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螺杆泵采油地面系统安全预防知识 目录 一、螺杆泵采油系统组成及地面装置功能简介 二、螺杆泵采油系统地面设备故障及危害 三、螺杆泵系统投产、维护维修时的安全防护知识 14 15 16 电控部分 螺 杆 泵 采 油 地面驱动部分 井下泵部分 7 5 6 8 2 9 10 3 1 1电控箱； 2-电机； 3-皮带； 4-方卡子； 5-光杆； 6-减速箱； 7-专用井口； 8-抽油杆； 系 统 的 组 成 配套工具部分 11 12 13 9-抽油杆扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺杆泵； 13-套管； 14-定位销； 15-防脱装置； 16-筛管 1、电控部分 l电控箱是螺杆泵地面动力控制部分，基本功 能：控制电机的启、停。 l安全保护功能：对电机作过载、欠载、过 压、欠压、过流、欠流、漏电、堵转、断相及 三相不平衡保护。另外还要有门锁、防风沙、 防雨功能。 l辅助功能：（自动）显示、记录螺杆泵井工 况参数（如电流、电压等）。 l其它功能：软启动、软停机、工况分析、智 能控制等。 六是 2、螺杆泵地面驱动装置主要功能 一是 为井下螺杆泵提供动力和合适的转速 二是 承受杆柱的轴向载荷 三是 为油井产出液进入地面输油管线提供通道 四是 防止产出液渗漏到井场的密封功能 五是 防止停机过程中杆柱的高速反转 安全防护功能（防反转功能、皮带防护罩、方卡防护罩等） 七是 辅助功能测试、防盗等。 l l 3、地面驱动装置的动力传递 启机及生产过程工作动力传递:原动机的动力通过如下动 力传递系统传递到井下泵上，泵工作完成井液举升。 停机过程反转动力传递：反转动力来源于油管与套管之间 的液位势能和抽油杆柱的变形扭矩，消耗为杆柱的高速旋转动 能和摩擦。 螺杆泵地面驱动装置动力传递系统流程图 电控箱 电动机 小带轮大带轮 井液倒灌 螺杆马达杆柱变形扭矩 摩擦耗能 反转控制系统 齿 轮 轴 螺杆泵 杆柱光 杆 方卡输出轴 大齿轮 停 机 反 转 的 原 因 分 析 停 机 反 转 危 害 4、螺杆泵采油系统反转原因及危害 1）螺杆泵停机后（特别卡泵等过载情况下），杆柱中贮存有大 量的弹性变形能。该能量可使杆柱瞬时高速反转，转速达到上千 转，持续时间几分钟到半小时。 2）停机后，油管与套管间出现的液压势能（液位差）。该液压 势能会使螺杆泵变成液压马达，使转子及杆柱、光杆快速反转。 油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油套压 差恢复平衡为止。 l 螺杆泵的反转会使杆柱光杆甩弯、断脱，地面驱动装置零 部件损坏、飞脱； l 螺杆泵的反转不仅会危及设备的安全，还会危及附近人员的 安全，造成生产事故。 地面驱动装置防反转结构形式及特点 为了解决螺杆泵采油系统停机反转造成系统故障，普遍 在驱动装置中设置机械防反转系统。防反转系统可以装在输 出轴或输入轴上，装在输入轴上的防反转系统受到的工作扭 矩远小于装在输出轴上的工作扭矩，但装置横向尺寸也相应 变大。综合考虑选用防反转系统装在输入轴上的方案较好， 易于调整维护。 目前机械防反转系统主要有棘轮棘爪机构、 摩擦式防反转装置、楔块防反转系统、液压防反 转系统和电磁式防反转装置等方式。目前大庆应 用最多的是棘轮棘爪结构防反转装置，而安全性 较好的液压防反转系统目前在探索中。 棘轮-棘爪式防反转装置 该防反转系统一般装在驱动装置 输入轴上，依靠刹车带的摩擦力释放 反转势能。当驱动装置工作时，棘爪 在离心力的作用下与棘轮刹车带脱离 啮合，防反转系统不工作。当停机 时，杆柱反转带动光杆反转，这时棘 爪在重力和弹簧力作用下与棘轮刹车 带啮合，防反转系统工作，依靠摩擦力避免驱动装置高速反 转。通过手动旋松扭矩释放螺栓，可以将贮存在杆柱中的反转 扭矩释放掉，提高了驱动装置操作维护的安全性。 该系统结构简单，成本低，而且能 够手动释放贮存在系统上的反转扭 矩，现场可更换。 不足 1 为保证防反转系统可靠工作，需要经常调 整棘轮刹车带摩擦面的压紧力。 2 低速时棘轮棘爪由于接触会产生噪音和磨损。 3 刹车带摩擦面压紧力调整及反转扭矩释放 都需要人为近距离操作，而且在扭矩释放 过程中，杆柱还会以一定速度反转，如果 人为操作不当或刹车带摩擦面打滑，也会 对操作者带来安全隐患。 5、其它地面安全防护技术 螺杆泵驱动装置安全防护技术是为了防止螺杆泵 驱动装置的零部件破损、松脱和损坏造成人员、设备 伤害的技术。 驱动装置安全防护技术主要包括光杆方卡防护 罩、皮带罩、棘轮护罩和安全标识。 光杆方卡防护罩是套在光杆方卡外面，连于螺杆泵 驱动装置上端盖上，用来防止方卡螺栓松脱飞出、光 杆甩弯伤人问题。 皮带罩要求皮带罩有足够的结构强度，能够避免断 裂的皮带、皮带轮损坏而带来的对操作人员的伤害。 棘轮护罩是防止灰尘、雨雪进入防反转系统，同时 防止防反转易损件破损后飞出伤人。 安全标识主要是为人员提供安全警示。 6、地面驱动装置的光杆密封技术 上置机械密封系统：该系统将机 械密封系统上移到驱动装置上 部，同减速箱中的油杯配合将光 杆与驱动装置之间的动密封转换 成光杆与轴头的静密封、轴头与 油杯之间的动密封，油杯与光杆 之间为间隙配合。 优点：正常无泄漏工作时间大约 0.5-1年或更长。 不足：井口压力不能超过工作压力范围（小于2.5MPa), 不能没有润滑液 7、井口密封支撑技术 螺杆泵井作业或驱动装置零部件维修 更换过程中，需要相应的结构密封井 液或者支撑杆柱重量，这种结构称为 螺杆泵的专用井口。 卡持密封井口集成于地面驱动装置 上，在封闭时起到正常封井作用的同 时还能够锁紧光杆，承受全井杆柱负 荷，为处理驱动装置的故障提供了便 利条件。 不足：使用次数有限，卡持不到 位会发生光杆落井问题。慎用。 螺杆泵井卡持密封井口示意图 目录 一、螺杆泵采油系统组成及地面装置功能简介 二、螺杆泵采油系统地面设备故障及危害 三、螺杆泵系统投产、维护维修时的安全防护知识 二、螺杆泵采油系统地面设备故障及危害 主要故障 1、齿轮或轴承碎、错位 2、光杆甩弯 3、落物 4、光杆附属物及带轮、电机附属物飞出 5 、防反转零部件失效、飞出 6 、带轮及皮带破碎、飞出 7 、光杆断裂后飞出、井喷 8 、方卡或其紧固螺栓断裂、松脱、飞出、井喷 9 、闸门丝杠松脱、飞出、井喷 10、电机及电控箱漏电、失控 主要故障的危害及产生原因 1 齿轮或轴承碎、错位 设备核心损坏，连累其他附属设备。 宜早发现、早处理。 产生原因 l缺少润滑油或者润滑油失效 l长期过载工作 l疲劳损坏（到寿了） 案例1：2006年7月11日，员工在检查居民区内的某螺杆泵井光 杆甩弯的事故过程中，由于驱动齿轮错位，抽油杆扭矩没有释 放完，操作过程中光杆再次高速旋转，将防掉帽甩飞。幸无人 员伤亡和财产损失（杆甩弯后部分井还存在扭矩）。 主要故障的危害及产生原因 小于60cm 2、光杆甩弯 损坏附属设备、伤人。 产生原因 l光杆本身有弯曲 l光杆外露部分太长（适宜0.15-0.6m） l受系统影响光杆产生高速旋转（大于400r/min) 案例2：2005年2月12日，厂家人员和某厂员工，在处理位于居民 区内的某井卡泵事故时，违章操作，防反转失灵后，光杆快速反转 被甩弯，防护罩飞出20米远，防反转销钉飞出造成厂家人员受伤。 案例3 ：2005年7月10日，居民区内的某井卡泵。防反转失灵后， 由于液面较深，光杆快速反转被甩弯，防护罩飞出40米远，幸无人 员伤亡及财产损失(合理沉没度的制订）。 案例4 ： 2010年2月2日，员工在吊车配合下处理某井卡泵过程 中，防反转失灵，使光杆甩弯，造成1人死亡。原因目前不明。 主要故障的危害及产生原因 3、落物（头发、帽子、手套、线、螺栓等） 伤人。 产生原因 l缺少防范意识 l工作疏忽 案例5：2003 年10月27日，油田某施工人员在某 井附近施工时，违章攀靠该井驱动装置，其工服 帽子被方卡子卡住，造成死亡。 主要故障的危害及产生原因 4、光杆附属物及带轮、电机附属物飞出 损坏附属设备、伤人。 产生原因 l没有清理运转部件附着物（如泥砂等） l附属物联接不牢固（如光杆备帽、运转标志) l系统产生高速旋转 案例6：2004年3月24日晚，热洗工在某螺杆泵井倒热洗流 程时，抽油杆突然下落造成光杆头部运转指示铁质标示飞 出60米远，幸无人员伤亡。 案例7：2007年3月，员工在对某螺杆泵井进行扭距测试 时，在发现防反转失灵的情况下，强行进行测试，停机时 测试仪发射盒飞出后，打到变频控制柜上。 主要故障的危害及产生原因 5 、防反转零部件失效、飞出 损坏附属设备、伤人。 产生原因 l易损件没有及时维修、更换 l瞬间过载工作 l疲劳损坏（到寿了） 案例8： 主要故障的危害及产生原因 6 、带轮及皮带破碎、飞出 损坏附属设备、伤人。 产生原因 l带轮多为铸铁，砂眼、气孔等缺陷超标，带轮直径过大 l系统原因造成带轮高速旋转（超过500r/min) l长期过载工作 l缺少皮带防护罩或者防护罩强度不足 案例9：2005年1月21日，采油工对某井停机检查时，发现防反转失灵，及时启 动后避免了一次事故。然而有人在知道防反转失灵的的情况下强行停机，结果驱 动轮破碎，其残片飞入 150米远的一户4 楼居民家中。幸好没有造成人员伤亡。 案例10： 2008年12月28日，某螺杆泵井液面过深造成卡泵停机。由于防反转失 灵，皮带轮高速旋转破碎后飞出，幸无人员伤亡。 案例11： 2009年9月1日，某井皮带烧。员工更换完皮带后启机，5分钟后因扭 矩大停机。由于防反转失灵造成皮带轮破碎后飞出，幸无人员伤亡（皮带烧、故 障停机查明原因再启动）。 主要故障的危害及产生原因 7 、光杆断裂后飞出、井喷 损坏附属设备、伤人、污染环境。 产生原因 l光杆有质量缺陷或者存在外伤 l长期过载工作 l光杆疲劳断裂 l井口压力高或者存在气顶、堵塞 l光杆旋转 案例12：2002年11月23日，位于车队门前的某螺杆泵井（未安装 防护罩）光杆断裂后飞出井场，幸好没有人员伤亡和财产损失。 案例13： 2005年9月15日，某螺杆泵井过载停机，停机后未查 明原因强行启动。2005年9月21日， 采油工例行检查时发现该井 光杆扭断后窜出，幸好人员反映快，没有造成人员伤亡。 案例14： 2006年6月5日，员工在判断某螺杆泵井工况时（电流 下降、产液量不变），光杆由于井压力高从井底窜出。幸无人员 伤亡（地层压力过高的井严禁关闭生产闸门）。 主要故障的危害及产生原因 8 、方卡或其紧固螺栓断裂、松脱、飞出、井喷 损坏附属设备、伤人、污染环境。 产生原因 l光杆断脱飞出、光杆落入井中 l方卡装入轴头深度不够或者二者间隙过大 l井底压力高或者地面管线发生堵塞 l井口长期存在振动 l长期过载工作、疲劳损坏 案例15：2004年4月11日，员工在对接 某井抽油杆时，违章操作， 电流达到70A后，还强行对杆。造成传递动力的盘根盒羊角柱飞 出，幸未出现人员伤亡现象（改进盘根盒）。 案例16： 2006年11月，技术员检查某螺杆泵井时，由于急速放套 管气，造成抽油杆脱落，并将方卡子甩出，造成人员轻伤（脚扭 坏）（严禁急速放套管气）。 主要故障的危害及产生原因 9 、闸门丝杠松脱、飞出、井喷 损坏附属设备、伤人、污染环境。 产生原因 l闸门有质量缺陷或者存在外伤 l闸门螺母松脱 l闸门冻结 l井口压力高 主要故障的危害及产生原因 10、电机及电控箱漏电、失控 损坏附属设备、伤人。 产生原因 l用电设备没有接地或者天气潮湿 l电控箱结构设计、器件选用不合理，功能不全 l联接零部件松脱、进水或者灰尘 l设备没有定时检测、保养 目录 一、螺杆泵采油系统组成及地面装置功能简介 二、螺杆泵采油系统地面设备故障及危害 三、螺杆泵系统投产、维护维修时的安全防护知识 三、螺杆泵地面系统投产、维护、维修时的安全防护知识 牢记油公司“六条禁令”，令行禁止,结伴同行。 1、螺杆泵地面系统投产时的安全防护 1）穿戴好劳保用品，熟悉掌握地面设备使用规范和流程，按章操 作。 2）仔细检查电控箱连线紧固性和正确性，确认设备各项操作性能 安全可靠（电工资质） 。 1、螺杆泵地面系统投产时的安全防护 3）确认地面设备清洁，联接可靠，没有杂物，生产流程和装置 清蜡闸门全部打开，光杆外露长度符合要求（适宜0.15- 0.6m），防反转系统好用 ，方卡防护罩和皮带罩坚固好用。电 控箱位于设备安全区域（皮带轮的对面，与井口大于5m距离，箱 背对井口 ） 。 4）启机前，要确认设备周围无人、无危险。然后眼观电流和设 备耳听声音进行启机，如发现异常，应及时停机，拉下电控箱空 气开关。然后查找原因，问题解决后再进行投产。 5）做好设备、油井记录。 时刻有安全防范意识，防范万一的危险性。 2、螺杆泵地面系统维护时的安全防护 1）日常检查时，在安全区范围内检查设备运行情况，做好设备、 油井状态记录。 时刻防范万一的危险性。 2、螺杆泵地面系统维护时的安全防护 2）启、停机时，所有人员必须撤离到控制柜一侧距井口5米以外的 安全范围内。若发现防反转装置失灵，应立即重新启动，并下蹲做 好自我防护。 3）防反转装置释放反向扭矩时，操作人员头顶必须低于方卡高 度，佩戴安全帽，做好安全措施。释放螺栓动作要缓慢，开度要 小，以杆柱转速不高于100r/min为好。当释放螺栓完全打开杆柱不 再旋转时，杆柱内仍可能存在一定程度反向扭矩，后续操作时要当 心。 当驱动装置恢复使用时，一定要记住将防