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浅析螺杆泵井抽油杆柱失效原因及其防治措施
作者：尹逊玲 张朝伦
来源：《中国科技博览》2018年第01期
[摘 要]螺杆泵作为一种机械采油举升设备，适用于稠油、含砂、高含气井的开采，体积小安装方便、低污染低能耗，具有其它抽油设备所不能替代的优越性。螺杆泵井在萨北油田的实际生产应用中，抽油杆柱失效的问题较为突出，本文结合实际工作，对螺杆泵井抽油杆柱失效类型的分析，提出一些防治措施。 [关键词]螺杆泵 杆柱失效 防治措施
中图分类号：TE933.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0037-01 螺杆泵采油设备在萨北油田的使用渐渐增多，其稳定性、可靠性和配套工艺技术的完善程度与常规机采方式比还存在着差距，特别是抽油杆柱断脱率较高已成为主要问题之一，威胁到员工的人身安全，影响油田的经济效益。因此对螺杆泵井杆柱失效原因分析及防治意义重大。 1 杆柱失效诊断
随着油田进入开发中后期，深井、斜井、定向井数量不断增加，螺杆泵杆柱失效问题突出。杆柱失效类型分：杆柱断裂失效；螺纹脱扣、撸扣失效；杆柱、油管偏磨失效三类。 1.1 杆柱断裂失效原因
主要原因：a抽油杆杆体选择外径偏小，泵杆匹配不合理，即泵型偏大，工作扭矩较大，造成杆体剪应力较大，杆体承载能力小于复合应力。b泵挂太深，举升高度过高，造成杆体所受的拉力过大。c杆体在制造或使用过程中产生缺陷，整体杆柱受力不均。d发生卡泵时，如果过载保护失灵，产生扭矩大于工作扭矩，使剪应力增大而剪断杆体。 1.2 杆脱原因分析
螺杆泵正常生产时连接为正扣，造成杆柱脱扣根本原因是反扭矩大于螺纹连接扭矩，导致原因有：
A载荷扭矩过大。螺杆泵采油是依靠抽油杆来传递动力，抽油杆旋转时将储存一部分弹性能，一旦正常停机或过载停机，弹性能就会释放，使抽油杆反转造成脱扣。
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B停机脱扣。负载扭矩过大，停机后杆柱高速反转造成抽油杆脱扣。停机后油管内液体回流杆柱反转造成抽油杆脱扣。转子在油管环空内的压力作用下转动，造成杆柱脱扣。 C转子进入定子时瞬间脱扣。在施工过程中，如果抽油杆连接螺纹上扣不足，转子由抽油杆带着进入定子螺旋槽时，转子上部杆柱起初不做旋转运动，后由于转子转动上部杆柱也随之转动，这样抽油杆由下而上逐级做相对卸扣旋转运动，当抽油杆柱下放速度较快时，使上部抽油杆柱螺纹连接不紧发生脱扣。
D生产管理中造成杆柱脱扣。如果不注意电机相序，会出现电机反转，会使杆柱脱扣。 1.3 螺纹脱扣、撸扣失效原因
a高速旋转的杆柱因杆柱偏心、井斜等造成横向不稳定使杆柱震动，不稳定震动带来的剪应力和轴向应力的忽大忽小使螺纹连接出现松弛现象，在原有螺纹紧扣力变小时就可能发生螺纹脱扣。
b螺杆泵用于高含蜡井、含砂井等生产时，若在井下产生蜡堵砂卡等异常情况，将造成杆柱旋转抑制、扭矩过大等动作，在部分井段形成反扭矩，当反扭矩大于螺纹紧扣能力时，会发生螺纹脱扣。
c地面电机停机时抽油杆柱失去动力，会在井下反作用力和杆柱正常工作时储存的扭转能量作用下进行反转运动，高速反转运动的惯性作用导致反扭矩，当其在某个瞬间超过螺纹紧固能力时，发生脱扣。
d当螺纹牙齿强度不足，在杆柱承受过大扭矩或轴向应力时，就会在螺纹连接处使螺纹牙齿出现剪切或弯曲损坏，导致螺纹撸扣。 1.4 杆柱、油管偏磨失效原因
当高速旋转的杆柱在斜井、定向井等油管柱中发生偏心时，杆柱会和油管柱发生碰撞摩擦，长期工作后导致杆柱变形，原始设计应力改变，同时油管柱也会在长期摩擦作用下漏失，造成杆柱和油管偏磨失效。 2 防断脱措施
由于螺杆泵应用历史较短及相应技术不够完善，出现上述杆柱失效的情况，可应用以下防断脱措施：
2.1 选配适宜强度的杆柱
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依据施工实际，分析螺杆泵的井况，计算核对杆柱所能承受的最大载荷，选配符合施工强度的杆柱。在保证油井供液能力情况下，泵的转速越高，其排量越大，泵效越高。转速过高容易造成工作状态不稳定和扭矩过大等，因此选择泵的转速是必要的。根据我厂实际，常用转速一般限制在60-150r/min左右。 2.2 应用变频调速装置
目前，多数螺杆泵的最低转速是60r/min，对于泵径小、沉没度低于150m的井，变频调速装置可使最低转速降低到40r/min以下，起到防烧泵的作用，又降低杆柱断脱的几率。 2.3 适当安装扶正器
当螺杆泵杆柱传递扭矩时会发生偏心和侧移，导致杆柱和油管壁发生不可避免的间歇性和连续性摩擦。为了防止这种现象，要求对抽油杆柱进行扶正，下入各种型号的扶正器。 2.4 安装防反转装置
由于异常原因停机等导致杆柱的高速反转是造成杆柱脱扣的主要原因。在驱动装置上加装防反转设备，当螺杆泵停机时，使杆柱可以得到迅速的固定，防止高速反转，抑制螺纹连接脱扣。
2.5 适当采用插接式连接机构
普通抽油杆用于防反转装置不仅螺纹的受力状态差，还存在脱扣、撸扣及检泵起杆卸扣困难的隐患。为改善这种状况，可采用插接式螺纹连接结构。该结构是在抽油杆接头处采用了插接式防脱机构，通过接箍连接，接箍及抽油杆螺纹只承受拉力而不承受扭矩，扭矩的传递由插接式防脱机构来实现。改良的抽油杆柱不仅避免了传统杆柱天生的脱扣、撸扣隐患，提高了螺纹联结强度和杆柱的可靠性。但插接杆较螺纹杆相比虽不易发生脱扣，受力转为拉力后发生问题多为杆柱直接断裂，此种情况下应用插接杆作业时，即使是浅部断裂，由于插接杆的特殊性，也需要将杆柱全部起出，缩短了检泵周期。 2.6 安装过载保护
当螺杆泵用于高含蜡井、含砂井等生产时，蜡堵、砂卡等原因使杆柱扭矩过大，杆柱过载，导致杆柱断裂。过载保护装置可及时有效地检测和处理过载行为，降低安全隐患。过载保护装置主要分为基于电流、功率监测控制的配电箱过载保护装置和基于机械式过扭矩保护装置。大多数螺杆泵采用了配电箱过载保护装置。在日常热洗时也应注意洗井液排量不应大于泵的理论排量，否则注入液驱动螺杆泵反转易使抽油杆脱扣。 2.7 加强施工管理