直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

朱磊 李江玲 王均 马晓勇 李旭

摘要：随着我国油田开采技术的不断发展，直井地面驱动螺杆泵在油田中的应用得到了广泛推广，但是螺杆泵的故障也越来越多，导致螺杆泵故障的因素比较复杂，其中最重要的因素是螺杆泵采油技术理论不完善，通过对当前螺杆泵井的工况分析和故障诊断等方法，对直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理进行分析，建立螺杆泵系统诊断模型，通过诊断模型能够有效判断出螺杆泵井的实际工况，从而有效增加油井的开采效率。

关键词：直井地面驱动螺杆泵;采油杆;偏磨机理

螺杆泵采油技术主要是利用螺杆泵地面驱动装置的电机进行通电以后发生旋转，经过二级减速以后，带动光杆感旋转，光杆通过抽油杆柱将动力传递给井下螺杆泵，从而有效实现油液举升。随着螺杆泵采油技术的不断和发展，螺杆泵采油技术取得了较大的进步，特别是针对稠油井的开采工艺上比其他开采方式具有优越性，但是随着螺杆泵采油技术应用规模的不断扩大，相关的诊断技术相对落后，造成采油杆管出现磨损，导致部分螺杆绷紧带病运行，从而影响了螺杆泵井的应用效果。

1地面驱动螺杆泵的结构及工作原理

螺杆泵驱动方式的不同主要分为井下驱动和地面驱动两种类型。目前我国油田采油主要使用地面驱动螺杆泵。地面驱动螺杆泵主要有电控系统、地面驱动系统、井下螺杆泵以及配套工具等部分组成。井下螺杆泵的主要组成部分为转子和定子，定子是一种合成橡胶打磨而成，具有耐有抗腐蚀的作用，转子主要是通过精加工的一种高强度螺杆。螺杆泵的工作原理是利用空腔排油，转子和定子之间会形成一个密闭的腔室，并且所形成的腔室之间不联通。随着转子的不断移动，空腔内的原油会从吸入端移动到排出端，并且不断进行循环工作，才能够确保原有实现不断运动，将原油带入到井口位置。

2直井地面螺杆泵采油杆管磨损原因分析

地面驱动螺杆泵在工作过程中是依靠电机带动驱动头进行高速运转，从而带动井下螺杆泵一起转动。地面驱动螺杆泵的运动形式与抽油机井的往复式运动形式有所不同，因此在分析地面螺杆泵采油杆管偏磨原因主要包含以下两个方面：

2.1机械磨损

结合实际情况对螺杆泵进行调查分析，机械磨损是螺杆泵采油杆管发生偏磨的主要原因之一。当偏磨严重时可能会发生杆管断裂，因此需要了解机械磨损所产生的原因，有效防止螺杆泵杆管出现偏磨。

（1）井身结构引起的偏磨

由于在钻井过程中，井身结构不一定能够保证垂直，因此就会发生井筒偏移的情况，螺杆泵的抽油杆在重力作用下会形成垂直状态，螺杆泵在运行过程中可能会发生采油杆管的偏磨，造成偏磨的主要因素是杆管发生变形，套管损坏和井斜角。

（2）封隔器、油管锚坐封造成油管弯曲，发生杆管偏磨

封隔器是进行多层位采油的常用工具，为了能够确保分隔器的正常使用，需要保证坐封力。 如果坐封力过大会造成封隔器上端对油管的下端产生压力，如果压力过大，会造成抽油杆发生弯曲，最终导致油管和抽油杆发生摩擦，使抽油杆发生偏磨。随着坐封力的增加油管的弯曲程度也会增加，导致采油杆管的偏磨程度加重。油管锚的主要作用可以保持油管急性锚定，可以有效避免抽油杆与油管发生碰撞。但是油管锚在工作过程中也需要一定的坐封力，同样也会加重抽油管杆发生弯曲，最终导致采油杆发生偏磨。

（3）质量偏心

采油杆在高速运转过程中，抽油管大多数是采用均匀质量的细长杆柱，在旋转过程中会发生惯性力和质量偏心的作用，因此导致杆管不能保持垂直状态，会发生偏移。一旦发生侧向偏移就会发生离心力，离心力的出现会加剧抽油管杆发生偏磨。

（4）含水率高

抽油杆与油管之间由于原油含水率的下降会形成一种良好的润滑效果，但是当原油中的含水率较高时，就会造成抽油杆与油管之间的摩擦力逐渐增大，抽油杆与油管之间的摩擦阻力也会增加，导致抽油杆出现偏磨。

2.2腐蚀磨损

（1）腐蚀磨损的内容

物体在摩擦过程中会产生腐蚀磨損失效，杆管与周围介质会形成一定的电化学作用，这种化学作用会造成材料之间的相互磨损，因此，腐蚀磨损主要是由机械磨损和化学磨损所造成的，抽油杆与油管表面的腐蚀产物是因为机械磨损去除，将金属暴露在外界，导致磨损的腐蚀程度不断增加。

（2）腐蚀磨损的原因

地面驱动螺杆泵采油杆管发生偏磨的另外一个原因是腐蚀磨损，腐蚀磨损在油田的中后期开放中更能体现出来。目前我国很多油田都已经进入中后期开发，其中原油中的含水量会逐渐增大，目前含水量基本达到了90%以上，含水量的增加会导致原油介质发生变化，通过对腐蚀磨损产生的主要因素进行分析，主要包括以下两点：

第一：综合含水率的影响。由于原油中含水量的增加，油井产出液的化学性质也会发生变化，当原油中的含水比例达到一定程度以后，产出的原油变为水包油的性质，因此会对抽油杆和有感造成严重影响，摩擦中的润滑剂从原油变为水，加剧了金属与金属之间的摩擦，会对抽油杆造成磨损，在没有润滑油的效果下，抽油杆与油管内壁会发生偏磨现象。

第二，腐蚀介质的影响。随着我国油田的长期开采，在含水量增加的同时也会增加其他化合物的含量，原油中氯化物，硫化氢等物质的含量增高。当原油中这些化合物含量的不断升高，会对抽油杆与油管的金属物质发生电化学反应，造成抽油杆和油管的腐蚀程度增加，从而会加剧抽油杆和油管的偏磨速度。

结束语

直井地面驱动螺杆泵采油杆管在偏心旋转过程中会发生磨损，采油管杆的陀螺效应可以有效反映出管杆出现磨损的原因，如果井眼倾斜或者杆管出现问题，会增加螺杆泵采油杆管与油管之间的接触，造成管杆出现偏磨。因此在实际生产过程中，应该对螺杆泵采油杆进行动力学分析和静力学分析，研究陀螺现象对采油杆所造成的规模现象，找到相关原因并提出有效的解决方法，可以有效减缓采油杆偏磨问题。

参考文献

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[3]陈诗雯.地面驱动单螺杆泵采油井工况诊断新方法研究[D].中国石油大学（北京），2016.

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