管式泵失效原因分析

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  [摘 要]有杆抽油是传统的采油方式之一,也是在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。在我国,有杆抽油井占总机械采油井的90%以上。从生产管理上的对管式泵的工作环境加以维护,都将尽量延长抽油泵的使用寿命。
  [关键词]管式泵 失效原因 分析
  中图分类号:TQ051.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)39-0141-01
  1 管式泵的工作环境和要求
  1.1 管式泵在井下工作,在其结构和工作参数等方面具有特殊性:
  1.1.1 管式泵的工作和使用周期,受抽油桿强度和刚度的影响,如抽油杆变形、震动和偏磨,都将影响柱塞有效长度和泵工作的平稳性。
  1.1.2 在油田开发初期,原油一般含腐蚀介质少,随着油田不断开发,由于注水、酸化、压裂等各种措施不断实施,含水量增高和有关化学作用的不断发生,原油中腐蚀介质大量增加,管式泵在井下无时无刻都在经受有害化学物质的腐蚀。
  1.1.3 管式泵在恶劣的底下环境连续工作,如油井含气、含砂、介质腐蚀、结垢、高压、高粘度和随着井的深度有较大的温度变化等等。
  1.2 根据管式泵的工作环境和特点,对管式泵必须有更高的要求:
  1.2.1 要有足够的强度和较好的密封性。
  1.2.2 要求工作可靠,寿命长。对阀、柱塞、泵筒等从结构、材质、加工质量等方面够有要求,提高耐磨性和抗腐蚀性,减少抽油泵的非生产时间,降低采油成本。
  1.2.3 要有比较高的泵效。
  1.2.4 要求安装、修理和使用方便。
  2 管式泵的失效类型
  2.1 泵筒易损件的损坏因素
  泵筒、衬套、柱塞、阀球、阀座、进出油阀罩等是抽油泵的易损部件,这些零件或其配合副的失效往往会导致抽油泵整体的失效。
  2.1.1 衬套的因素
  衬套在其设计、材质、制造、装配工艺都有很高的要求。由于井下工作环境的恶劣,使活塞衬套磨损严重,活塞端面和防砂槽镀铬层脱落,衬套磨损变形造成泵漏失;在打捞、碰泵、对扣外、搬运过程中操作不严格,造成深井泵外管弯曲,衬套错乱,会造成光杆上下行阻碍而卡泵。
  2.1.2 活塞拉伤的因素
  镀铬柱塞的铬层虽然很硬,但在两端和防砂槽的两边,也会发生配对件凿削磨损,其原因时多方面的。
  2.1.2.1 电镀工艺伤的铬层厚度不均匀;
  2.1.2.2 柱塞通过衬套或泵筒两端面的刮、碰;
  2.1.2.3 搬运和下泵过程中非正常操作的严重震荡。碰撞等,均可使柱塞边缘处的铬层剥落;
  2.1.2.4 是井底采出物具有腐蚀作用和油井出泥砂的颗粒等进入泵筒,对柱塞造成伤害。
  2.2 阀罩损坏因素
  2.2.1 阀罩的功能有四:(1)限高;(2)定心;(3)缓冲;(4)过流。
  2.2.2 上游动凡尔罩损坏的现象比较多,最近几年呈上升趋势。
  2.2.2.1 由于在结构设计伤受内外尺寸的限制,抽油泵上游动凡尔罩承载的能力相对较低,易发生断裂。
  2.2.2.2 磨损与腐蚀。阀球重复起跳后,液流把球挤到边上,不断碰撞阀罩壁,加上液流的冲刷和腐蚀,特别是液流出口处的冲刷更严重,逐渐造成阀罩壁磨损,使阀罩壁变薄二变形,最终使其丧失强度而断裂。
  2.3 阀球和阀座损坏因素
  2.3.1 阀球是标准件,由专业厂家生产,在管式泵柱塞的上下冲程过程中,阀球不断起落进入阀座,与阀座组成密封副,使液流单向流动。
  2.3.2 阀座在工作过程中受到多种载荷的作用:(1)装配压力;(2)阀球关闭时的液柱静压力;(3)阀球的冲击力;(4)阀球旋转产生的摩擦力及井液的冲刷力。阀球在工作过程中承受重复性的冲击力、摩擦力和液流冲刷力的综合作用。(5)井液对阀座的腐蚀作用。
  2.3.3 基于以上的原因,就要求泵阀组件必须有如下性能要求:(1)足够的强度,以承受装配压力和液柱静压力的作用;(2) 较高的耐磨性,能耐机械磨损和液流的冲刷力;(3)一定的韧性,以承受重复行的冲击力;(4)很强的耐腐蚀性,以承受油井介质的腐蚀;
  2.3.4 阀球与阀座损坏的原因也是多种的:
  2.3.4.1 阀球阀座的喷射磨损:阀球起闭过程中,随时都携带磨粒的高压液体和气体向阀球表面喷射,这种喷射的能量,足以把这些硬质磨粒压入阀球表面,不断的切出较小的凹坑,长期的微切削作用,造成阀球尺寸减小和全身的凹坑麻点而漏失。
  2.3.4.2 阀座的撞击磨损:阀球对阀座长期地周期性地碰撞,在阀口的密封环表面产生颗粒脱落、麻点、凹坑,不易在阀球的旋转及摩擦运动撞击下,恢复密封性能,造成漏失。
  2.3.4.3 井液介质的腐蚀作用。
  2.3.4.4 阀罩结构的不合理,使阀球飘忽量过大,对中不好,造成阀球落座时砸偏。
  2.3.4.5下游动凡尔阀球在每一个冲程的起落过程中高速旋转,作用在阀座上的是反向旋转力,又由于活塞在下行过程中,阀座底部撞击液面,整个抽油系统受强烈的冲击载荷,容易使抽油泵损坏,严重的会造成阀座卸扣而脱落。由于以上各种原因造成阀球、阀座密封副被破坏,造成漏失量不断加大,使管式泵失效。
  2.4 组装和作业等因素
  管式泵属于配合精度较高的设备,在使用中的每一个环节都必须按照规定操作。各组件在生产和组装过程中如果不能保证良好的产品质量和安装质量,在储存、运输和下井作业时没有进行必备的检查措施和标准操作,都必将对管式泵带来伤害,缩短其使用寿命。
  2.5 生产管理因素
  在日常生产管理中,各生产措施的实施对管式泵是否能正常都有很大的影响。造成管式泵损伤的管理方面的问题是:(1)油井出砂对管式泵的影响;(2)气体的影响;(3)稠油井的影响;(4)油井结蜡的影响;(5)工作方式的影响。
  3 几点认识
  3.1 分析管式泵各种失效因素,依据正确的分析判断管式泵失效的原因,提前做出预防措施,在今后的生产管理中起着很大的作用。延长管式泵在井下的服役期限,延长使用寿命,在经济效益方面也将发挥重要作用。
  3.2 对于不同的井况和井底环境条件,选择不同作用、不同间隙的抽油泵生产,合理优化工作参数,使抽油泵在合理的沉没度下工作。
  3.3 保持合理的防冲距离生产。
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