螺杆泵井测试诊断技术-

螺杆泵转子在定子内转动，定子受到一个反向扭矩的作用。它的大小不仅取
决于泵本身，同时与原油物性有关。如果原油粘度高、含蜡高，反扭矩大，螺杆 泵下部锚定工具不灵或没有锚定，在反扭矩作用下，使定子上部油管卸扣，造成 油管脱落。 (2)油管脱落特征 油管脱落后，油井没产量；电机运转电流小：停机光杆不反转；抽油杆下放 探不到底。
将所受载荷和扭矩转变为电信号；
接受传感器产生的电信号并发射出去；
接受信号并把信号传递给计算机;
对接受信号进行处理分析，绘制出工况曲线。
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典型测试数据分析
载 荷 曲 线
扭 矩 曲 线 转 速 曲 线
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3)电参数测试诊断法
电参数法测试技术的基本原理是： 每秒钟测试几十个点的电流、电 压和功率因数等电机工作参数，考虑 电机的内部损耗，准确计算出电机同 期的输出轴扭矩，进而折算得到光杆 扭矩。利用光杆扭矩值及其变化规律 为依据，对螺杆泵井抽油杆柱的受力 情况进行分析。 该方法的特点是： ①现场测试操作方便，测试所需基础 数据容易准确读取。 ②可以不停井进行螺杆泵井的监测与 测试，方便油田生产。
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由电参数计算电机轴扭矩的计算方法
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由电参数计算电机轴扭矩的计算方法
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二、螺杆泵井故障分析
1 蜡堵 (1)造成蜡堵原因
螺杆泵采油对稠油井有较强的适应性，但对含蜡高、结蜡严重的油井，与其
他机械采油方式效果一样，如果管理不善或热洗清防蜡不彻底，久而久之，就会 造成结蜡，甚至蜡堵，使油井无法正常采油而停机，甚至造成抽油杆扭断。 (2)蜡堵特征 螺杆泵采油井在油管内壁结蜡是一个渐变过程，随着结蜡不断增多，造成油 管内径变小，抽油杆的摩擦扭矩增大，结蜡严重时，造成油管堵塞，抽油杆与油 管和结蜡层直接摩擦，扭矩急剧增大，使电机运转电流、功率和光杆扭矩明显增
M 1.正常 2.杆断脱 1 2
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t
泵漏失故障电流随时间变化
杆断脱故障电流随时间变化
应用实例
• 1）电参数法诊断
• 在胜利油田测试3-2-669井，油井正常生产一段时间后，油井逐渐不 出液，现场测试电参数如图。
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应用实例
功率与时间变化关系曲线
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应用实例
电机输出轴功率与时间变化关系曲线
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2
• 如何加强螺杆泵生产系统工况诊断是提高螺杆泵油井科学管理水平的关 键。螺杆泵油井工况诊断可以使油井生产管理者全面监测螺杆泵生产井 的井下工作状态，判断分析有无故障及故障原因，从而挖掘油井潜力， 保证设备安全、可靠、有效地工作，延长检泵周期，最终达到科学化管 理螺杆泵生产井的目的。 • 目前国内外螺杆泵诊断技术主要有以下一些方法： 1)生产参数经验诊断法 2)光杆受力测试诊断法 3)电参数测试诊断法
速反转，也会造成抽油杆倒扣和脱扣。
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螺杆泵井故障分析
(2)抽油杆断脱特征 抽油杆断脱后，油井无产量；电机电流瞬时下降；停机抽油杆不反转；采用
人工盘转抽油杆扭矩较小，测量得到的扭矩比正常时减小，载荷减小，由载荷值
可以较准确计算出断脱位置。 (3)抽油杆断脱后的处理方法 发现抽油杆断脱后，先采用上提抽油杆，根据上提杆自重，初步判断断脱深 重新下杆柱。 (4)抽油杆断脱预防措施
1)抽油杆断脱 (1)造成抽油杆断脱原因 造成抽油杆断脱的原因是多方面的: 第一，是因管理不善，没能定期洗井或洗井不彻底，造成结蜡严重，使抽油 杆在油管内旋转过程中，摩擦力增加。结蜡严重时，使抽油杆被卡，当过流保护 失灵或过流保护电流调的过高、保护时间设置过长等，就可使抽油杆扭断(位置
可发生在结蜡点以上位置)。
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螺杆泵井故障分析
2 漏失----- 2)泵漏失 (1)现象
油井产量低或无产量；电机正常运转，有些井电流低于正常运转电流；油井
憋压不起。 (2)原因 泵定、转子过盈配合不够，定子在生产过程中磨损。
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螺杆泵井故障分析
(3)原理 油井产出液经泵加压，泵排出的液体克服油管柱压差举升到井口，泵进出口 现象，有液体漏失，使泵的实际排量小于理论排量。 (4)危害 油井产量降低；漏失量严重时井口无产量，被迫停机。 (5)解决办法 起出泵，更换新泵后重新下井。
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由电参数计算电机轴扭矩的计算方法
电流诊断法通过测试驱动电机的电流变化来诊断泵工作状况，电流综合了 螺杆泵油井系统的受力变化。这种诊断方法的好处是仪器简单，测量方便，其缺
点是不能区分整个采油系统各部分受力对电流的影响，也就不容易确切判断故障
的位置和原因。 由现场测试得到的电机工作电流，有一部分消耗在电机的损耗上，对诊断有 意义的是电机的输出轴功率，因此需要由电流换算成电机输出轴功率。
Q 1440 q n 10 6
式中： Q——螺杆泵理论排量，m3/d； q——螺杆泵每转排量，ml/r； n——转子转速，r/min。
光杆轴向力、扭矩测试曲线
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应用实例
• 启动后，载荷和扭矩都出现不同程度波动，且载荷值由以前正常生 产时计算和测试得到的44KN下降到25KN，结合该井不出液、载荷值为 25KN的现状，判断该井为杆断，经软件计算初步判断杆断位置在井下
580m附近，后经作业证实该诊断结论和判断位置正确。
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由测试数据可以看出，工作扭矩很小，只有20N.m，而且扭 矩波动范围达到20N.m，再配合载荷值的计算，说明该井是 底部杆断脱。
存在压差，当压差大于泵定、转子过盈配合密封能够承受的压差，则产生“击穿”
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螺杆泵井故障分析
3 卡泵 (1)卡泵的原因
卡泵的原因很多，任何导致转子旋转阻力过大的原因均可能造成卡泵。
定转子的静摩擦力和动摩擦力增加，加大了螺杆泵的启动和工作扭矩。 螺杆泵每个腔室相互并不连通，泵转子在运转过程中，不同腔室内的液体压 力由于油管内液体的作用逐渐增加；同时因定、转子是窄面接触，所以每个腔室 的液压力表现为静吸附力。螺杆泵启动时，转子必须克服静摩擦力又要克服吸附 力。 螺杆泵停机过长。启机时，转子的启动扭矩因静摩擦力和静吸附力所产生的
度，采取作业方式或打捞抽油杆和泵转子。如果属蜡堵，必须彻底清蜡和洗井后，
作业时抽油杆扣要按标准扭矩上紧丝扣，生产过程中经常监测螺杆泵运行工
况，尤其要密切观测电机电流变化情况。如有电流升高，就应全面检查，找出原 因。同时要确保洗井加药周期并保证清蜡彻底。
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螺杆泵井故障分析
2)油管断脱 (1)造成油管脱落的原因
机组启动时，电机运转电流直线上升，光杆在最初旋转几转后就停止不转了。
负荷等于抽油杆自重时，方可启机。如果有变频调速装置，可采用慢速启动方法
启动起来后调整到正常转速。 (4)预防措施 螺杆泵采油井下泵完成作业后，应快速投产运转，若确有某种原因需停机， 则停机时间不得超过6小时。
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螺杆泵井故障分析
4 断脱
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螺杆泵井故障分析
2 漏失-----1)油管漏失 (1)现象
油井产量低或无产量；电机正常运转，有些井电流低于正常运转电流；油井
憋压不起，有油套连通现象。 (2)原因 作业时油管扣没上紧；作业时油管扣已损坏没检查出仍使用后漏失；停机时 造成泵上部油管倒扣松动漏失；油管被抽油杆磨漏。
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螺杆泵井故障分析
螺杆泵(转子)转动一周(2π)时，封闭腔中的液体将沿轴线移动T的距离， 在任意横截面中，液体占有的面积为定子橡胶衬套截面所包围的空腔截 面与螺杆截面积之差，因此单螺杆泵每转的理论排量为：
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Q＝４eDTn Q＝４eDTn
螺杆泵理论排量如何计算 ？
理论每转排量公式如下：源自q＝４eDT现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量， 公式如下：
高，电机启动困难，甚至三角皮带打滑、光杆卡子打滑无法启机。
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螺杆泵井故障分析
1 蜡堵 (3)蜡堵后的处理方法
发现结蜡，应用吊车上提光杆转子，使转子脱开定子以上1～l.5m。油套连
通后，采用热洗法彻底洗井或加药清蜡。若洗不通，起出抽油杆彻底清蜡。 (4)蜡堵预防措施 加强管理，以防为主。预防井内形成结蜡条件，关键在于制定合理的洗井周 期，并保证清蜡彻底，或采用电加热方式避免井筒温度场低于结蜡温度。还可根 据具体条件采用定期加药方式，防止结蜡或蜡堵。
阻抗扭矩造成启动困难或不能启动。
定转子出厂时配合过赢偏大，或定子橡胶溶胀、受温度影响等因素造成过赢 偏大，或定子脱胶，造成卡泵。 油井出砂，停井时油管里的砂沉淀在泵上油管内，造成启动困难。
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螺杆泵井故障分析
3 卡泵 (2)机组启动困难的特征 有时电机继续旋转，皮带打滑，或光杆卡子在光杆上打滑，但光杆不继续旋转。 如电控箱过流电流设置偏高，过流时间设置过长等还可能造成抽油杆扭断、电机 烧毁等故障。 (3)启动困难的处理方法 一但发生启动困难，不可强行启机，应用额定负荷大于杆重一倍的吊车或起 吊设备和专用工具缓慢上提光杆。上提高度的1米，并重复起下几次。发现上提
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把电参数测试及电机扭矩计算集成在控制柜内，是今后发展的迫切要求。
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三、螺杆泵采油系统杆柱受力分析
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螺杆泵有哪些重要结构参数？
螺杆泵三个重要的结构参数：
e ——转子偏心距，mm； D ——转子截圆直径，mm； T ——定子导程，mm。
T
e
D
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螺杆泵理论排量如何计算 ？
已知单螺杆泵转子偏心距e，转子截面圆直径D和定子导程T，推导单螺杆 泵每转的理论排量计算公式 解： 如图所示： 定子空腔的截面积为两个半圆和一个长方形组成， 转子的截面是圆， 由定子空腔与转子形成的空腔截面积为 ：
应用实例
电机输出轴扭矩与时间变化关系曲线
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应用实例
由测试曲线可以看出，电机的输入电流、功率、轴功率和轴 转矩在启动过程中没有正常测试曲线中的启动峰，结合该井不出 液的现状，判断该井为泵压头不足，为漏失故障，后经作业证实 该诊断结论正确。