化工机器 案例分析：螺杆泵常见故障及解决方法

案例分析：螺杆泵常见故障及解决方法

【案例描述】

一、螺杆泵工作原理和结构组成

1.工作原理

地面驱动装置将扭矩和转速利用抽油杆传递给螺杆泵转子，由于螺杆泵转子和定子组合成密封空腔，当转子不断转动时，密封腔沿轴向从吸入端向排出端运动，密封腔体在排出端消失，同时在吸入端生成新的密封腔，密封空间充满的油液随着腔体的运入被挤出到腔体排出端，密封腔体的不断移动，实现油液的输送。

2.结构组成

地面驱动的螺杆泵应用较早，技术较为成熟。而井下驱动螺杆泵由于省去了地面驱动，减少转动环节带来的能量损失，系统的效率较高，可以达到节能效果，该型式的螺杆泵在国内还处于试制阶段，没有大范围应用。地面驱动的螺杆泵由控制柜、驱动电机、减速装置和光杆密封器等构成。电网电能通过控制柜驱动电机转动带动抽油杆转动，位于抽油杆下侧的螺杆泵转子生成扭矩和转速。井下螺杆泵主要由转子和定子构成，转子由高强度钢材加工而成，具有足够硬度且耐磨性好，表面进行镀铬处理。定子优质钢管内部经过硫化处理而形成的双头螺旋线体，内部衬有橡胶结合，具备足够弹性，井下螺杆泵是采油泵系列中结构较为简便的一种[1]。

【案例分析】

一、螺杆泵常见故障及原因分析

1.驱动电机烧毁

如果井下的油液黏度太高、胶质及沥青物质数量较多，在螺杆泵旋转带动之下，油液会呈现出乳化状态，形成油包水形式的乳状液体，该液体的黏度随乳化程度的上升而不断增大，会产生大于螺杆泵负载能力的问题。地面驱动装置故障会导致设备负荷变大，滚珠轴承的损坏较为严重，动力输入端轴齿面以及主锥体齿面的间隙大于设计值，会使承载力出现不均匀现象，设备负荷随之增大，油液在螺杆泵举升之下黏度不断变大，因此，螺杆泵井回压值过大，必须经过洗井后才可以重新开采，地面集输管线也需要扫线后才能正常使用，乳状油液的黏度对温度的敏感性很低，采用加温方式减小油液黏度达不到理想效果，大多采用将转子提出油井泵筒后再进行反洗井作业。从理论上分析，螺杆泵对油液的砂含量不是十分敏感，但这只针对普通螺杆泵而言。螺杆泵装置在正常采油作业时具有很大的排量，砂粒会随着油液的流动而表现出上升的趋势，具备一定的携砂能力。当螺杆泵装置停止运转时，砂粒会从原来的上升变成下降，使螺杆泵输出扭矩不断变大，极有可能造成驱动电机烧毁或者皮带断裂，情况严重时会由于沉砂而产生卡井问题。与此同时，含砂量的增多会加重螺杆泵定、转子磨损，缩短螺杆泵的寿命。

2.抽油杆脱扣

螺杆泵负载和扭矩过大，停机后杆柱会产生高速反转而使抽油杆脱扣。螺杆泵卡泵时的扭矩会显著变大，抽油杆柱形成较大的弹性形变势能，如果螺杆泵装置停机，杆柱内形成的弹性势能必须释放，抽油杆柱则会高速反向旋转，弹性势能释放后，杆柱上部由于惯性的作用而不断旋转，会造成杆柱连接部位脱扣。螺杆泵装置如果突然停止工作，油井内的动液面深度较大，螺杆泵装置在油井管柱内的液力影响下泵的转子反向旋转，杆柱由于反向旋转而脱扣。很多油田应用的油管锚装置都采用机械式座封，座封作业时必须依靠油管加压才能完成操作。而加压会使油井内的油管产生大的弯曲变形，抽油杆的受力情况会更加恶劣，座封力不容易控制，从而使油管脱扣。

3.驱动装置密封性差

地面驱动装置密封的主要2个关键部位，一个是减速装置的油封密封，另一个是井口装置的盘根密封。特别是井口盘根密封不良导致的漏油，盘根部位多采用O形复合材料，光杆在运行过程中会产生很大的磨损，光杆外径不断变细。加入新的盘根后，由于盘根的可塑性并不理想，光杆与盘根装置间的密封间隙变大，盘根部位会产生漏油现象。

4.油井内情况判断不准

目前还没有对井下螺杆泵工作状况进行有效监测的方法，对泵体情况进行诊断主要采用2种办法：①监测电机工作电流，观察电流值是否运行在正常区间；②采用井口憋压的方法测试压力降情况，对油井、套压的变化情况进行监视，从生成的测试曲线诊断螺杆泵体的运

行情况。

二、螺杆泵常见故障的解决办法

1.对螺杆泵电流进行实时监测并根据实际情况采取解决措施

螺杆泵的运行电流与扭矩之间呈正比关系，如果油井出砂较为严重，运行电流则呈现上升趋势，相应的输出扭矩不断变大。因此，对螺杆泵的运行电流进行监测，根据实际情况采取应对措施，可以有效避免运行故障。如果运行电流变大，可以采用高压大排量水进行冲砂作业，使螺杆泵的输出扭矩变小，防止由于扭矩过大导致的电机损坏。例如，某采油厂螺杆泵井正常产液量62t，每天产油量1.5t，含水率99%，电机的运行电流20A。某日突然发现运行电流上升至35A，并且呈现上升趋势，油井有卡井迹象，针对该油井近年出砂状况进行分析，砂柱最高可达88m。采用高压泵车进行洗井作业，作业完成后，运行电流18A，每天产液量65t，每天产油量1.3t，含水率99%，恢复正常状态。定期对油井进行洗井作业，可以有效避免由于出砂造成的螺杆泵故障。

2.加强地面管理、监测运行数据

螺杆泵启动运行前，必须要对每个零部位进行仔细检查，查看安装是否牢靠，检查电机性能，运行方向必须符合设计要求，保证抽油杆处于上扣状态。检查减速装置，正常运行时没有有异常响声。箱体的运行温度应＜50℃，检查是否有渗漏现象。检查油面高度，油品变质应及时更换。检查刹车装置，查看刹车系统配件是否完好，当螺杆泵停止运行，上部杆柱在惯性力条件下会产生反转，如果产生停机，

刹车装置则会将抽油杆抱死，防止出现反转现象，保证杆柱不会脱扣。

科学调整油井的运行参数，保证油井具有合理的沉没度。螺杆泵井的沉没度是衡量油井运行情况的重要指标，如果沉没度太高，油井的产液量会受到直接影响。而沉没度太低，螺杆泵的吸入情况变差，定子橡胶由于油液量的变少而发热，问题严重会造成定子损坏，螺杆泵的效率会相应降低，如果泵效指标持续下降，定、转子之间摩擦产生的热量无法散发，温度会显著上升，长期在该工况下运行，螺杆泵会被烧毁。因此螺杆泵运行过程中，必须要控制好沉没度。

还应加大对维护管理人员的培训力度，掌握螺杆泵的原理和构造，学习地面驱动装置和电控柜相关知识，常见故障可以及时维修，防止由于操作原因引起的停井。

3.螺杆泵工况诊断技术

（1）电流诊断法。

监测电机工作电流值是否正常，例如某油井正常的产液量80t/d，产油量1.4t/d，含水率98%，驱动电机运行电流30A。某天驱动电机运行电流减少至10A，而该电机的额定运行电流12A，从运行电流的变化可以判断出该油井光杆脱落，油井作业时发现直径36mm的光杆出现了断裂。（2）憋压诊断法。对井口回压闸门进行憋压，监测油管、套管压力，根据压力情况进行分析判断。如某油井正常油管压力0.35MPa，套管压力0.25MPa，某天出现井口油液无法产出问题，对该井口进行憋压测试，发现油管压力没有上升，而且和套压无法相符，则诊断为抽油杆断裂，油井作业时发现第28根油杆脱扣。