| 标题 | 螺杆泵采油技术存在的问题及对策 |
| 范文 | 王志明 摘 要：分析了大排量螺杆泵井杆、管磨损原因，即主要由螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，并提出了优化下泵参数、杆泵优化匹配及全井扶正技术，采取井下安装单流阀、井口安装放气阀等技术措施，是解决抽油杆反转造成杆脱的有效方法，可降低杆、管磨损发生几率，应用效果明显。 关键词：大排量螺杆泵 杆管磨损 原因 对策 一、现场分析 统计大庆油田共有大排量螺杆泵197口，某采油厂在用井数就达到154口。一年内其中大排量螺杆泵共检泵83口井，其中因杆管磨损原因检泵的有65口井，分别占检泵井数和总井数的78.3%及42.2%；其它原因检泵的有18口井，分别占检泵井数和总井数的21.7%及11.7%。统计表明，杆管磨损是造成检泵的主要因素。 二、原因分析 分析了杆管磨损原因，为治理杆管磨损提供分析依据。首先通过统计杆管磨损井，归纳总结出泵型、杆结构、转速与磨损的关系，磨损的特征，找出杆管磨损的规律，再通过理论分析，找到造成磨损的根本原因。 （一）现状调查与分布规律 （1）磨损区域。螺杆泵井杆管磨损是从某一深度开始，在该深度以下开始磨损，且越往下磨损越严重。磨损开始的部位中下部居多，中下部开始杆管磨损的井占87.5%。 （2）杆结构。统计磨损井49口，空心杆的磨损率高于实心杆。 （3）转速。统计杆管磨损井48口。统计表明，转速小于100r/min的井仅占2.11%，高转速的井磨损率高于低转速井。 （4）磨损现象。一是抽油杆靠在油管壁上，靠一侧磨损，将油管管体磨出裂缝；二是杆和管壁上呈现圆周磨损的痕迹；三是杆体未磨，杆箍处磨损。 （二）全井扶正技术 某采油厂80%的大排量螺杆泵井进行了全井扶正试验。由于近50%大排量螺杆泵井都发生不同程度的杆管磨损现象，按照不同深度优化布置扶正器的156口井中仍有杆管磨损发生，安装扶正器的部位杆管磨损情况虽有所减轻，但在未安装扶正器的部位仍然发生杆管磨。LA井于2005年10月31日检泵，第83根油管下部磨出一条长约0.3m裂缝，有74根杆体杆箍有磨损痕迹。重新下泵时，我们对该井进行了全井扶正，共安装扶正器108个。为验证全井扶正对抽油系统的影响，我们把井况相近，扶正器布置不同的的井与之比较。两井均为GLB1200-14型螺杆泵，LB井转速103r/min，产液138t/d。扶正器布置为：光杆下连续2根、转子上连续10根各布1个，其余每2根布一个。对两井进行扭矩测试，LA井液面536.4m，测试扭矩为861Nm，LB井液面558.3m，扭矩为850Nm。测试表明，两口井况相近，虽扶正器布置不同，但扭矩的差距不大，可见全井扶正并未使扭矩大幅度增加。 三、应用对策 针对转速高、过流面积小、杆体、杆箍磨损，管柱弯曲，从三方面研究对策。 （一）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，要有效的减轻杆管磨损，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，我们在下泵设计时，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。因此重新计算了各种泵型中低转速时，对应的实际排量。确定泵型和转速，优选大泵，均以最低转速投产。至2005年底优化设计下入101口井，借检泵时机换大泵2 6口井，平均转速为101r/min。目前这些井均未因杆管磨损、杆断原因造成检泵。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Φ28mm实心锥扣SHY级工艺杆取代原Φ38m m及Φ42mm空心D?级杆。Φ28mm SHY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、Φ42mm空心杆相比增大过流面积，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，防止因偏心矩引起的弯曲和扭矩过大而产生杆断，达到防治杆管偏磨和杆断的目的。目前GLB1200-14型螺杆泵上试验了45口，未发现杆体扭断现象。 （二）杆管磨损理论分析 （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。 （2）离心惯性力作用。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，杆柱横截面将以稳定的转速杆柱弯曲中心线自转。当井较深，杆柱的长度相当大，杆柱弯曲和拉压刚度相对较小，公转和自转的。 （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。 （三）配套技术 （1）井下安装单流阀.在螺杆泵吸入口处，安装单流阀，来减少作用在杆柱上的反转势能，降低反转速度，减少地面驱动装置防反转系统的工作负荷。当螺杆泵停机时，单流阀工作，油管内的高压液体不能或者是缓慢流回井底，或者高压液体回流过程中不会造成杆柱反转. （2）井口安装放气阀.当套压大于阀的调定压力时，放气阀自动打开，气体进入输入管线；当套压小于阀的调定压力时，阀关闭。从而保证套压始终不致过高，降低油套环空对泵的液力作用，防止转子在液力作用下正转，实现杆柱防脱。 四、结束语 螺杆泵井杆、管发生磨损的根本原因是由于二者之间存在的接触载荷造成的，但接触载荷的产生及大小受到多种因素的综合影响。因此，应该从多方面着手采取综合配套技术措施才能有效地减轻杆、管磨损程度；全井扶正可减轻、减缓磨损，对扶正器限位可防止杆接箍磨损；对大排量螺杆泵井的锚定方式及工具需进一步的优化与完善。 参考文献： [1]陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社，2004. |
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