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高粘度螺杆泵

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高粘度螺杆泵腐蚀磨损主要形式以及采油配套工艺技术

时间:2020-05-18 14:28 作者:东森泵业

  其一、螺杆泵腐蚀磨损主要形式

  (1)间隙腐蚀

  螺杆泵井抽油杆与油管之间的有缝隙的地方都会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是由于缝隙内外的宏观电池造成的。杆管在有氧的产出液中会发生有氧腐蚀,即铁的阳极溶解反应和阴极氧化还原反应。

  缝隙中的氧很快就消耗掉了,由于氧的扩散很难,因此在缝隙中的氧化还原反应停止,而缝隙外的反应仍在进行,缝隙内的阳极溶解出的电子移到缝隙外被氧消耗,这样就形成了缝隙内外相连表面间的宏观电池。从而导致缝隙内金属离子过剩,而缝隙外过剩阴离子如Cl-就不断向缝隙内移动,造成氯化铁浓度增加而在缝隙中水解。这样缝隙内的pH值就会达到很低,2~3。所以缝隙里就有了很高的腐蚀速度。缝隙腐蚀产生的蚀坑会造成密封不良,便将导致疲劳寿命下降。

  (2)点蚀

  杆、管经酸洗或机械除锈后,经常能发现表面有大量的蚀坑。点蚀的主要起源是钢材表面的缺陷如位错、晶界、疏松、夹杂物等。在点蚀的起始阶段,由于产出液中的H+以及阳极溶解的金属离子水解的H+使得蚀孔中的pH值降低,加快了金属的溶解。蚀孔上覆盖有腐蚀产物使蚀孔内金属离子浓度增加,为了达到电荷平衡,阴离子如Cl-就会向孔内聚集。与缝隙腐蚀相似的发生水解,降低pH值从而加快了腐蚀。按环境分,杆管腐蚀可分为硫化氢腐蚀、二氧化碳腐蚀、溶解氧腐蚀等。

  (3)硫酸盐还原菌等细菌腐蚀

  许多螺杆泵油井发生硫酸盐还原菌腐蚀是由于水淹和注水的缘故。硫酸盐还原菌是厌氧微生物,它不是直接地腐蚀金属,而是在还原水中的硫酸盐时产生硫化氢,引起硫化氢腐蚀,其产物是黑色的硫化铁,其中有大量的硫酸盐还原菌。

  其二、螺杆泵采油配套工艺技术现状概述

  螺杆泵采油配套技术是保证油井正常生产、提高油井运转时率和检泵周期、实现有效举升的不可缺少的辅助技术措施。螺杆泵采油不仅适用于在高粘度、高含砂、高油气比的油藏开采,而且对于水驱油藏开发后期高含水油井和聚合物驱等三次采油油井也表现出良好的适应性。随着螺杆泵采油技术应用领域的扩大,其配套技术的研究也得到深入开展。

  1、杆柱配套技术

  在传统螺杆泵杆柱受力计算中,杆柱载荷主要来自五个方面,一是杆柱自重,二是泵进出口压差引起的轴向载荷,三是杆柱在液体中的浮力,四是液体在泵内流动,以及泵内衬套间的摩擦载荷,五是液体在油管内流动造成的摩擦损失。分析表明,由于举升液体在向上运移过程中造成的阻力损失与液体流态和物性有关,油管内液体粘度是与沥青螺杆泵转速、液体流态有关的函数,而在传统的优化设计模型中举升液体粘度一般为定值。在传统螺杆泵杆柱扭矩计算中,光杆扭矩主要来自五个方面,一是泵举升液体所需扭矩,即驱动扭矩,二是克服杆柱与井液摩擦扭矩,三是克服泵内摩擦阻力所需扭矩,主要由初始过盈所产生的扭矩和高温高压造成热胀和溶胀生产的扭矩,四是克服杆与管及扶正器间的摩擦扭矩(半干摩擦)和惯性扭矩。分析表明,杆柱和井液之间的摩擦扭矩是液体粘度的函数,螺杆泵井液体粘度与液体物性、含水有关,而在传统的优化设计模型中举升液体按牛顿幂律流体处理,一般为定值。实测光杆载荷、扭矩与理论计算存在误差,现场应用中杆柱故障仍时有发生。许军和何艳等在螺杆泵系统优化延长检泵周期技术研究技术总结报告中采用理论与试验研究相结合的方法,针对螺杆泵举升的液体流态,确定液体粘度与螺杆泵转速、原油物性等关系模型,使实测光杆载荷、扭矩与理论计算的误差得到减小。

  2、选井选泵技术

  螺杆泵的选井选泵技术是根据油井的产能、原油物性、油层深度等实际井况来合理选择螺杆泵的泵型、确定泵的工作参数使螺杆泵井达到供排协调,实现高效举升的一项工艺技术。

  选泵方法研究存在以下不足:①螺杆泵举升生产优化设计方法中,没有考虑采出液在抽油杆和油管构成的环空中螺旋流的沿程阻力损失,致使设计与实际出现偏差;②缺少完整的螺杆泵工作特性理论的支持,无法准确给出螺杆泵自身的流出特性;③选井选泵的方法还只是仅仅局限在以满足油井排液的需要,实现供排协调的单因素优化设计。应该开展以实现油井供采协调为目标,追求螺杆泵采油系统长寿命高效率的螺杆泵采油井生产技术研究。

  3、工况分析与故障诊断技术

  工况分析与故障诊断技术是利用螺杆泵采油井生产的动静态数据,分析和判断螺杆泵采油系统工作状态的一项实用技术。对于螺杆泵井工况分析与故障诊断技术的研究有以下不足:①对螺杆泵井各类故障的定量判别标准尚未确定,诊断符合率较低;②对螺杆泵工作特性认识不足,工况分析与故障诊断模型尚未完善,所以给工况分析和故障诊断带来困难;③用于工况分析与故障诊断的测试仪器操作复杂,不利于推广应用;④测试仪器的配套分析软件尚未成型。