潜油电泵偏磨失效机理及对策探讨

曲唯众

（大庆油田力神泵业公司销售公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

在我国石油开采工艺中，目前潜油电泵是应用最为普遍的采油设备之一，大量的实践证明，该设备对于提高油田产量具有积极作用，同时产能稳定、生产效率较高。但是受自身结构以及使用环境影响，潜油电泵在工作中容易出现机组振动的问题，长时间得不到有效解决后机组将出现发生偏磨失效的问题，导致产能和生产效率下降，严重时还会造成电泵机组的损坏。导致该现象的直接原因是，受不良振动影响，离心泵的固定部件与转动部件之间产生不均匀的磨损。

1 潜油电泵偏磨现象及种类

潜油电泵型号种类较多，适用于不同的使用环境，但主体结构基本相同：一般由潜油电机机组部分作为主体结构，根据相应的使用需求，安装对应功能的保护器、分离器和离心泵等组成部件，整体运行实现各项功能，其中离心泵分为固定和转动两个结构。

不良振动或其他环境影响因素下产生的摩擦不均匀现象，是导致潜油电泵偏磨的直接原因。根据潜油电泵偏磨位置和产生原因，可以分为固定部分磨损和转动部分磨损两类。

（1）固定部分磨损。从磨损发生原因和类型角度，固定部门磨损可以定义为被动类型磨损。这类磨损发生的位置较为集中，一般发生在泵头、泵座位置以及泵壳的位置。目前我国油田使用的潜油电泵泵头的铸造材料多为青铜，硬度与耐磨性不够理想，在受到较大应力的作用下会产生变形、变脆磨损情况加剧，最终会出现泵头磨损消失、仅剩支柱的现象。泵壳部分磨损是因为叶轮轮毂配合的泵壳孔容易出现磨损不均匀的现象，导致孔径变大，泵壳逐渐变形。

（2）转动部分磨损。转动部分磨损是因为旋转部件在工作中，因为自身运行环境出现问题，导致旋转位置出现阻力和摩擦最终造成的磨损现象。叶轮、泵轴、花套等结构容易出现上述磨损现象。其中，叶轮位置磨损最大，当泵壳发生形变时叶轮旋转过程中会直接与泵壳接触造成磨损，磨损到达一定程度后叶轮轮毂一侧会彻底被磨损丢失，泵壳和叶轮在摩擦中逐渐变为椭圆形，严重时会导致叶轮、泵壳的彻底损坏。叶轮轮毂遭到破坏后，泵壳孔会与泵轴发生摩擦，导致泵轴表面出现锯齿状破损，最终造成断裂。

2 潜油电泵出现偏磨失效问题的原因

潜油电泵离心泵发生偏磨现象的原因主要有3种：①离心泵旋转结构不同轴，不同轴会造成一系列磨损现象的发生；②潜油电泵一般处于地下环境，在运行过程中其密封性受到环境因素的影响存在失效的可能，密封失效后泵体内部进入的含砂物质会磨损叶轮推垫片，机组不适应井矿时会振动问题，使泵内各部件的磨损加剧，出现偏磨现象；③潜油电泵在生产以及安装过程中，因生流程不符合管理规定导致的吊装不合理、运输不当、安装不同轴等问题，均会造成潜油电泵偏磨的现象。

潜油电泵出现偏磨现象进而失效的原因主要有4个；①偏磨现象发生后，潜油电泵的扬程出现变化，出现大幅波动，导致垫片磨损加剧，最终导致泵失效；②泵体偏磨会加大泵体进砂程度，大量含砂介质进入泵体会造成泵卡造成失效；③扬程出现大幅波动时，潜油电泵在运行中会出现矩形波的现象，使潜油电泵的振动加剧，这在含水量高的井中体现的尤为明显，当振动达到一定振幅时会造成泵头和泵座因磨损过度断裂，导致电潜泵失效；④现有的电潜泵中，小排量多叶轮的潜油电泵更容易出现偏磨现象，其泵体一般较小、散热能力较弱，内部空间决定井液流动阻力很大，导致供液不足的方式频繁发生，加上入泵叶轮下止推垫及下裙的影响，更容易造成泵失效。

3 潜油电泵振动与偏磨的关系

潜油电泵在工作中，动力端通过主动轴带动叶轮旋转，形成环形吸力，完成原油的举升做功。潜油电泵结构复杂，组成部件繁多，许多零件刚性差抗腐蚀能力弱，如果出现形变或腐蚀会造成潜油电泵不同轴问题，这会让叶轮失去原有平衡结构，在偏心惯力的作用下使潜油电泵运转失去平衡和稳定性，在高速旋转的过程中造成电泵的压力、排量、井口管线回压等参数波动，泵壳形状会受应力作用，发生改变，造成泵振动加剧，进而导致叶轮、主轴磨损。

电泵运行稳定性的丧失以及振动的出现，会加剧叶轮在旋转过程中与主轴体接触面的磨损情况，轴体表面产生凹陷，其间的法向压力会促进微凸体的粘着、产生碎屑，造成轴体的麻点或虫型条纹损伤。痕迹和损伤出现后，这些损伤会更容易出现磨损，导致径向间隙会加大。

4 防止潜油电泵偏磨失效的对策

4.1 采用优质硬质合金轴承，优化位置分布

从上文的分析可以看出，潜油电泵出现偏磨现象最终导致泵失效是一个逐渐发生的过程，该过程因部分易损部件的损坏或功能缺失，发生连锁反应导致其他部件逐渐磨损失效。其中最为重要的原因是重要部件的铸造材料存在缺失，因此应替换易出现磨损轴体的部分材料，采用硬度更高、抗腐蚀能力更高的合成材料，并充分优化轴体间距，缩短分布位置的间距，确保其扶正的效果。

4.2 加设硬质合金扶正轴

潜油电泵偏磨失效的问题中，花键套是主要的失效点。根据相关数据统计，在六成以上出现偏磨现象的潜油电泵中，花键套都存在严重的磨损现象。泵头、泵座位置磨损现象也较为严重，导致上述部件磨损的根本原因是扶正器的失效，因此改善扶正器性能和效果是解决潜油电泵偏磨现象的有效方法。扶正器所用材料对其性能有很大影响，可以采用高硬度的合金材料，实现对泵头以及泵座的强力扶正。

4.3 采用先进的安装、扶正技术

潜油电泵在生产、运输、安装过程中会出现的各种问题，也是造成潜油电泵投入使用后磨损过巨的重要原因。在安装潜油电泵的过程中，泵头和泵座安装应采用全新的安装技术，使用合金扶正套进行安装，完成对其强而有效的扶正。潜油电泵上岸后还要对其进行详细检查，及时采取相应的技术手段返现磨损位置和部件，避免磨损进一步加剧。