孫成元

大慶油田采油一廠

2013年大慶油田薩中開發(fā)區(qū)螺桿泵開井達(dá)到1 516口，偏磨342井次，偏磨比例22.56%，偏磨問(wèn)題已經(jīng)成為螺桿泵井維護(hù)性作業(yè)成本增加的主要因素。

目前治理偏磨的主要措施是全井加裝扶正器，安裝扶正器雖然可以使偏心距造成的位移激勵(lì)向上傳遞速度減緩，但不能消除轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)對(duì)抽油桿的影響。

薩中開發(fā)區(qū)應(yīng)用的采油螺桿泵均為傳統(tǒng)式螺桿泵，該泵包括泵轉(zhuǎn)子和泵定子兩部分。泵轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子上連接的抽油桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致，由于轉(zhuǎn)子的行星運(yùn)動(dòng)會(huì)引起抽油桿底部的運(yùn)動(dòng)，因此這種運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于給抽油桿施加了一個(gè)位移激勵(lì)，而這種位移激勵(lì)的持續(xù)性會(huì)使抽油桿柱產(chǎn)生變形[1]。為了消除轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)對(duì)抽油桿變形的影響，需要改變抽油桿與轉(zhuǎn)子之間的連接方式，為此開展了螺桿泵防脫居中器的研究與應(yīng)用。

1 室內(nèi)研究

為了確定偏心距對(duì)桿管偏磨的影響程度，采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)有限元方法模擬泵深950 m、轉(zhuǎn)速100 r/min、全井安裝扶正器的理想垂直井，對(duì)抽油桿工作狀態(tài)進(jìn)行了力學(xué)分析，得到不同位置的桿管間的接觸力[2]。

為了對(duì)比不同偏心距對(duì)桿管偏磨的影響，分別采用6、8.5 mm兩種偏心距進(jìn)行模擬。當(dāng)偏心距為6 mm時(shí)，0~900 m位置的平均接觸力為15 N，900~950 m位置的平均接觸力為23 N；當(dāng)偏心距為8.5 mm時(shí)，0~900 m位置的平均接觸力為18 N，900~950 m位置的平均接觸力為34 N。從室內(nèi)模擬可以看出，偏心距造成螺桿泵底部偏磨大于上部，且偏心距越大，抽油桿與油管接觸力越大。

2 結(jié)構(gòu)

螺桿泵防脫居中器是將泵轉(zhuǎn)子與抽油桿的固定連接改為鉸接，轉(zhuǎn)子與抽油桿之間只傳遞繞豎直方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變抽油桿與轉(zhuǎn)子之間的連接方式消除了轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)對(duì)抽油桿變形的影響，從而改善桿管的偏磨狀況。

螺桿泵防脫居中器由居中導(dǎo)向和防脫兩部分組成。居中導(dǎo)向部分由導(dǎo)向軸、導(dǎo)向蓋、導(dǎo)向外套組成，導(dǎo)向軸采用圓弧連接，實(shí)現(xiàn)周向360°旋轉(zhuǎn)，圓弧上連接處的上端有一定的縫隙空間，實(shí)現(xiàn)4°的軸向擺動(dòng)，起居中導(dǎo)向作用。在中間部分圓弧下端采用方形與兩端連接，傳遞扭矩。

防脫部分由防脫外套、防脫端蓋、抗扭軸、平鍵等組成，當(dāng)楔塊正轉(zhuǎn)時(shí)正常傳遞扭矩，反轉(zhuǎn)時(shí)釋放扭矩，可以起到防脫作用。

螺桿泵防脫居中器是由40CrNiMo、35CrMnSi、H13、40Cr合金鋼材料制作而成，其性能指標(biāo)見表1。

表1 螺桿泵防脫居中器性能指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

螺桿泵防脫居中器適用于單螺桿式地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井，在薩中開發(fā)區(qū)選取作業(yè)前底部偏磨的20口螺桿泵井進(jìn)行試驗(yàn)。截至目前，因維護(hù)性作業(yè)起出6口井，起出后螺桿泵底部均未發(fā)生偏磨現(xiàn)象，平均運(yùn)轉(zhuǎn)周期達(dá)到623天，檢泵周期與安裝前對(duì)比延長(zhǎng)了121天。與同區(qū)塊、生產(chǎn)狀態(tài)相近但未安裝防脫居中器的螺桿泵井進(jìn)行對(duì)比可知，安裝防脫居中器后可延長(zhǎng)檢泵周期81天，偏磨比例下降了11.13個(gè)百分點(diǎn)。

目前螺桿泵井檢泵周期為550天，在一個(gè)檢泵周期內(nèi)投入的產(chǎn)出比為1∶5。

通過(guò)改變螺桿泵轉(zhuǎn)子與抽油桿的連接方式可以實(shí)現(xiàn)抽油桿居中，同時(shí)又可以防脫，有效地解決了螺桿泵底部偏磨問(wèn)題。

[1]于冬梅．大排量螺桿泵采油技術(shù)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J]．油氣田地面工程，2010，29（3）：1-2.

[2]鄒龍慶，魏麗，祝娟．基于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方法研究螺桿泵抽油桿柱扶正器的布置[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38（8）：58-61.