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            螺杆泵常见故障及解决方法
            添加:2020-7-9 14:51:58    游览:1055    来源:网络

              摘 要: 分析螺杆泵在油田作业中的常见故障,给出相应的解决办法并提出合理化建议,在实际生产中取得了良好效果。

              关键词: 螺杆泵;故障;解决措施

              0 引言

              根据驱动方式不同,螺杆泵可分为地面驱动螺杆泵和井下电动螺杆泵。目前,油田多采用地面驱动形式的螺杆泵,主要用于高含气、高黏度和高含砂油田。作为新型的人工举升设备,通过多年的实际应用和不断优化,螺杆泵技术已经得到了大范围的推广应用,各种性能得到了优化改进,为油田企业创造了很好的经济效益。以 GLB120-27 型螺杆泵为例,分析探讨其在油田作业中的常见故障及解决方法。

              1 螺杆泵工作原理和结构组成

              1.1 工作原理

              地面驱动装置将扭矩和转速利用抽油杆传递给螺杆泵转子,由于螺杆泵转子和定子组合成密封空腔,当转子不断转动时,密封腔沿轴向从吸入端向排出端运动,密封腔体在排出端消失,同时在吸入端生成新的密封腔,密封空间充满的油液随着腔体的运入被挤出到腔体排出端,密封腔体的不断移动,实现油液的输送。

              1.2 结构组成

              地面驱动的螺杆泵应用较早,技术较为成熟。而井下驱动螺杆泵由于省去了地面驱动,减少转动环节带来的能量损失,系统的效率较高,可以达到节能效果,该型式的螺杆泵在国内还处于试制阶段,没有大范围应用。地面驱动的螺杆泵由控制柜、驱动电机、减速装置和光杆密封器等构成。电网电能通过控制柜驱动电机转动带动抽油杆转动,位于抽油杆下侧的螺杆泵转子生成扭矩和转速。井下螺杆泵主要由转子和定子构成,转子由高强度钢材加工而成,具有足够硬度且耐磨性好,表面进行镀铬处理。

              定子优质钢管内部经过硫化处理而形成的双头螺旋线体,内部衬有橡胶结合,具备足够弹性,井下螺杆泵是采油泵系列中结构较为简便的一种[1]

              2 螺杆泵常见故障及原因分析

              2.1 驱动电机烧毁

              如果井下的油液黏度太高、胶质及沥青物质数量较多,在螺杆泵旋转带动之下,油液会呈现出乳化状态,形成油包水形式的乳状液体,该液体的黏度随乳化程度的上升而不断增大,会产生大于螺杆泵负载能力的问题。地面驱动装置故障会导致设备负荷变大,滚珠轴承的损坏较为严重,动力输入端轴齿面以及主锥体齿面的间隙大于设计值,会使承载力出现不均匀现象,设备负荷随之增大,油液在螺杆泵举升之下黏度不断变大,因此,螺杆泵井回压值过大,必须经过洗井后才可以重新开采,地面集输管线也需要扫线后才能正常使用,乳状油液的黏度对温度的敏感性很低,采用加温方式减小油液黏度达不到理想效果,大多采用将转子提出油井泵筒后再进行反洗井作业。

              从理论上分析,螺杆泵对油液的砂含量不是十分敏感,但这只针对普通螺杆泵而言。螺杆泵装置在正常采油作业时具有很大的排量,砂粒会随着油液的流动而表现出上升的趋势,具备一定的携砂能力。当螺杆泵装置停止运转时,砂粒会从原来的上升变成下降,使螺杆泵输出扭矩不断变大,极有可能造成驱动电机烧毁或者皮带断裂,情况严重时会由于沉砂而产生卡井问题。与此同时,含砂量的增多会加重螺杆泵定、转子磨损,缩短螺杆泵的寿命[2]

              2.2 抽油杆脱扣

              螺杆泵负载和扭矩过大,停机后杆柱会产生高速反转而使抽油杆脱扣。螺杆泵卡泵时的扭矩会显著变大,抽油杆柱形成较大的弹性形变势能,如果螺杆泵装置停机,杆柱内形成的弹性势能必须释放,抽油杆柱则会高速反向旋转,弹性势能释放后,杆柱上部由于惯性的作用而不断旋转,会造成杆柱连接部位脱扣。螺杆泵装置如果突然停止工作,油井内的动液面深度较大,螺杆泵装置在油井管柱内的液力影响下

              泵的转子反向旋转,杆柱由于反向旋转而脱扣。很多油田应用的油管锚装置都采用机械式座封,座封作业时必须依靠油管加压才能完成操作。而加压会使油井内的油管产生大的弯曲变形,抽油杆的受力情况会更加恶劣,座封力不容易控制,从而使油管脱扣。

              2.3 驱动装置密封性差

              地面驱动装置密封的主要 2 个关键部位,一个是减速装置的油封密封,另一个是井口装置的盘根密封。特别是井口盘根密封不良导致的漏油,盘根部位多采用 O 形复合材料,光杆在运行过程中会产生很大的磨损,光杆外径不断变细。加入新的盘根后,由于盘根的可塑性并不理想,光杆与盘根装置间的密封间隙变大,盘根部位会产生漏油现象。

              2.4 油井内情况判断不准

              目前还没有对井下螺杆泵工作状况进行有效监测的方法,对泵体情况进行诊断主要采用 2 种办法: ①监测电机工作电流,观察电流值是否运行在正常区间; ②采用井口憋压的方法测试压力降情况,对油井、套压的变化情况进行监视,从生成的测试曲线诊断螺杆泵体的运行情况。

              3 螺杆泵常见故障的解决办法

              3.1 对螺杆泵电流进行实时监测并根据实际情况采取解决措施螺杆泵的运行电流与扭矩之间呈正比关系,如果油井出砂较为严重,运行电流则呈现上升趋势,相应的输出扭矩不断变大。因此,对螺杆泵的运行电流进行监测,根据实际情况采取应对措施,可以有效避免运行故障。如果运行电流变大,可以采用高压大排量水进行冲砂作业,使螺杆泵的输出扭矩变小,防止由于扭矩过大导致的电机损坏。例如,某采油厂螺杆泵井正常产液量 62 t,每天产油量 1.5 t,含水率 99%,电机的运行电流 20 A。某日突然发现运行电流上升至 35 A,并且呈现上升趋势,油井有卡井迹象,针对该油井近年出砂状况进行分析,砂柱最高可达88 m。采用高压泵车进行洗井作业,作业完成后,运行电流 18 A,每天产液量 65 t,每天产油量 1.3 t,含水率 99%,恢复正常状态。定期对油井进行洗井作业,可以有效避免由于出砂造成的螺杆泵故障。

              3.2 加强地面管理、监测运行数据

              螺杆泵启动运行前,必须要对每个零部位进行仔细检查,查看安装是否牢靠,检查电机性能,运行方向必须符合设计要求,保证抽油杆处于上扣状态。检查减速装置,正常运行时没有有异常响声。箱体的运行温度应<50 ℃,检查是否有渗漏现象。检查油面高度,油品变质应及时更换。检查刹车装置,查看刹车系统配件是否完好,当螺杆泵停止运行,上部杆柱在惯性力条件下会产生反转,如果产生停机,刹车装置则会将抽油杆抱死,防止出现反转现象,保证杆柱不会脱扣。

              科学调整油井的运行参数,保证油井具有合理的沉没度。螺杆泵井的沉没度是衡量油井运行情况的重要指标,如果沉没度太高,油井的产液量会受到直接影响。而沉没度太低,螺杆泵的吸入情况变差,定子橡胶由于油液量的变少而发热,问题严重会造成定子损坏,螺杆泵的效率会相应降低,如果泵效指标持续下降,定、转子之间摩擦产生的热量无法散发,温度会显著上升,长期在该工况下运行,螺杆泵会被烧毁。因此螺杆泵运行过程中,必须要控制好沉没度。

              还应加大对维护管理人员的培训力度,掌握螺杆泵的原理和构造,学习地面驱动装置和电控柜相关知识,常见故障可以及时维修,防止由于操作原因引起的停井。

              3.3 螺杆泵工况诊断技术

              (1)电流诊断法。监测电机工作电流值是否正常,例如某油井正常的产液量 80 t/d,产油量 1.4 t/d,含水率 98%,驱动电机运行电流 30 A。某天驱动电机运行电流减少至 10 A,而该电机的额定运行电流 12 A,从运行电流的变化可以判断出该油井光杆脱落,油井作业时发现直径 36 mm 的光杆出现了断裂。

              (2)憋压诊断法。对井口回压闸门进行憋压,监测油管、套管压力,根据压力情况进行分析判断。如某油井正常油管压力0.35 MPa,套管压力 0.25 MPa,某天出现井口油液无法产出问题,对该井口进行憋压测试,发现油管压力没有上升,而且和套压无法相符,则诊断为抽油杆断裂,油井作业时发现第 28 根油杆脱扣。

              4 结束语

              通过对螺杆泵井进行有效的管理,分析实际运行情况,发现问题并采取相应的解决措施,自 2017 年以来还没有出现螺杆泵被烧毁的现象,检泵作业减少 15 次,节省作业费用 105 万元人民币,避免更换 6 台驱动电机,传输皮带 115 副,减少费用支出22 万元人民币,原油产量增加 160 t。

              参考文献

              [1] 邹伟.潜油螺杆泵工作特性分析及在线故障诊断研究[D] .西安:西安石油大学, 2015.

              [2] 张亚静.双螺杆热油泵常见故障分析及应对策略探讨[J] .化工管理, 2015(10): 151-152.

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