螺桿泵采油系統工況診斷及失效問題研究

發布時間：2018-08-03

近年來，螺桿泵采油投資少，設備結構簡單，操作方便，節能，適應性強，因其   降低采油成本、提高采油效益的優點而倍受油田重視，應用規模逐年擴大，應用、管理水平不斷提高。但螺桿泵采油設備的穩定性、性和配套工藝技術的完善程度與常規機采方式相比還存在   差距，特別是 抽油桿斷脫率較高己成為阻礙其發展的主要問題之一。
1系統工況診斷
為了適應螺桿泵的發展，其工況診斷分析的   也表現得較為活躍，發展至今較為成型的方法。
a)電流法即通過測試驅動電機的電流變化來診斷泵工作狀況。
b)扭矩法對光桿進行扭矩測試，以光桿工作扭矩變化診斷螺桿泵的工況以及液量變化法診斷油井故障。
c)憋壓法在螺桿泵工作條件下，采取關閉井口生產閥門憋壓，測量井口出油壓力和套管壓力來診斷泵的工況。
近年來隨著螺桿泵應用的進一步推廣，分析技術也   了很大發懇很多學者對螺桿泵采油井的工況分析技術做了專門的   。1998年，石油大學首先利用生產數據計算井筒和泵的工作特性參數，如排量、揚程、效率及功率，并與泵水力特性曲線或理論特性曲線作比魏了解泵的工況。根據油井產量及泵的工況點所在特性曲線圖上的位置和泵的特性參數，判斷泵與油層匹配狀況及泵工況較差的原因。1999年，設計了以工況測試和回放診斷為主的2步工作步驟，即先采集存儲抽油光桿靜止時的載荷和運動時的載荷、扭矩數據，然后回放數據，進行工況診斷。
2002年，螺桿泵采油系統光桿的受力來監測螺桿泵采油系統的工作狀況。其測試技術原理是 ：按照地面驅動螺桿泵采油系統的工作原理，驅動頭經方卡子將動力傳遞給光桿，方卡子緊緊夾持著光桿，并卡在驅動頭的驅動軸上，同時起著傳遞扭矩和承受載荷的作用。因此，方卡子與驅動頭的驅動軸連接處是 測取光桿受力的較佳位置。在方卡子與驅動頭的驅動軸之間安裝的傳感器，可同時測取方卡子施加在驅動軸上的載荷和它們 之間的扭矩。應用工況測試系統進行井下單螺桿泵的診斷分析。
診斷系統主要由的光桿載荷、扭矩和轉速測試傳感器、信號傳輸裝置、數據采集和轉換裝置、數據采集軟件和螺桿泵采油系統優化軟件等組成，利用光桿因受扭轉力和軸向拉力而發生扭轉和拉伸變形，將采集到的變形信號轉換成能夠被計算機采用的數字信號，實現井下單螺桿泵的光桿載荷、扭矩和轉速的實時測試，并進行對比分析。2003年，由數據采集和數據分析優化2大部分組成的單螺桿泵井下工況診斷系統，能夠對螺桿泵井生產狀況進行實時監測，及時了解螺桿泵井的轉速、扭矩和載荷等參數，通過與理論值對比，及時改進井下工況參數。2004年，石油大學針對螺桿泵常見的幾種故障的診斷方法。
截至目前，螺桿泵采油技術已經相當成熟。螺桿泵抽油桿柱合理的設計、制造技術的提高使螺桿泵壽命   明顯延長，已基本上能夠滿足油田需要。但是 ，隨著地面驅動螺桿泵采油技術的進一步推廣應用，使得抽油桿失效問題越來越突出，特別是 抽油桿斷脫事故的發生，嚴重制約著采油效率，也約束著該舉升技術的優點發揮和進一步推廣應用。
2失效問題   
隨著地面驅動單螺桿泵推廣規模的擴大，抽油桿失效問題也愈來愈突出，限制了這種螺桿泵的應用。1992年，對地面驅動單螺桿泵使用中出現的問題及失效形式進行了分析，并提出提高橡膠與外筒粘接強度、選用高晴定子、裝防砂篩管等措施。20 00年，對地面驅動單螺桿泵抽油桿的失效問題進行   ，主要從桿柱的結構及強度方面進行分析，并提出了把抽油桿的實際應力控制在許用應力以下、桿柱的剛度、螺紋配合精度等相應的預防措施。
近幾年來螺桿泵的應用   發展，螺桿泵的優化設計理論也為   預防抽油桿失效提供了重要的參考價值。1997年，以流體力學和理論力學為基礎，提出了采用數學模型分析泵的流出動態，依據給定的邊界條件、流動參數和井身結構，計算下泵   和實際揚程，優化泵的工作參數。
1998年，石油大學根據地面驅動單螺桿泵的工作特點，分析了傳遞動力的抽油桿柱受力狀況，由于抽油桿柱受復合載荷的作用，在承受扭矩的同時承受較大的軸向力，給出了各種載荷的計算方法。提出了把抽油桿柱設計成2級桿柱的等強度組合設計方法，即先按要求及標準確定2級桿柱的直徑和長度，然后按強度條件進行校核。1999年，通過   螺桿泵的工作特性，找出螺桿泵采油井的   工作區，以此為基礎對螺桿泵采油井進行優化設計。同年，石油大學吳曉東“月等對螺桿泵采油系統抽油桿柱運動模型進行深入   之后，提出了螺桿泵抽油井節點系統優化設計技術(描述抽油桿柱運動的偏微分方程和定解條件)，在力學分析的基礎上推導并建立了地面驅動螺桿泵抽油井抽油桿柱的應力計算模型。2002年，聚驅螺桿泵生產系統優化理論，包括泵、抽油桿、油管、配套工具和驅動頭的選擇等。通過對抽油桿柱的合理設計，可以提高桿柱的強度、延長桿柱的使用壽命，   地降低了桿柱失效問題的發生。