螺杆泵故障诊断

螺杆泵故障诊断

摘要：介绍了螺杆泵采油系统的结构特点、工作原理等。总结了螺杆泵系统在使用过程中出现的主要故障并重点分析了影响螺杆泵故障的自身因素和外界因素。结合当前最新技术介绍了四种非常实用的螺杆泵故障诊断方法。

关键词：螺杆泵；故障; 分析；诊断

引言

螺杆泵采油系统是近些年发展起来的一种先进的采油技术，因其系统设备尺寸小、维护和管理方便、系统效率高等优点，受到了人们的日益关注，并在油田上逐步得到广泛的推广和使用。螺杆泵按驱动方式分为电动潜油螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵,油田上常用的螺杆泵为地面驱动井下螺杆泵。随着我国地面驱动螺杆泵采油系统在油田上的应用，越来越多的故障出现在现场生产过程中。导致故障出现的原因是多种多样的，除去人为因素，螺杆泵采油技术理论的不完善是其主要根源。但是由于螺杆泵采油的发展时间相对不长，在以后较短的时间内开发出完整的故障诊断系统是存在很大难度的。因此，建立地面螺杆泵采油系统故障诊断的初步方法，既能解决油田的生产问题，又能为以后的研究提供资料。

一．螺杆泵结构及原理

1.1螺杆泵结构

螺杆泵采油系统按驱动方式分为地面驱动和井下驱动两大类。在整个螺杆泵采油系统中，地面驱动发展较早、也比较成熟，但是井下驱动避免了地面驱

动扭矩的损失、设备也比较少，具有较高的采油效率，国内正处于试验阶段，国内各油田现用的螺杆泵采油系统，一般都选取地面驱动方式，其结构图如下：

1——光杆；2——驱动装置；3——抽油杆；4——油管

5——套管；6——扶正器；7——井下螺杆泵

图1-1 地面驱动螺杆泵

地面驱动螺杆泵采油系统主要由地面驱动、螺杆泵和抽油杆组成。地面驱动部分由电动机、减速箱和光杆密封器等组成。采油动力由电动机输出，带动抽油杆旋转，连接在抽油杆底部的螺杆泵转子随之一起转动。井下螺杆泵由转子和定子组成，转子由高强度钢材料制成的单头螺旋线体，具有坚硬耐磨、光滑镀铬表面；定子是一个在钢管内硫化成型的双头螺旋线体，其内橡胶定子具

有柔软的弹性。螺杆泵是各种井下抽油泵中结构最简单的一种。

1.2螺杆泵采油原理

地面驱动装置将动力通过抽油杆传递给井下螺杆泵转子，驱动螺杆泵转子转动，在螺杆泵转子与定子之间形成一个个密闭的空腔。当转子在定子内转动时，封闭腔就沿轴向由吸入端向排出端运移，封闭腔在排出端消失，同时吸入端形成新的封闭腔，其中腔内所盛满的液体也就随着它的运移由吸入端推挤到排出端，由于封闭腔的不断形成、运移、消失、这就起到泵送液体的作用，完成输送原油的动作。

从上述工作原理可以看出，螺杆泵有以下特点：

a)螺杆泵结构原理简单。

b)螺杆泵的排出流量均匀, 并且可通过地面改变驱动头的皮带轮大小，调节转子的转动来调节排出的流量。

c)螺杆泵的输出压头大, 无单流阀，故宜于输送粘度大的液体, 而且不会产生气锁现象,适合于高气油井。

d)螺杆泵自吸力较强，由于能均匀地排液和吸液，溶解气不易从原油中分离，减少了气体对泵效的影响。

e)螺杆泵定子通常采用耐油橡胶张贴在钢管内壁制成，它和转子密封为柔性面接触，当螺杆泵正常生产时，遇砂粒在密封面时，砂粒将压迫柔性的定子一面，随着转子的旋转和液体一起被挤在上一腔体内，因此，螺杆泵可在出砂井中使用。

f)螺杆泵不允许空转，空转可导致泵报废。

二．螺杆泵主要故障

螺杆泵一般用于高粘度、高含砂井采油，螺杆泵工作时，一方面杆柱承受拉力，一方面管柱、杆柱还承受很大的扭矩。因此，如果选井选泵不当，管柱和杆柱设计不当，泵质量不合格，防砂、防蜡措施不力，或生产时监测不力，都将会导致螺杆泵发生故障。有时是开机后没见出油就已发生故障，有时是生产一段时间后出现故障。

螺杆泵的故障形式通常有抽油杆断脱、油管断脱、油管漏失、定子脱胶、转子脱离、输油管线堵塞、定子橡胶溶胀、结腊、供液不足等。

抽油杆断脱。抽油杆断脱在螺杆泵油井发生率较高，抽油杆断脱占重复作业率的50%，抽油杆断脱后，产量为零，由于电机负载几乎接近为零，所以其运行电流小于其正常运行时的电流。

泵和油管液体漏失。由于油管出现问题或泵的运行时间比较长，磨损严重，也会产生液体漏失，主要表现在流量小于理论流量，效率低，运行电流低于正常运转电流。

卡泵或油管堵塞。油井由于含砂量较大，会导致卡泵或管线堵塞，发生上述情况后，泵吸入口压力会升高，流量减小，运行电流值增大。这种情况极易导致螺杆泵抽油杆断脱。

供液不足。由于螺杆泵的结构独特，工作时如果发生供液不足，将会导致转子和定子之间发生干磨，产生过热使橡胶定子烧毁；或者由于螺杆泵进口压力很低（低于气蚀压力），发生气蚀，流量效率下降，消耗功率增加。判断供液不足主要根据螺杆泵进口压力和油井流量来考虑。

三．螺杆泵故障因素分析

影响螺杆泵故障的因素很多，既有其自身因素，也有外界的因素。

3.1 螺杆泵自身因素分析

1. 过盈量的影响

螺杆泵的工作原理决定了要保证一定的泵效，就必须使定转子表面的接触线保持充分密封，而密封的程度取决于转子与定子之间的过盈量。一方面，过盈量大可获较高的泵效，但是抽油杆的扭矩增加，容易出现油管、抽油杆断脱现象，并且定子橡胶磨损加剧，影响泵的寿命；另一方面，过盈量小虽然不会出现上述问题，但泵的容积效率过低，将降低泵的系统效率。因此，要对过盈量进行合理地选择。所谓合理的过盈量，就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条件下的过盈量值。

2. 转子转速的影响

螺杆泵转速对螺杆泵抽油系统影响较大，提高螺杆泵的转速有很多有利的地方，也有其不利的地方：

（1）螺杆泵转速越高，增加螺杆泵定转子的磨损。

（2）转速越高，单位长度内定转子间的生热量越大，引起橡胶热胀，定转子之间的扭矩增加，整个抽油系统的负荷上升。

（3）螺杆泵转速大，抽油系统抽油杆与油管的摩擦力增大，加剧油管、抽油杆的磨损。

（4）螺杆泵转速提高，杆管系统受力的疲劳程度增加。地面驱动装置受力条件变差，电机功率变大。