论螺杆泵采油技术的改进和应用

姚秀奇

【摘要】螺杆泵采油技术在采油工作中优点突出，具有节约能耗、提高效率、减少工序、节约成本的优势。但是也会存在井杆、井管磨损等问题出现，从而影响采油工作的进行，导致采油效率降低，影响经济效益。本文针对螺杆泵采油技术易出现的问题进行分析，并采取相应措施加以解决。

【关键词】螺杆泵 采油技术 应用探讨

螺杆泵采油技术在采油工作中优势明显，具有节约能耗、提高效率、减少工序、节约成本的优势。但是也会存在井杆、井管磨损等问题出现，从而影响采油工作的进行，导致采油效率降低，影响经济效益。本文针对螺杆泵采油技术易出现的问题进行分析，并采取相应措施加以解决。

1 螺杆泵技术应用中存在的问题及原因分析

螺杆泵在采油工作的应用过程中易出现杆管磨损、磨损井等问题，分析其原因，为治理杆管磨损提供分析依据。通过统计杆管磨损井，归纳总结出泵型、杆结构、转速和磨损之间的关系，从而找出杆管磨损的规律，经过分析与比对，找到造成磨损的根本原因。

1.1 磨损井问题及原因

从磨损井的磨损区域来看。螺杆泵井杆管磨损是从某一深度开始的，在该深度以下开始磨损，且越往下，磨损程度越严重。经过调查，磨损开始的部位以中下部较多，中下部开始杆管磨损的井占百分之八十六点九。从杆结构来看，我单位统计磨损井五十口，空心杆的磨损率要高于实心杆，空心杆磨损情况严重。从转速来看，高转速的井磨损率高于低转速井。经过统计杆管磨损井五十口。分析可见，转速小于100r/rain的井仅占百分之三，由此可见，高转速的井磨损率高于低转速井。从磨损的现象来看。抽油杆靠在油管壁上，靠一侧磨损严重，易把油管管体磨出裂缝；井杆和管壁会呈现圆周磨损的痕迹；杆体磨损较少甚至不磨损，但杆箍处磨损较多。

1.2 杆管磨损问题及原因

通过转子偏心运动理论来分析杆管的磨损原因。螺杆泵的结构特征和转子的偏心运动特征，决定了转子和与转子相连接的底部抽油杆做偏心旋转运动。转子的偏心在三至十毫米，因为油管和抽油杆间的环空有限，倘若不采取相应的措施，一定会导致底部抽油杆和油管之间的磨损。

通过离心惯性力作用来分析杆管磨损的原因。因为杆柱的质量中心偏离竖直井简的几何中心线，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问隙时，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，与此同时，杆柱因为弯曲刚度和拉压刚度会产生弹性恢复力，如果平衡的时候，杆柱弯曲中心线会以稳定的弓形面绕井筒轴线做公转杆柱横截面把以稳定的转速以杆柱弯曲中心线自转。如果井较深，杆柱的长度相当大时，杆柱弯曲和拉压刚度相对较小，公转和自转的差别可以不区分，即可认为杆柱中心线的弓形面将以地面转速绕井筒中心线旋转。此时检泵就会发现杆在管壁上呈圆周磨损的痕迹。螺杆泵工作时，离心惯性力所引起的弯矩与转速和两扶正器的间距成正比，即转速和扶正器间距对弯矩影响大。当转速较高，不安装扶正器或扶正器布置较少时，离心惯性力引起的弯矩也就随之增加，导致杆柱弯曲，增加了杆、管磨损的几率。

通过油管弯曲来分析杆管磨损的原因。一般情况下，对于直井而言，油管发生弯曲主要有两种情况：其一，在钻井过程中井筒本身存在着“狗腿”（ 钻井中，井身局部段弯曲曲率半径很小，即突然弯曲形似“狗腿”。“狗腿”能造成卡钻、蹩断钻杆和下套管困难等事故。），井筒的弯曲导致油管管柱弯曲；其二，当前螺杆泵井较多采用的支撑卡瓦，因为其坐卡方式（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。

2 螺杆泵技术应用改进措施

2.1 应用螺杆泵电加热系统防脱断技术改进螺杆泵井杆柱脱断。

解决方法如下：其一，采用阻尼式液压驱动装置，提高防脱断能力。阻尼式液压驱动装置具有双液压刹车系统，停机后，不用任何操作，光杆扭矩自动缓慢释放，直到恢复自然状态。其二，电加热抽油杆采用锥形丝扣的螺纹，比一般抽油杆要多三扣，O型圈可耐一百五十度的高温，使螺杆泵电加热抽油杆的防脱断和密封能力提高。其三，电加热抽油杆采用炖杵、摩擦焊两种形式制造，经过中频调质处理，电加热抽油壁厚达到五至六毫米，接头外径五十六毫米，可以有效地消除抽油杆的薄弱环节，提高防脱断能力。

2.2 优化下泵参数，确保螺杆泵能高效、长期正常运转

为确保螺杆泵能高效、长期正常运转，一定要确定合理的下泵参数。从检泵原因分析可看出，要有效地减轻杆、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。所以，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。

2.3 其它配套技术改进，实现杆柱防脱

井下安装单流阀，实现杆柱防脱。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。

井口安装放气阀，实现杆柱防脱。井口安全防护装置主要包括光杆方卡防护器、皮带防护罩，主要是避免方卡松脱飞出、光杆甩弯、皮带轮飞出伤人等问题，避免对现场人员的伤害。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。

设计内扣光杆螺杆泵驱动杆普通光杆上部为外螺纹扣，在完井提防冲距后，往往井口遗留高度在一至一点五米之间（预留卡子高度零点二米，提防冲距零点八至一点四米），在高速运转情况下，上部光杆易出现弯曲、断裂的事故，是现场一大安全隐患，因此可以专门设计内扣光杆，采用专用提捞杆，完井时杆柱到位后，光杆顶部留在井内，用专用提捞杆进行调整防冲距，调整光杆遗留高度零点三米左右完井，有效保证现场安全。

3 结束语

综上所述，螺杆泵井杆、井管发生磨损主要是两者接触载荷所致，从而影响采油工作的进行，导致采油效率降低，影响经济效益。本文针对螺杆泵采油技术易出现的问题进行分析，并从应用螺杆泵电加热系统防脱断技术、优化下泵参数等方面进行探讨，采取相应措施加以解决。希望在推广应用中，起到积极的作用。

参考文献

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