大排量螺杆泵井杆管磨损原因分析

大排量螺杆泵井杆管磨损原因分析

1大排量螺杆泵检泵情况从2006年4月底到2006年4月底，油田有197口大型螺杆泵井，只有六口标准井，只有154口。2005年1月1日至2006年4月30日,采油六厂大排量螺杆泵井共检泵83口,其中因杆、管磨损原因检泵的有65口,分别占检泵井数和总井数的78.3%及42.2%;其他原因检泵的有18口井,分别占检泵井数和总井数的21.7%及11.7%。从统计数据可以看出,杆、管磨损是造成检泵的主要因素。2磨损原因分析2.1磨损井现状研究与分配规律(1)开始磨损的深度螺杆泵井杆、管磨损是从某一深度开始,在该深度以下开始磨损,且越往下磨损越严重。表1统计了杆、管开始发生磨损的深度。从表1的统计结果看,开始发生磨损的部位在杆、管中下部位居多,占所统计井的87.5%。(2)从杆结构分析统计磨损井49口,按杆结构分类,从统计结果看,空心杆的磨损率高于实心杆(见表2)。(3)转速对井磨损率的影响统计杆、管磨损井48口,按转速分类,从统计结果看,转速小于100r/min的井仅占2.11%,高转速的井磨损率高于低转速井(见表3)。(4)分析磨损现象一是抽油杆靠在油管壁上,靠一侧磨损,将油管管体磨出裂缝;二是杆和管壁上呈现圆周磨损的痕迹;三是杆体未磨,杆箍处磨损。2.2对杆管磨损理论的分析(1)底部抽油杆偏心旋转螺杆泵的结构特征及转子的偏心运动特征,决定了转子以及与转子相连接的底部抽油杆做偏心旋转运动。转子的偏心在3～10mm,由于油管与抽油杆间的环空有限,如不采取相应的措施,必然会导致底部抽油杆与油管之间的磨损。(2)离心惯性力引起的弯矩m由于杆柱的质量中心偏离竖直井筒的几何中心线,在旋转过程中,质量偏心所产生的离心惯性力将使杆柱发生弯曲,当杆柱的弯曲挠度达到油管和杆柱的径向间隙时,杆柱将与油管发生摩擦。旋转杆柱的轴向力是随着井深减少的。在横向力的作用下,杆柱发生弯曲,同时杆柱因弯曲刚度和拉压刚度将产生弹性恢复力,两者平衡时,杆柱弯曲中心线将以稳定的弓形面绕井筒轴线做公转,杆柱横截面将以稳定的转速以杆柱弯曲中心线自转。当井较深,杆柱的长度相当大时,杆柱弯曲和拉压刚度相对较小,公转和自转的差别可以不区分,即可认为杆柱中心线的弓形面将以地面转速绕井筒中心线旋转。此时检泵就会发现杆在管壁上呈圆周磨损的痕迹。由离心惯性力所引起的弯矩为MW1=π2n2900mΔL212aΜW1=π2n2900mΔL212a式中MW1为由惯性力引起的弯矩(N·m);n为转速(r/min);ΔL为相邻两扶正器间的一段抽油杆的长度(m);a为与挠曲线变形方程有关的系数。由上式可看出,螺杆泵工作时,离心惯性力所引起的弯矩与转速n和两扶正器的间距ΔL的平方成正比,即转速和扶正器间距对弯矩影响大。当转速较高,不安装扶正器或扶正器布置较少时,离心惯性力引起的弯矩也就随之增加,导致杆柱弯曲,增加了杆、管磨损的几率。(3)井筒弯曲导致油管柱弯曲一般情况下,对于直井而言,油管发生弯曲主要有两个原因:一是在钻井过程中井筒本身存在着“狗腿”,井筒的弯曲导致油管管柱弯曲;二是目前螺杆泵井普遍采用的支撑卡瓦,由于其坐卡方式(压油管头)决定了油管也会存在一定程度的弯曲。显然,油管弯曲必然会使杆、管之间产生接触载荷,从而导致磨损发生。3关于措施的研究3.1螺杆泵防共振设计为保证螺杆泵能高效、长期正常运转,必须确定合理的下泵参数。从检泵原因分析可看出,要有效地减轻杆、管磨损,防止杆断脱,必须降低扭矩、弯矩,减少共振。要达到以上目的,就必须让螺杆泵在中、低转速运行。为此,在下泵设计时,根据油井产能,在满足供排要求的前提下,以最低速为目标,选择泵型。因此重新计算了各种泵型中低转速时,对应的实际排量(见表4)。按照表4确定泵型和转速,优选大泵,均以最低转速投产。至2005年底,优化设计下入101口井,借检泵时机换大泵26口井,平均转速为101r/min。目前这些井均未因杆、管磨损和杆断原因造成检泵。3.2mm杆的增加针对螺杆泵应用中普遍存在的杆柱断脱问题,同时综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素,在1200及以上型泵上用∅28mm实心锥扣SHY级工艺杆,取代原∅38mm及∅42mm空心D级杆。∅28mmSHY级工艺杆在总直径不变的情况下,将原HY级杆外壁加厚,由3.0mm增加到3.5mm,大大增加了杆的抗扭强度(见表5)。∅28mm杆与∅38mm、∅42mm空心杆相比可增大过流面积,减小沿程阻力,相应降低扭矩,提高杆的抗弯、抗拉、抗扭和耐磨程度,防止因偏心矩引起的弯曲和扭矩过大而产生杆断,达到防治杆、管偏磨和杆断的目的。目前在GLB1200-14型螺杆泵井上试验了45口,未发现杆体扭断现象。3.3大排量螺杆泵全井规模由于近50%大排量螺杆泵井会发生不同程度的杆、管磨损现象,按照不同深度优化布置扶正器的156口井中仍有杆、管磨损发生,安装扶正器的部位杆、管磨损情况虽有所减轻,但在未安装扶正器的部位仍然发生杆、管磨损。鉴于这种情况,对大庆油田采油六厂80%的大排量螺杆泵井进行了全井扶正试验。4全井体现了减轻提效技术方面要注意的问题(1)螺杆泵井杆、管发生磨损的根本原因是由于二者之间存在的接触载荷造成的,但接触载荷的产生及大小受到多种因素的综合影响,因此应该从多方面着手采取措施才能够有效地减轻杆、管磨损程度。(2)全井扶正可减