浅析螺杆泵工况诊断方法

任恒飞

【摘 要】本文主要阐述了油田采油系统螺杆泵工况诊断方面的内容，系统的分析了螺杆泵采油系统的工况及诊断方法，并提出需要改进的未完善之处。

【关 键 词】螺杆泵、采田、工况、诊断

【中图分类号】 F407.4【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0224-01

前言

随着螺杆泵在采油系统的应用规模不断扩大，因螺杆泵产生的故障问题也越来越多地暴露在我们面前，其中最主要的几种故障是：抽油管断脱，油管漏失，油管结蜡，螺杆泵漏失，转子磨损，定子橡胶溶胀，卡泵等。螺杆泵工况诊断分析方法的类型是丰富多样，其中主要包括憋压诊断法、电流诊断法和光杆受力诊断法三种。

一、憋压诊断法

憋压法诊断技术是利用憋压曲线来对螺杆泵采油系统的各种工况进行定性解释的。螺杆泵井采油系统的憋压分析是以关井后油压与时间的关系曲线为主要依据的定性分析方法。常用的三种憋压手段包括：

1）开机憋压（常规憋压）：是指油井在正常生产时，通过关闭生产闸门来提高油压的憋压方法。

2）关机憋压（高压憋压）： 是指油井在停止生产时，通过关闭生产闸门来提高油压的憋压方法。关机憋压通常是在油井经历了开机憋压处理，油压已经达到一定值后进行的后续憋压处理， 是一种在相对高压下进行憋压的方法。

3）停机憋压：是指在将正常生产的螺杆泵停转的同时关闭生产闸门进行憋压的方法。

现场试验时，首先需要在螺杆泵运行状态下，关闭回压闸门，测取一条压力与时间的关系曲线；然后，在停机状态下，用相同方式再测取一条压力与时间的关系曲线。最后，比较测得的两条憋压曲线的变化趋势，分析两条曲线中各种压力的变化规律中反映出来的各种螺杆泵井采油系统的工作状况信息。

憋压诊断法可以有效的分析出系统的四种常见工况： 正常工况、杆柱断脱、油管漏失、泵漏失。憋压法工况分析的主要优势在于其对所分析油井的各方面基础数据没有具体的要求，整个工况分析过程方便、快捷、简单、可靠，从而大大提高了工作效率。但其分析范围较窄，只能对油井工况作一些简单的分类处理，精细的工况诊断还是的依靠其他诊断技术。

二、电流诊断法

电流诊断法是通过观测电动机的电流值随着时间的变化情况来分析螺杆泵井采油系统的工况。其中电流指标的类型根据其值的范围主要分为：

接近电动机空载电流，工作特性是：（1）无排量，油套管不连通。（2）油管和套管连通，无排量或者排量较小。其故障形式依次为：（1）抽油杆柱断脱，定子脱胶。（2）油管断脱或油管严重漏失。

接近电动机正常电流，工作特性是：（1）排量较小，液面较浅。（2）排量较小，液面较深。其故障形式依次为：（1）油管漏失，定子严重磨损、漏失。（2）供液不足，含气量大。

明显高于电机正常运转电流，工作特性是：（1）排量降低，油压显著增高。（2）投产初期排量正常。（3）排量正常。（4）排量较小，油压正常。其故障形式依次为：（1）输油管线堵塞。（2）定子橡胶膨胀，过盈量增大。（3）抽油杆柱与油管内壁摩擦。（4）严重结蜡。

周期性波动电流，工作特性是：脉动性产液。其故障形式为：转子不连续转动，过盈量偏大。

可以根据这些电流指标来判断驱动电动机的负载情况，进而了解井口设备所承受的井下部件重量的情况。但是仅仅用电流数据时无法准确判断出系统的工况的。因此，电流法不能只关注于驱动电机的电流变化，它还需要和油井的排量、油压、动液面等因素相结合，来共同判断现实情况下螺杆泵采油系统的工作状况。

三、螺杆泵井光杆受力诊断法

螺杆泵井工况诊断的任务是研究螺杆泵井下设备（井下泵、油管、抽油杆、配套工具等）在举升介质过程中的工作特性的变化规律。因此，研究对象包括：被举升的流体、井下泵、抽油杆、油管及配套工具。为了简化诊断模型，根据油田实际情况，对螺杆泵井举升系统模型作如下假设：（1）油井为垂直或倾斜方向，无弯曲形变；（2）油管内流体为气液两相流；（3）油管均为两端锚定，无轴向形变；（4）抽油杆轴线与井筒轴线重合，抽油杆与油管无直接接触。

螺杆泵井工作时，杆柱的载荷主要来自两个方面：扭矩和轴向力。扭矩主要由三个部分组成，定转子过盈产生的初始扭矩、井下泵举升井筒流体产生的有功扭矩和杆液摩擦扭矩。轴向力来自四个方面：抽油杆自重、抽油杆在采出液中的浮力、采出液向上流动时对抽油杆向上的摩擦力、液体压力作用在转子上的轴向力。

当举升系统出现异常时，扭矩和轴向力的幅值和曲线会发生不同程度的变化。根据这一特点，可以对螺杆泵井的工况类型进行确认和分析。鉴于光杆扭矩和轴向力在螺杆泵井系统诊断中的重要作用，可用螺杆泵井专用测试仪在现场进行应用。该仪器可实现扭矩和轴向力的实时安全测试，并能在恶劣气候条件下使用，为螺杆泵井诊断提供了测试手段。

螺杆泵特性曲线的主要应用是计算出螺杆泵的工作参数，然后绘制其在典型的螺杆泵性能曲线图中的工作点，确定该点在螺杆泵特性曲线中的位置。一般的，将整个螺杆泵特性曲线分为最佳工作区域、一般工作区域和恶劣工作区域三个大的区域。在泵效最高点附近（一般取最高效率点的80%）处划两条竖线，两条竖线中间的区域为最佳工作区域、最佳工作区左边的是一般工作区域，最佳工作区右边的是恶劣工作区域。在整个生产过程中， 螺杆泵的工作点应保持在的最佳工作区域内。典型的螺杆泵性能曲线及其分区如图1所示。

当螺杆泵井采油系统正常工作时，光杆轴向力和光杆扭矩在稳定时，为平稳直线，且处于正常工况界限以内；而当其出现各种故障情况时，光杆轴向力和光杆扭矩对应的曲线则会出现不同程度的波动，所处范围也将不在正常范围之内。据此即可对螺杆泵井采油系统的工况类型进行有效的分析研究。根据长期试验和现场生产经验统计，将螺杆泵井采油系统正常工作压差设定在最大扬程值的30%处的压力与容积效率为65%处的压力点之间，并据此推算出正常工况对用的光杆轴向力和光杆扭矩的范围分别在之间和之间，其中、为对应的光杆轴向力和扭矩，而F为对应的光杆轴向力和扭矩。并根据螺杆泵系统在螺杆泵特性曲线中所处的区间，将其划分为：正常、杆断、结蜡或定子溶胀、参数偏大、参数偏小五个部分。

结束语

为了避免这种不必要的损失，我们必须找出有效地方法在不影响生产的前提下，对螺杆泵的工作状况做出判断，从而提高螺杆泵的工作可靠性，找出科学管理螺杆泵的方法。