施，提高安全管理能力，减轻反转引发的危害。