螺杆泵井杆管偏磨分析及治理

[摘 要]针对我矿螺杆泵井作业中出现的杆断较多的问题，从杆受力情况、井含蜡情况、沉没度、杆柱结构、转速分析入手，着重进行了磨损原因的理论分析。结果表明，螺杆泵井杆管磨损主要是由于沉没度较高、 结蜡、杆管组合不当等原因造成的；对此，从技术上提出了优化布置抽油杆柱扶正器、采用新的杆管组合和降低抽油杆转速等治理措施。

[关键词]螺杆泵井 杆管 磨损 治理 措施

中图分类号：TE933.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0385-01

1 螺杆泵井杆管磨损原因分析

1.1 磨损现象分析

根据2015年对螺杆泵井作业原因统计，发现主要导致螺杆泵作业的原因为螺杆泵井杆管偏磨，占作业井比例的一半，并且发生偏磨的井段主要集中在500m以下；且杆体、接箍都有磨损。

1.2 油井结蜡对杆管偏磨的影响

根据当浮力达到影响抽油杆柱运动时，轴向力降低，加上黏滞力的影响，使抽油杆没有呈直线旋转，造成弯曲，导致杆柱偏磨。在井含蜡量较高或液体密度较高时，杆柱所受到的浮力比较大，就会产生这种状况，容易偏磨 ，所以应及时清蜡。

1.3 沉没度对杆管偏磨得影响

考虑油套环形状空间内液体重力对抽油杆重力的影响，抽油杆在液体中的重力等于杆柱在液体中的重力加上转子横截面以上的液体重力减去油套环行空间液体作用在转子上的重力。采出液体的密度增加以及油套环行空间内沉没度的增加，都会使抽油杆在液体中的重量降低。下表是不同沉没度抽油杆所受的重力。从表中可以看出，沉没度越高，抽油杆在液体中的重力越小，就越容易发生杆管偏磨。

我矿普通螺杆泵井沉没度一般在600米左右，但从表3中可以看出，所有因杆断原因作业的井沉没度都在700-1000米之间波动，其中杆断10口井中，平均单井沉没度在921.5米。可见，高沉没度也是导致杆断的重要原因之一。

1.4 转速对螺杆泵井杆管偏磨的影响

螺杆泵在运转过程中，理想状态下杆柱在中心轴线位置做自旋转运动。但是受井下螺杆泵偏心距作用和杆柱所受的扭矩作用，高速旋转杆柱将产生离心力，促使杆柱偏离中心线位置，造成抽油杆与油管内壁的接触、摩擦。越靠近转子，偏心距作用越明显，杆柱震动越强烈，就更容易发生偏磨。为了防止油管脱扣，需要横向固定螺杆泵，防止定子旋转，因此，在泵的下端要连接一个油管锚。目前常规采用的油管锚是支撑卡瓦，它采用上提下放坐封，这个过程容易造成油管在套管内呈弯曲状态，这时将与处于垂直状态下的抽油杆接触，从而产生磨擦。

1.5 杆柱结构对杆管偏磨的影响

据统计，与实心抽油杆相比，空心抽油杆由于在液体中受到的浮力比较大，偏磨率也大于实心抽油杆，另外，油管与抽油杆之间的空间越小，偏磨的可能性也越大。

2015年我矿螺杆泵共作业21口井，表5为统计的62mm油管和22mm抽油杆，62mm油管和25mm抽油杆组合，杆断原因作业的井占这种杆管组合的47.6%，另外可以看出这两种杆管组合中杆断所占的比例也较大。可见，抽油杆与油管之间的空间过小也是导致杆管偏磨的重要原因之一。

2 关于螺杆泵井杆管偏磨的治理措施

2.1 优化抽油杆柱扶正器

防止螺杆泵井杆柱弯曲的最直接办法就是安装抽油杆扶正器，而合理布置杆柱扶正器是防止螺杆泵杆管磨损的有效手段。从抽油杆杆断位置的统计，一般偏磨较严重的都是在抽油杆中下部，在中下部下入扶正器，使杆柱呈直线旋转，能有效的减少偏磨的现象，可以看出，除了3口井在70根以前杆断，其余的井都是在70根以下杆断，所占比例84.2%，按每根抽油杆9.1米计算，一般井杆断部位都在640以下，这也验证了螺杆泵井下部偏磨比较严重。

2.2 采用中部带扶正器可旋防偏磨式实心抽油杆，重配杆管组合

在油管管径一定的情况下，提高抽油杆的强度以缩小杆径是一项防止杆管磨损的有力措施。但在过去几年的应用中，发现由于∮22抽油杆较细，扭矩增大时容易扭断，所以采用∮25抽油杆.

2015年杆断井的统计，共10口井，其中∮22杆的井因杆断作业的有7口井，占总井数比例的70%，∮25杆杆断作业井有3口，占总井数比例的30%。从中可以看出∮22杆杆径因为过细，导致杆断的几率大大增加。

2.3 降低转速

适当降低转速可以提高螺杆泵系统的安全系数，也在一定程度上延缓了杆管磨损。但是转速也不宜过低，举升相同的液体，低转速就意味着其它举升参数的增大，当螺杆泵转速低于90r/min时系统能耗升高明显。 适当降低转速也是解决螺杆泵井杆管磨损的措施之一。

杆断井共有8口井，转数都在90-130转之间，平均转数98.5转/分，在其余的转数区间均没有发生杆断的现象，，当高转数偏磨几率要大于低转数时的几率。另外在这非杆断原因作业井中，作业原因都是抽油杆脱扣，分析原因为，当转数偏低时由于轴向力大一些，容易造成杆脱。所以螺杆泵在工作时应该保持合理的转数，合理转数为65转/分-90转/分之间。

2.4 采用旋转式坐封的油管锚

为解决锚定工具坐封时下压油管造成油管弯曲、加重偏磨这一问题，采取旋转式支撑卡瓦锚代替支撑卡瓦技术措施。为防止油管偏磨，采用扶正式防转锚替代支撑卡瓦作为锚定工具。其在工作时，转动管柱坐封，不会造成管柱弯曲，减轻偏磨。

2.5 控制合理的沉没度

根据表2，不难发现，沉没度越低，杆管发生的偏磨几率越小，但是沉没度小于200米不利于保护螺杆泵，容易发生抽空烧泵的现象，我矿把螺杆泵井沉没度在300-500米之间定为合理沉没度区间。为控制合理沉没度采用了螺杆泵液面连续自动监测技术，这种装置包括井口连接器和变频控制两部分。井口连接器依靠螺杆泵井套管内气体膨胀发声，将这种声波信号转变为电信号，仪器根据预先设定击发时间间隔，进行自动连续监测液面。然后将测得的液面与事先设定的液面进行比较，当沉没度达到或超过了最高沉没度50米左右范围时，就会以最快的转速抽油，当沉没度达到或小于最低沉没度时就会以最慢的转速抽油。当沉没度在最高与最低沉没度之间时，采用逐渐接近的算法控制沉没度，下式是逐渐控制螺杆泵转速的算法。

2015年在我矿我矿新投产的直驱螺杆泵及时调整工作参数，合理降低单井沉没度，转数控制为70-130转，取得了较好的效果。

3 总结

1、主要影响螺杆泵杆管偏磨的因素为抽油杆所受的轴向力。

2、影响螺杆泵轴向力的因素又包括井的含蜡量，液体对杆的粘滞力，沉没度，转速，杆体结构和杆管组合等因素。

3、螺杆泵采油时应采取减少杆管纵向弯曲的负面影响的技术措施，在油管柱的下部增加拉力载荷、安装扶正器、油管锚防止油管柱下部转动及其向上轴向移动。通过螺杆泵系统优化设计，确定合理的杆柱转速、杆柱扶正器优化布置方式，使用实心杆和降低抽油杆转速，可以解决杆管磨损问题。

参考文献

〔1〕（柴凤忠等 编著）.《螺杆泵井防偏磨技术》 2006.8。

〔2〕（李云飞等 编著）.《螺杆泵井杆管偏磨原因分析及治理措施》 2006.3。

作者简介

姓名：葛春东，性别 男，19780103 采油助理技师 ，学历 技校 ，单位-大庆采油四厂第四油矿聚北七队