φ95mm有杆抽油泵失效分析及预防措施.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除95mm有杆抽油泵失效分析及预防措施摘要根据胜坨油田近几年采用95mm有杆抽油泵提液的实践，分析了造成这种抽油泵失效的原因，包括与其配套的脱节器失效、抽油杆断脱、泵漏、电动机不配套和生产管理不善等。为增强泵的提液能力和工作可靠性，提出5 项预防措施：(1)选择有充足供液能力的油井；(2)在保持相同泵效的情况下，泵的沉没度应略大于小泵，推荐按450500m设计；(3)采用H级超高强度抽油杆柱，并在杆柱底部配置一定重量的加重杆；(4)采用长冲程、低冲次的参数匹配，推荐光杆冲程大于5m，冲次小于6min-1；(5)为提高泵筒、活塞和阀座的防腐耐磨性，推荐采用“氧化锆阀球和阀座+喷焊柱塞+氮化泵筒”的结构形式。 主题词有杆抽油泵失效原因预防措施Huang Richeng(Shengli Oil Production Plant, Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province). Failure analysis and precautions for 95mm subsurface sucker rod pump. CPM, 1999, 27(3): 2224Based on the practice of the use of 95mm subsurface sucker rod pump in Shengtuo Oilfield in recent years, the causes of the failure of the pump are analyzed, and relevant precautions are put forward: (1)selecting oil wells with sufficient fluid supply for pumping; (2)under the condition of the pump efficiency being the same, the submergence depth of the pump being somewhat larger than that of the small pump, and 450500m being feasible; (3)adopting Grade H ultrahigh-strength rod string and fixing a sinker bar at the bottom of the rod string; (4)selecting long stroke and low pumping speed, and more than 5m stroke and less than 6min-1 pumping speed being recommended; (5)adopting zirconium oxide valve ball and seat spray welded plunger nitrided barrel.Subject Concept Termssubsurface sucker rod pumpfailurecausepreventive measure胜坨油田综合含水率已超过94%，在“八五”期间及“九五”的前两年，提液的主要设备是电潜泵。到1997年底，全油田有电潜泵井526口，日产液量123646t，占全部液量的79.8%；日产油量5832t，占全部油量的67.5%。随着采油成本控制意识的强化，“经济油”已成为油田开发的追求目标，因此，提液工艺的经济性也已成为决策者考虑的主要问题。胜坨油田在“七五”和“八五”期间开展了大量的95mm有杆抽油泵提液试验，但工艺的可靠性差、有效期短的问题一直未能根本解决。1988年，该油田扩大有杆抽油泵应用规模，通过对配套工具的改进，在增强提液能力和延长有效生产周期方面都取得了较好效果。95mm有杆抽油泵应用水平评价1998年初，通过推广使用压缩式泄油器，从根本上解决了泄油器失效问题；推广H级超高强度抽油杆，使下泵深度比“七五”期间增加200300m；对脱节器材质和热处理工艺的改进，使有效生产周期延长了近50天。截止1998年5月，全油田共开95mm有杆抽油泵井42口，其中将电潜泵改为95mm有杆抽油泵的井25口，泵径升级井17口。42口井的主要运行指标如下。(1)单井产量平均单井日产液量为146.4t，单井日产油量为6.93t，综合含水率为95.26%。(2)检泵周期通过对42口井中的15口作业油井解剖分析，作业30次，完整检泵周期为195天。(3)主要技术指标采用“14型游梁机+H级超高强度杆”系统，平均泵深843.1m，最大下泵深度达到1200m；平均动液面为443.0m，平均沉没度为400.1m；初期平均泵效为75.6%，当前泵效为69.8%；抽油机冲程利用率为95.6%。失效分析1.失效形式通过对15口油井30次作业的解剖分析，95mm有杆抽油泵失效主要表现为：脱节器故障19次，占63.33%；杆断5次，占16.67%；泵漏4次，占13.33%；供液不足1次，占3.33%；活塞上阀脱扣1次，占3.33%。2.失效原因（1）脱节器失效脱节器故障是制约95mm有杆抽油泵发展的根本原因。从95mm有杆抽油泵研制到推广应用，历时15年，先后试验应用过飞刀式、卡爪式、倒置式、螺旋式和自旋式5种类型的脱节器。飞刀式脱节器自锁装置可靠性差，早已被淘汰；倒置式脱节器下井一次成功率低于50%，目前也已停止使用；螺旋式脱节器（仿美）下井5次，发生母体断3次，主要是由于热处理质量不合格所致；自旋式脱节器只下井1次，出现对接困难问题，有待做进一步试验加以考验。下面就发现的19次脱节器失效问题进行分析。失效脱节器类型：均为卡爪式脱节器。失效周期：平均为124天，最长的为306天（1次），最短的只有23天，其中100200天的井占63.1%。失效形式：有卡爪断裂和自动脱节两种。归结起来，导致脱节器失效的原因有机械加工、沉没度小和腐蚀三大因素。脱节器的结构设计不存在问题，造成失效的原因是加工厂家选用的材料性能差、加工精度低和热处理质量达不到设计要求。小沉没度产生的液体冲击力缩短了脱节器的寿命。从压力与泵效的关系来看，沉没度在300m左右完全可以使泵效达到80%以上，但大泵抽油时柱塞下冲程与余隙空间内液面产生的“液击”不可忽视。根据统计，沉没度低于400m的井，下冲程开始时，示功图均有明显的冲击波浪线（如图1），井供液不足更严重。根据冲量定理，活塞下行时与泵内液体产生的冲击力，方向向上，其大小可表示为F=m（v2-v1）/t=H（v2-v1）R2t式中F活塞与液面之间产生的冲击力，N；H泵深，m；混合液密度，kg/m3；R泵半径，m；v1活塞撞击液体之前的速度，m/s；v2活塞撞击液体之后的速度，m/s；t作用时间，s。从上式可以看出，冲击力的大小与泵半径的平方成正比。根据文献1，液体惯性载荷与泵半径变化关系很大，如图2所示。又由于脱节器的上体与下体之间不是刚性联结，此部位是整个杆柱系统的薄弱点，在这种交变冲击载荷的作用下，脱节器的使用寿命会很快缩短。 图1液击引起的冲击力示功图 图2液体惯性载荷与泵径的关系曲线310167井是坨21断块不稳定注水方案的受效井，自1997年3月28日下95mm有杆抽油泵以来，已发生三次脱节器失效。泵深在9501038m，由于动液面下降，沉没度由370m逐渐下降到38m，使得最大载荷由95.5kN增加到110.53kN，最小载荷由26.13kN减小到23.26kN，最终导致脱节器失效。腐蚀也会导致脱节器失效。腐蚀来自两方面：一是脱节器的材质为普通碳钢，与抽油杆柱材质不同而产生电化学腐蚀；二是产出液介质中含有大量的Cl（800011000mg/L）和CO2（8.036.96mg/L）等腐蚀介质，使得卡爪产生点蚀。以上两种腐蚀均可导致卡爪断裂和上下体联结部位失效。（2）抽油杆柱断脱5次杆柱断脱失效事故中,有4次发生在25mm的D级杆,因此，抽油杆的许用应力低是引起杆柱断脱的直接原因。95mm有杆抽油泵直径大，使得最大载荷与最小载荷的差值（P）增大,抽油杆柱应力幅增大。调查28口井中,有7口井的抽油杆柱超应力,占25%。这些井虽然泵挂均在1000m之内，但由于沉没度小，载荷就增大。（3）泵漏目前95mm有杆泵抽油系统，由于脱节器寿命较短，泵的不适应性问题暴露不充分。从3461和2471两口检泵井的泵效变化曲线看，目前“38CrMoAl氮化泵筒+镀铬柱塞+单固定阀”泵的寿命约为270天，之后泵效降到30%以下（见图3）。目前反映出来的失效形式，主要是活塞磨损、游动阀罩脱扣等，其他潜在问题，有待进一步分析研究。 图3?95mm有杆抽油泵寿命与泵效的关系曲线（4）电动机不配套普通Y系列电动机转速高，冲次调节困难。在用电动机中，75kW电动机是10极，其余55kW电动机全为6极，不适应长冲程、低冲次的需求。（5）管理不善造成的失效从设计上看，一是产液指数预测不准，导致油井供液不足。采取注水开发的油田，油井压力的变化主要受注水井注水压力的影响。如3786油井，1998年3月检泵作业，作业前日产液量15.3t，液面492m，泵深1024.79m；作业时上提泵挂至803m，开井后液面降至777m，日产液量90.6t。图4和图5为3786井检泵作业前后示功图。图中均反映出油井严重供液不足；二是未采用抽油杆柱底部加重，中和点附近的杆柱弯曲严重，产生断裂。 Pmax=92.09kN；Pmin=15.47kN图43786井作业前示功图 Pmax=110.80kN；Pmin=13.39kN图53786井作业后示功图从生产管理看，一是生产参数匹配不合理。短冲程、高冲次不仅使得油井产液量低、泵效低，而且由于井液惯性载荷增加，整个抽油系统的可靠性大大降低；二是防冲距小，活塞与固定阀座发生碰撞，从而缩短了脱节器的使用寿命。预防措施根据对95mm有杆抽油泵失效原因的解剖分析，提出以下预防措施。(1)选井对所选油井，要有充足的供液能力，且含砂量应低于0.5。对低渗透单元、注采井网不完善及不稳定注水单元内的油井不宜采用95mm有杆抽油泵。(2)沉没度设计在保持相同泵效的情况下，95mm有杆抽油泵的沉没度应略大于小泵，推荐按450500m设计。(3)抽油杆柱配置应采用H级超高强度抽油杆柱，并在底部配置适当重量的加重杆。(4)生产参数组合应采用长冲程、低冲次的参数匹配，推荐光杆冲程