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[摘 要]作为一种机械采油举升设备的螺杆泵，由于其安装方便、体积小、低能耗、低污染的优越性在油田中得到广泛的推广应用。但是在实际生产应用中，螺杆泵井杆柱断脱的问题比较突出，此问题严重影响了油田顺利实现其持续稳产的目标。本文通过对螺杆泵井杆柱断脱类型的简要分析，提出一些有效的防治措施。
[关键词]螺杆泵 井杆柱 断脱原因 防治措施
中图分类号：TE357.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0047-01
1 螺杆泵井杆柱断脱的类型与分析
1.1 杆柱断裂
（1）杆体在使用过程或者制造过程中产生缺陷，明显增大了杆体的工作应力，导致抽油杆承载能力下降。如果抽油杆最初就有缺陷，在较高腐蚀介质与比较高速旋转运动的作用下，会迅速扩大这种缺陷，使杆体的承受能力急剧下降，最终导致杆柱断裂。
（2）由于井下出现异常现象，从而导致抽油杆柱承受的压力过大，而同时螺杆泵系统对超载的保护力度不是很理想，例如，局部井段产生蜡堵、螺杆泵卡泵、砂卡以及电流保护装置效果不好等等这些异常现象。异常现象的出现一方面导致抽油杆柱不能旋转，从而产生过大的扭矩；另一方面，由于抽油杆柱的轴向运动受到部分堵塞的限制，此时，过大的轴向载荷可能由不稳定的抽油杆柱旋转运动引起，这些扭矩过载和轴向载荷，若得不到过载保护装置的及时限制保护，都可能引起杆柱的断裂。
1.2 脱扣
1.2.1惯例作用
螺杆泵采油井一旦发生卡泵或蜡堵时，明显会增大载荷扭矩，使整个杆柱上存储一定量的弹性变形能。如果地面驱动装置防反转装置失灵或者根本不具备防反转功能，就会导致杆柱高速反转。一旦杆柱某处螺纹的联接扭矩被由于高速反转产生的惯性扭矩超过很多，就会造成杆柱脱扣。螺杆泵由于维护或者测试被临时停机时，若动液面比较深，井下泵转子会在管柱内液体压力的驱动下反转，上部杆柱由于转子的带动高速反转。油套环空的液面会随着转子的反转而逐渐上升，从而逐渐缩小泵的进出口压差，最终转子将停止转动。与此同时，转子上部的杆柱由于惯性的作用继续反转。一旦高速反转所产生的惯性扭矩超过杆柱某处螺纹的联接扭矩，就会造成杆柱脱扣。
1.2.2液压力作用
对于一些产液能力较强并且有一定自喷能力的螺杆泵井，一旦停机，会很快的升高套压，而且套压会高于回压。在油套环空液压力的作用下，井下泵将驱动转子转动实现自喷生产。此时，上部杆柱通过转子带动正转，转子正转将使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态。万一下部驱动扭矩超过杆柱某处的联接扭矩，就会造成杆柱脱扣。对于实心转子螺杆泵而言，常采用不提转子高压冲洗或者高压热洗冲洗的方式进行清蜡和冲砂作业。井下泵的转子在高压、大流的流体作用下会加速转动，致使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态，也会造成杆柱脱扣。
1.2.3施工作业
在施工作业工程中，如果杆柱联接螺纹上的扣扭矩不足，当转子进入定子时，上部杆柱由于转子正转的作用，将承受反扭矩的作用，万一入泵时转子的速度比较快，很容易使上部的杆柱脱扣。在日常的维护工作中，如果不注意电动机三相电的相序，也会出现电机反转的情况，从而导致杆柱反转的误操作，必然會使杆柱脱扣。
1.3 撸扣
撸扣是抽油杆螺纹牙被剪断而失效的现象。螺纹牙齿强度不够，就会出现撸扣失效。引起螺纹牙齿失效的主要原因是：工作过程中轴向载荷过大或者螺纹连接的上纽扣距过大，螺纹牙齿所承受的载荷由于这些过大的载荷而增大。如果抽油杆螺纹牙出现弯曲或者剪切破坏，就会出现撸扣现象。
2 螺杆泵井杆柱断裂的防治措施
2.1 合理选配抽油杆柱规格和转速
根据井况以及泵型分析计算杆柱的承受力，对杆柱的强度用第四强度理论核算，并以此选配标杆，这样能够避免由于载荷较大、杆柱承载能力不足而发生断杆和撸扣。理论排量随着螺杆泵转速的提高而逐渐增大，因此在工业能力充足的情况下，泵的效率就越高。但是要注意，泵的转速不宜过快，所以在实际操作作业中，很有必要选择适当的泵的转速。
2.2 下入抽油杆接箍扶正器对抽油杆进行扶正
从分析抽油杆的运动状态中得知，抽油杆在传送扭矩的同时，会发生侧向位移，这会不可避免的与油管内部发生连续性或者间歇性的摩擦。为了防止抽油杆与油管内壁偏磨，必须要扶正抽油杆柱，可以下入卡装式或者短接式的接箍扶正器。目前，大部分的螺杆泵井在抽油杆上都安装了接箍扶正器，扶正效果比较不错。
2.3 抽油杆柱配套设备的使用
抽油杆柱断脱的一个重要因素是因为砂卡、蜡卡等原因造成的载荷扭矩过大，因此，螺杆泵采油设备必须配备过载保护系统。在电控箱上配备过功率保护器和过电流保护器，可以实现过载保护，也可以安装机械式过扭短保护器在驱动装置上，实现过载保护。现在，大多数螺杆泵采用了配电箱过载保护系统。杆柱脱扣的主要原因是杆柱的高速反转。为了避免高速反转造成的抽油杆柱脱扣现象，防反转装置的应用非常有必要。在地面驱动装置的从动轴上或者主传动轴上安装防反转装置，可以使抽油杆柱的高速旋转得到有效的控制。
2.4 专用抽油杆的研制与应用
螺杆泵采油井中应用普通抽油杆，不仅螺纹的受力状态比应用于往复泵差，更主要的是存在撸扣、脱扣以及卸扣困难等的隐患。从这几方面看，提高抽油杆的抗扭能力，一方面要研究和试验抽油杆的本体结构，另一方面要研究和应用螺纹的连接方式。
2.5 加强抽油杆的质量检测和现场施工管理
在日常的施工作业及日常的管理中，螺杆泵的停机次数要尽可能的减少，在井口安装防反转装置，使用过流保护装置，采用变频控制箱，及时清蜡等，来有效的治理螺杆泵井杆柱的断脱。螺杆泵井杆柱的断脱技术在各大油田的大排量与小排量的螺杆泵采油井都得到了应用，都取得了比较令人满意的效果，杆柱断脱率明显下降，但是由于杆体本身的质量缺陷造成的杆柱断裂现象，目前尚没有与之匹配的质量检测手段，因此还不能彻底的杜绝。
参考文献
[1] 吕彦平，吴晓东，李元超.单螺杆泵采油系统杆柱瞬态动力模型及应用[J]西安石油大学学报，2013，（6）：487-489
[2] 刘玉章，郑俊德.螺杆泵采油[J].采油工程技术进展，2013，29（7）：402-404
[3] 邵振军.螺杆泵采油工艺及其配套技术的研究与应用[J].中国地质大学，2013，28（（1）：74-78
[关键词]螺杆泵 井杆柱 断脱原因 防治措施
中图分类号：TE357.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0047-01
1 螺杆泵井杆柱断脱的类型与分析
1.1 杆柱断裂
（1）杆体在使用过程或者制造过程中产生缺陷，明显增大了杆体的工作应力，导致抽油杆承载能力下降。如果抽油杆最初就有缺陷，在较高腐蚀介质与比较高速旋转运动的作用下，会迅速扩大这种缺陷，使杆体的承受能力急剧下降，最终导致杆柱断裂。
（2）由于井下出现异常现象，从而导致抽油杆柱承受的压力过大，而同时螺杆泵系统对超载的保护力度不是很理想，例如，局部井段产生蜡堵、螺杆泵卡泵、砂卡以及电流保护装置效果不好等等这些异常现象。异常现象的出现一方面导致抽油杆柱不能旋转，从而产生过大的扭矩；另一方面，由于抽油杆柱的轴向运动受到部分堵塞的限制，此时，过大的轴向载荷可能由不稳定的抽油杆柱旋转运动引起，这些扭矩过载和轴向载荷，若得不到过载保护装置的及时限制保护，都可能引起杆柱的断裂。
1.2 脱扣
1.2.1惯例作用
螺杆泵采油井一旦发生卡泵或蜡堵时，明显会增大载荷扭矩，使整个杆柱上存储一定量的弹性变形能。如果地面驱动装置防反转装置失灵或者根本不具备防反转功能，就会导致杆柱高速反转。一旦杆柱某处螺纹的联接扭矩被由于高速反转产生的惯性扭矩超过很多，就会造成杆柱脱扣。螺杆泵由于维护或者测试被临时停机时，若动液面比较深，井下泵转子会在管柱内液体压力的驱动下反转，上部杆柱由于转子的带动高速反转。油套环空的液面会随着转子的反转而逐渐上升，从而逐渐缩小泵的进出口压差，最终转子将停止转动。与此同时，转子上部的杆柱由于惯性的作用继续反转。一旦高速反转所产生的惯性扭矩超过杆柱某处螺纹的联接扭矩，就会造成杆柱脱扣。
1.2.2液压力作用
对于一些产液能力较强并且有一定自喷能力的螺杆泵井，一旦停机，会很快的升高套压，而且套压会高于回压。在油套环空液压力的作用下，井下泵将驱动转子转动实现自喷生产。此时，上部杆柱通过转子带动正转，转子正转将使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态。万一下部驱动扭矩超过杆柱某处的联接扭矩，就会造成杆柱脱扣。对于实心转子螺杆泵而言，常采用不提转子高压冲洗或者高压热洗冲洗的方式进行清蜡和冲砂作业。井下泵的转子在高压、大流的流体作用下会加速转动，致使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态，也会造成杆柱脱扣。
1.2.3施工作业
在施工作业工程中，如果杆柱联接螺纹上的扣扭矩不足，当转子进入定子时，上部杆柱由于转子正转的作用，将承受反扭矩的作用，万一入泵时转子的速度比较快，很容易使上部的杆柱脱扣。在日常的维护工作中，如果不注意电动机三相电的相序，也会出现电机反转的情况，从而导致杆柱反转的误操作，必然會使杆柱脱扣。
1.3 撸扣
撸扣是抽油杆螺纹牙被剪断而失效的现象。螺纹牙齿强度不够，就会出现撸扣失效。引起螺纹牙齿失效的主要原因是：工作过程中轴向载荷过大或者螺纹连接的上纽扣距过大，螺纹牙齿所承受的载荷由于这些过大的载荷而增大。如果抽油杆螺纹牙出现弯曲或者剪切破坏，就会出现撸扣现象。
2 螺杆泵井杆柱断裂的防治措施
2.1 合理选配抽油杆柱规格和转速
根据井况以及泵型分析计算杆柱的承受力，对杆柱的强度用第四强度理论核算，并以此选配标杆，这样能够避免由于载荷较大、杆柱承载能力不足而发生断杆和撸扣。理论排量随着螺杆泵转速的提高而逐渐增大，因此在工业能力充足的情况下，泵的效率就越高。但是要注意，泵的转速不宜过快，所以在实际操作作业中，很有必要选择适当的泵的转速。
2.2 下入抽油杆接箍扶正器对抽油杆进行扶正
从分析抽油杆的运动状态中得知，抽油杆在传送扭矩的同时，会发生侧向位移，这会不可避免的与油管内部发生连续性或者间歇性的摩擦。为了防止抽油杆与油管内壁偏磨，必须要扶正抽油杆柱，可以下入卡装式或者短接式的接箍扶正器。目前，大部分的螺杆泵井在抽油杆上都安装了接箍扶正器，扶正效果比较不错。
2.3 抽油杆柱配套设备的使用
抽油杆柱断脱的一个重要因素是因为砂卡、蜡卡等原因造成的载荷扭矩过大，因此，螺杆泵采油设备必须配备过载保护系统。在电控箱上配备过功率保护器和过电流保护器，可以实现过载保护，也可以安装机械式过扭短保护器在驱动装置上，实现过载保护。现在，大多数螺杆泵采用了配电箱过载保护系统。杆柱脱扣的主要原因是杆柱的高速反转。为了避免高速反转造成的抽油杆柱脱扣现象，防反转装置的应用非常有必要。在地面驱动装置的从动轴上或者主传动轴上安装防反转装置，可以使抽油杆柱的高速旋转得到有效的控制。
2.4 专用抽油杆的研制与应用
螺杆泵采油井中应用普通抽油杆，不仅螺纹的受力状态比应用于往复泵差，更主要的是存在撸扣、脱扣以及卸扣困难等的隐患。从这几方面看，提高抽油杆的抗扭能力，一方面要研究和试验抽油杆的本体结构，另一方面要研究和应用螺纹的连接方式。
2.5 加强抽油杆的质量检测和现场施工管理
在日常的施工作业及日常的管理中，螺杆泵的停机次数要尽可能的减少，在井口安装防反转装置，使用过流保护装置，采用变频控制箱，及时清蜡等，来有效的治理螺杆泵井杆柱的断脱。螺杆泵井杆柱的断脱技术在各大油田的大排量与小排量的螺杆泵采油井都得到了应用，都取得了比较令人满意的效果，杆柱断脱率明显下降，但是由于杆体本身的质量缺陷造成的杆柱断裂现象，目前尚没有与之匹配的质量检测手段，因此还不能彻底的杜绝。
参考文献
[1] 吕彦平，吴晓东，李元超.单螺杆泵采油系统杆柱瞬态动力模型及应用[J]西安石油大学学报，2013，（6）：487-489
[2] 刘玉章，郑俊德.螺杆泵采油[J].采油工程技术进展，2013，29（7）：402-404
[3] 邵振军.螺杆泵采油工艺及其配套技术的研究与应用[J].中国地质大学，2013，28（（1）：74-78