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[摘 要]根据统计资料，海上油田大排量螺杆泵井因杆、管磨损原因检泵分别占检泵井数和总井数的78.3%及42.2%；其他原因分别占检泵井数和总井数的21.7%及11.7%。从统计数据可以看出，杆、管磨损是造成检泵的主要因素。在此基础上，提出优化下泵参数、杆泵优化匹配及全井扶正技术措施，降低了杆、管磨损发生几率，同时对大排量螺杆泵井的锚定方式及工具需进一步的优化与完善。
[关键词]海上采油；大排量螺杆泵；杆管偏磨；载荷；对策
中图分类号：TE337 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0193-01
1 磨损情况
海上油田大排量螺杆泵井杆、管磨损分析发现主要原因是由于螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理以及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，而螺杆泵转子偏心运动、离心力作用和油管弯曲是发生磨损的主要影响因素。
2 磨损原因分析
2.1 磨损井现状调查与分布规律
（1）从磨损区域分析。螺杆泵井杆、管磨损是从某一深度开始，在该深度以下开始磨损，且越往下磨损越严重。杆、管开始发生磨损的深度统计结果看，开始发生磨损的部位在杆、管中下部位居多，占所统计井的87.5%。
（2）从杆结构分析。按杆结构分类，从统计结果看，空心杆的磨损率高于实心杆。（3）从转速分析。按转速分类，从统计结果看，转速小于100r/min的井仅占2.11%，高转速的井磨损率高于低转速井。（4）从磨损现象分析。一是抽油杆靠在油管壁上，靠一侧磨损，将油管管体磨出裂缝；二是杆和管壁上呈现圆周磨损的痕迹；三是杆体未磨，杆箍处磨损。
2.2 杆管磨损理论分析
（1）转子偏心运动。螺杆泵的结构特征及转子的偏心运动特征，决定了转子以及与转子相连接的底部抽油杆做偏心旋转运动。转子的偏心在3～10mm，由于油管与抽油杆间的环空有限，如不采取相应的措施，必然会导致底部抽油杆与油管之间的磨损。（2）离心惯性力作用。由于杆柱的质量中心偏离竖直井筒的几何中心线，在旋转过程中，质量偏心所产生的离心惯性力将使杆柱发生弯曲，当杆柱的弯曲挠度达到油管和杆柱的径向间隙时，杆柱将与油管发生摩擦。旋转杆柱的轴向力是随着井深减少的。在横向力的作用下，杆柱发生弯曲，同时杆柱因弯曲刚度和拉压刚度将产生弹性恢复力，两者平衡时，杆柱弯曲中心线将以稳定的弓形面绕井筒轴线做公转，杆柱横截面将以稳定的转速以桿柱弯曲中心线自转。当井较深，杆柱的长度相当大时，杆柱弯曲和拉压刚度相对较小，公转和自转的差别可以不区分，即可认为杆柱中心线的弓形面将以地面转速绕井筒中心线旋转。此时检泵就会发现杆在管壁上呈圆周磨损的痕迹。由离心惯性力所引起的弯矩为：
由上式可看出，螺杆泵工作时，离心惯性力所引起的弯矩与转速n和两扶正器的间距L的平方成正比，即转速和扶正器间距对弯矩影响大。当转速较高，不安装扶正器或扶正器布置较少时，离心惯性力引起的弯矩也就随之增加，导致杆柱弯曲，增加杆、管磨损几率。
（3）油管弯曲。一般情况下，对于直井而言，油管发生弯曲主要有两个原因：一是在钻井过程中井筒本身存在着狗腿，井筒的弯曲导致油管管柱弯曲；二是目前螺杆泵井普遍采用的支撑卡瓦，由于其坐卡方式（压油管头）决定了油管也会存在一定程度的弯曲。显然，油管弯曲必然会使杆、管之间产生接触载荷，从而导致磨损发生。
3 治理措施对策
3.1 优化下泵参数
为保证螺杆泵能高效、长期正常运转，必须确定合理的下泵参数。从检泵原因分析可看出，要有效地减轻杆、管磨损，防止杆断脱，必须降低扭矩、弯矩，减少共振。要达到以上目的，就必须让螺杆泵在中、低转速运行。为此，在下泵设计时，根据油井产能，在满足供排要求的前提下，以最低速为目标，选择泵型。因此重新计算了各种泵型中低转速时，对应的实际排量。确定泵型和转速，优选大泵，均以最低转速投产。优化设计下入井、借检泵时机换大泵井，平均转速为101r/min。目前这些井均未因杆、管磨损和杆断原因造成检泵。
3.2 杆泵优化匹配
针对螺杆泵应用中普遍存在的杆柱断脱问题，同时综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素，在1200及以上型泵上用28mm实心锥扣SHY级工艺杆，取代原38mm及42mm空心D级杆。28mmSHY级工艺杆在总直径不变的情况下，将原HY级杆外壁加厚，由30mm增加到35mm，大大增加杆抗扭强度。28mm杆与38mm。
42mm空心杆相比可增大过流面积，减小沿程阻力，相应降低扭矩，提高杆的抗弯、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏心矩引起的弯曲和扭矩过大而产生杆断，达到防治杆、管偏磨和杆断的目的，试验证明未发现杆体扭断现象。
3.3 全井扶正技术
由于近50%大排量螺杆泵井会发生不同程度的杆、管磨损现象，按照不同深度优化布置扶正器井中仍有杆、管磨损发生，安装扶正器的部位杆、管磨损情况虽有所減轻，但在未安装扶正器的部位仍然发生杆、管磨损。鉴于这种情况，对油田60%的大排量螺杆泵井进行了全井扶正试验。
某井于2014年10月检泵，第83根油管下部磨出一条长约0.3m裂缝，有74根杆体杆箍有磨损痕迹。重新下泵时，对该井进行了全井扶正，共安装扶正器108个。为验证全井扶正对抽油系统的影响，把井况相近，扶正器布置不同的井与之比较。两井均为GLB1200-14型螺杆泵，1号井转速103r/min，产液138t/d。扶正器布置为：光杆下连续2根、转子上连续10根各布1个，其余每2根布一个。对两井进行扭矩测试，1号井液面536.4m，测试扭矩为861Nm，2号井液面558.3m，扭矩为850Nm。从测试结果可看出，两口井况相近，虽扶正器布置不同，但扭矩的差距不大，可见全井扶正并未使扭矩大幅度增加。
4 结束语
（1）螺杆泵井杆、管发生磨损的根本原因是由于二者之间存在的接触载荷造成的，但接触载荷的产生及大小受到多种因素的综合影响，因此应该从多方面着手采取措施才能够有效地减轻杆、管磨损程度。（2）全井扶正可减轻、减缓磨损，对扶正器限位可防止杆接箍磨损。
参考文献
[1] 马雷.螺杆泵采油工艺技术应用研究[J].中国新技术新产品.2013（03）.
[关键词]海上采油；大排量螺杆泵；杆管偏磨；载荷；对策
中图分类号：TE337 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0193-01
1 磨损情况
海上油田大排量螺杆泵井杆、管磨损分析发现主要原因是由于螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理以及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，而螺杆泵转子偏心运动、离心力作用和油管弯曲是发生磨损的主要影响因素。
2 磨损原因分析
2.1 磨损井现状调查与分布规律
（1）从磨损区域分析。螺杆泵井杆、管磨损是从某一深度开始，在该深度以下开始磨损，且越往下磨损越严重。杆、管开始发生磨损的深度统计结果看，开始发生磨损的部位在杆、管中下部位居多，占所统计井的87.5%。
（2）从杆结构分析。按杆结构分类，从统计结果看，空心杆的磨损率高于实心杆。（3）从转速分析。按转速分类，从统计结果看，转速小于100r/min的井仅占2.11%，高转速的井磨损率高于低转速井。（4）从磨损现象分析。一是抽油杆靠在油管壁上，靠一侧磨损，将油管管体磨出裂缝；二是杆和管壁上呈现圆周磨损的痕迹；三是杆体未磨，杆箍处磨损。
2.2 杆管磨损理论分析
（1）转子偏心运动。螺杆泵的结构特征及转子的偏心运动特征，决定了转子以及与转子相连接的底部抽油杆做偏心旋转运动。转子的偏心在3～10mm，由于油管与抽油杆间的环空有限，如不采取相应的措施，必然会导致底部抽油杆与油管之间的磨损。（2）离心惯性力作用。由于杆柱的质量中心偏离竖直井筒的几何中心线，在旋转过程中，质量偏心所产生的离心惯性力将使杆柱发生弯曲，当杆柱的弯曲挠度达到油管和杆柱的径向间隙时，杆柱将与油管发生摩擦。旋转杆柱的轴向力是随着井深减少的。在横向力的作用下，杆柱发生弯曲，同时杆柱因弯曲刚度和拉压刚度将产生弹性恢复力，两者平衡时，杆柱弯曲中心线将以稳定的弓形面绕井筒轴线做公转，杆柱横截面将以稳定的转速以桿柱弯曲中心线自转。当井较深，杆柱的长度相当大时，杆柱弯曲和拉压刚度相对较小，公转和自转的差别可以不区分，即可认为杆柱中心线的弓形面将以地面转速绕井筒中心线旋转。此时检泵就会发现杆在管壁上呈圆周磨损的痕迹。由离心惯性力所引起的弯矩为：
由上式可看出，螺杆泵工作时，离心惯性力所引起的弯矩与转速n和两扶正器的间距L的平方成正比，即转速和扶正器间距对弯矩影响大。当转速较高，不安装扶正器或扶正器布置较少时，离心惯性力引起的弯矩也就随之增加，导致杆柱弯曲，增加杆、管磨损几率。
（3）油管弯曲。一般情况下，对于直井而言，油管发生弯曲主要有两个原因：一是在钻井过程中井筒本身存在着狗腿，井筒的弯曲导致油管管柱弯曲；二是目前螺杆泵井普遍采用的支撑卡瓦，由于其坐卡方式（压油管头）决定了油管也会存在一定程度的弯曲。显然，油管弯曲必然会使杆、管之间产生接触载荷，从而导致磨损发生。
3 治理措施对策
3.1 优化下泵参数
为保证螺杆泵能高效、长期正常运转，必须确定合理的下泵参数。从检泵原因分析可看出，要有效地减轻杆、管磨损，防止杆断脱，必须降低扭矩、弯矩，减少共振。要达到以上目的，就必须让螺杆泵在中、低转速运行。为此，在下泵设计时，根据油井产能，在满足供排要求的前提下，以最低速为目标，选择泵型。因此重新计算了各种泵型中低转速时，对应的实际排量。确定泵型和转速，优选大泵，均以最低转速投产。优化设计下入井、借检泵时机换大泵井，平均转速为101r/min。目前这些井均未因杆、管磨损和杆断原因造成检泵。
3.2 杆泵优化匹配
针对螺杆泵应用中普遍存在的杆柱断脱问题，同时综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素，在1200及以上型泵上用28mm实心锥扣SHY级工艺杆，取代原38mm及42mm空心D级杆。28mmSHY级工艺杆在总直径不变的情况下，将原HY级杆外壁加厚，由30mm增加到35mm，大大增加杆抗扭强度。28mm杆与38mm。
42mm空心杆相比可增大过流面积，减小沿程阻力，相应降低扭矩，提高杆的抗弯、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏心矩引起的弯曲和扭矩过大而产生杆断，达到防治杆、管偏磨和杆断的目的，试验证明未发现杆体扭断现象。
3.3 全井扶正技术
由于近50%大排量螺杆泵井会发生不同程度的杆、管磨损现象，按照不同深度优化布置扶正器井中仍有杆、管磨损发生，安装扶正器的部位杆、管磨损情况虽有所減轻，但在未安装扶正器的部位仍然发生杆、管磨损。鉴于这种情况，对油田60%的大排量螺杆泵井进行了全井扶正试验。
某井于2014年10月检泵，第83根油管下部磨出一条长约0.3m裂缝，有74根杆体杆箍有磨损痕迹。重新下泵时，对该井进行了全井扶正，共安装扶正器108个。为验证全井扶正对抽油系统的影响，把井况相近，扶正器布置不同的井与之比较。两井均为GLB1200-14型螺杆泵，1号井转速103r/min，产液138t/d。扶正器布置为：光杆下连续2根、转子上连续10根各布1个，其余每2根布一个。对两井进行扭矩测试，1号井液面536.4m，测试扭矩为861Nm，2号井液面558.3m，扭矩为850Nm。从测试结果可看出，两口井况相近，虽扶正器布置不同，但扭矩的差距不大，可见全井扶正并未使扭矩大幅度增加。
4 结束语
（1）螺杆泵井杆、管发生磨损的根本原因是由于二者之间存在的接触载荷造成的，但接触载荷的产生及大小受到多种因素的综合影响，因此应该从多方面着手采取措施才能够有效地减轻杆、管磨损程度。（2）全井扶正可减轻、减缓磨损，对扶正器限位可防止杆接箍磨损。
参考文献
[1] 马雷.螺杆泵采油工艺技术应用研究[J].中国新技术新产品.2013（03）.