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螺杆泵井磨损原因分析及腐性磨损

2019-03-19 01:19:40
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  地面驱动螺杆泵井是由地面高速运动的电机通过驱动头带动井下抽油杆柱作高速旋转运动。其运动方式区别于抽油机井的上下往复运动,因此,它的磨损机理与抽油机井有所不同,螺杆泵杆管产生磨损的原因主要有以下两大方面:

  一、机械磨损

  据现场调查发现在有磨损产生的螺杆泵井中,机械磨损是使杆管失效的主要原因。偏磨所产生的危害是使杆管因为磨损而失效,甚至断裂,这主要是由机械作用而产生的。了解机械磨损产生的原因,对于治理偏磨起着至关重要的作用。

  1、井身结构引起的偏磨

  由于井身结构不垂直,导致油管在井筒内发生偏移,而油管内的抽油杆在重力作用下趋于垂直,致使管杆接触磨损。影响抽油杆或油管磨损的井况因素有井斜角、套管损坏和变形。

  ①并斜角。对于常规直井来说,井斜角小于3°为合格。在钻井过程中,虽经过多次纠偏,但井底的实际位置仍和靶心有一定距离。即使直井也并不能做到与地面垂直,存在井斜角,抽油杆也如此。因此,造成了杆管之间的偏磨。随着井斜角增大,油管与抽油杆弯曲会更严重,杆管偏磨也逐步加剧。

  ②套管损坏和变形。套管不同程度地损坏和变形,更使井下旋转抽油杆处在恶劣环境内,在工作中随时都可能造成抽油杆磨断或扭断等事故。

  2、封隔器、油管锚坐封造成油管弯曲,发生杆管偏磨

  封隔器是油井进行多层位开采时所使用的工具,为了使封隔器能够较好的工作需要一定的坐封力。随着坐封力的增大,封隔器上端油管的下段就会因为油管上端的压力产生失稳弯曲,从而导致抽油杆在高速旋转运动时,与油管相互摩擦,造成抽油杆与弯曲油管的磨损。并且坐封力越大,油管弯曲程度越大,杆管偏磨也就越严重。

  油管锚是用来锚定油管的工具,为了防止抽油杆在高速旋转运动时与油管发生碰撞。油管锚在坐封时同样需要一定的坐封重力。而坐封重力将导致油管弯曲,坐封重力越大,油管弯曲越严重,使得抽油杆与油管接触而发生偏磨。

  3、质量偏心

  螺杆泵杆柱在高速旋转时,抽油杆为均质量的细长杆柱。由于杆柱质量偏心和惯性力的作用,使细长的杆柱不可能保持竖直状态,而会产生侧向位移。一方面,这些侧向位移在旋曲作用下将引起离心力,进一步加剧侧向位移的产生;另一方面,杆柱在弹性作用下将产生恢复力,减少侧向位移的产生。当离心力大于恢复力时,抽油杆柱的侧向位移将会逐步增大,导致杆柱与油管壁接触,使得杆管发生偏磨。若没有油管柱约束,抽油杆柱将丧失承载能力。

  4、含水率高

  原油含水率低时,杆与管的摩擦面能够形成良好的油润滑;而含水率高时,2个摩擦面处于水润滑状态,摩擦系数增大,增加了2个表面的摩擦阻力,从而加快表面磨损,加剧油井的杆管偏磨。

  二、腐性磨损

  1、腐蚀磨损的内容

  腐蚀磨损失效是指在摩擦过程中,杆管与周围介质发生了化学或电化学作用,这种作用加剧了材料的磨损。其特征是化学腐蚀和机械磨损同时存在并互相促进。机械磨损可以除去杆管表面的可缓腐蚀产物,把新的金属暴露在介质中,从而促进了磨损面的腐蚀。

  2、腐蚀磨损的原因

  腐蚀磨损是螺杆泵采油系统中杆管磨损的另外一种磨损形式,这种形式主要体现在油田的开发后期。随着我国东部油田的不断深入开发,混合液中的含水量大大地增加,直到现在含水达到90%以上,含水量的增加也带来了其他介质的物性变化,下面列举目前已经存在的一些腐蚀磨损。

  (1)综合含水的影响

  随着含水的不断增加,油井产出液的化学性质也在发生变化。当含水比例达到一定程度后,油井产出液由油包水转换为水包油,在此产出液中工作的抽油杆、油管的外壁就失去了油液的保护作用,摩擦的润滑剂由原油变为产出水,产出水直接接触金属,产生化学腐蚀。另外,由于杆管本身原来就存在磨损的情况,又失去原油的润滑作用,使得油管内壁和抽油杆磨损速度加快,磨损严重。

  (2)腐蚀介质的影响

  随着我国东部油田的多年开发,在含水量大量增加的同时,时也出现了其他化学物质含量过高的特点,即矿化度、Cl-、H多等含量过高。产出液中这些化学物质的大量增加,导致了抽油杆和油管等金属物质发生化学腐蚀的速度大大增加,最终导致了抽油杆以及油管的腐蚀失效。腐蚀和偏磨可以互相促进,当杆管磨损以后,就加快了腐蚀的速度,而杆管被腐蚀后,其强度降低,磨损的速度也会加快固。

  (3)缝隙腐蚀和冲蚀明显

  由于产出液含水较高及产出液的强腐蚀性,使杆管螺纹联接处产生缝隙腐蚀;另外,由于产出液对油管公螺纹外缘的冲刷作用,再加上产出液的强腐蚀性,发生冲蚀,易使油管公螺纹老化。油管螺纹联接处处在偏磨腐蚀、缝隙腐蚀和冲蚀的综合作用下,易使该处产生油管断脱、刺漏。

  (4)管、杆等的材料耐腐蚀性能较差

  由于油井的产出液具有强腐蚀性,而所用的油管耐腐蚀性能达不到要求,油管表层涂料的强度和耐腐蚀性较差,再加上已经存在的偏磨,因此,油管腐蚀、磨损严重,甚至穿孔和磨蚀成裂缝。腐蚀疲劳的特点:在介质作用下,材料疲劳强度显著降低。


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