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油田抽油螺杆泵驱动装置常见故障及预防措施

作者: 于亚明

  【摘 要】抽油螺杆泵采油技术是目前油田采油系统一项重要的采油方式,特别是近年来推广较为迅速。油田抽油螺杆泵驱动装置主要由电动机、泵头、底座、密封、皮带、护罩等组成,其主要作用是驱动、减速、变速、承受轴向载荷等功能。这里主要分析抽油螺杆泵驱动装置在应用中发现的一些事故隐患,并针对这些隐患所采取的一些管理措施。
  【关键词】螺杆泵;驱动装置;刹车;光杆;隐患;预防
   0.前言
  抽油螺杆泵驱动装置是近几年推广的地面采油设备,因其具有投资少、占地小、能耗低、维护保养方便等优越性,深受油田操作及维修人员的欢迎。然而,随着抽油螺杆泵驱动装置在采油现场的逐渐应用,其传动系统、刹车系统、附件系统等部位的安全隐患也逐渐显现出来,给采油现场的生产管理带来了很多困难。
   1.概述
  由于抽油螺杆泵采油系统与常规游梁式抽油机在工作机理不同,因此其维护、隐患、事故的表现形式也存在差异。通过近几年辽河油田对抽油螺杆泵驱动装置的管理经验分析,其主要安全隐患包括:方卡失效、卡持器故障、箱体类故障、传动系统故障、刹车故障、防护罩故障、变频控制柜故障等几大类。
   2.抽油螺杆泵驱动装置常见故障类型
  2.1方卡失效故障
  井口方卡失效主要原因是作业过程中方卡卡槽存集油污、方卡夹紧力不够、方卡夹紧力不均匀、运转过程中卡牙磨损等造成的。如果方卡失效可能会造成光杆扭断、井口原油外溢污染、光杆落井、方卡反弹伤人等隐患。例如:锦45-014-230由于卡井方卡失效造成光杆甩飞,存在严重安全隐患;锦8-15-41侧井因井口方卡不合格造成光杆折断,造成井场大面积原油污染。
  2.2卡持器故障
  卡持器是抽油螺杆泵驱动装置的一个主要附属部件,不仅可以辅助维修驱动装置,也是油井进行辅助挤注措施的主要配件。如果卡持器故障可能会造成维修过程中光杆落井方卡反弹、现场污染、锚定器失效等隐患,。
  2.3箱体类故障
  箱体抽油螺杆泵驱动装置核心部分,其常见的故障包括:密封不严渗漏、受力不均震动、 箱体温度升高、齿轮过度磨损等。出现渗漏会造成润滑油和原油溢出,甚至造成进口周边污染;出现齿轮磨损严重会造成负荷过大而烧电动机,甚至齿轮折断卡死。
  2.4传动系统故障
  传动系统故障一般是由于皮带老化、张力过紧、“四点不一线”会造成皮带烧损、跳槽,甚至有得会造成皮带轮破碎事故。
  2.5刹车故障
  抽油螺杆泵驱动装置防反转刹车装置主要有两种,即棘轮棘爪机构和液压刹车系统。当棘轮棘爪弹簧失效、棘轮棘爪磨秃会造成防反转刹车失效。液压刹车系统中缺液压油、油品变质、液压油管堵塞、呼吸阀堵塞等会造成刹车失效。当抽油螺杆泵驱动装置在刹车失效状态下运转时,一旦卡井烧断皮带会造成抽油杆突然告诉释放扭矩,严重会造成光杆甩弯或附件飞出事故。
  2.6防护罩故障
  抽油螺杆泵驱动装置防护罩主要是用于防护卡子飞出、皮带及皮带轮伤人的附件设施,常见的故障有:质量不合格、大小不匹配、局部破损等问题,由于防护罩故障会造成运转刮卡、人体伤害、皮带损伤等隐患。
  2.7变频控制柜故障
  抽油螺杆泵驱动装置变频控制柜主要作用是控制螺杆泵转数及逐渐升频启动、降频停止,该部分常见的故障有:现场电路连接错误、控制器参数设定错误及保护元件烧损等隐患。如果出现变频控制器输出反向,会造成驱动装置反转损坏刹车。如果设定参数错误会导致装置不安全运行,甚至会造成配套装置损坏事故。
   3.抽油螺杆泵驱动装置隐患预防措施
  根据我们对辽河油田抽油螺杆泵驱动装置故障的调查,造成以上故障的主要原因一般有:(1)光杆露头过高;(2)老式刹车可靠性差;(3)皮带轮反转时承力过大;(4)方卡卡牙损伤光杆;(5)箱体维护保养较难;(6)卡持器承压低;(7)机械密封承压低;(8)防护罩缺失;(9)电机及变频器故障等。为此,我们先后制定了以下预防措施。
  (1)针对密封故障,我们将老式盘根密封系统进行改进,研制出新型上置式机械密封系统,使驱动装置的密封性得到极大提高。
  (2)针对卡持器故障,我们将井口卡持器进行改造,使前期只能承压2~3MPa的卡持器耐压程度提高到17MPa,有效地解决油井挤注作业时无法密封的难题。
  (3)针对方卡故障,我们开始研究了无卡牙方卡,并于2007年开始推广应用无卡牙方卡。
  (4)针对刹车故障,我们将老式棘轮棘爪驱动装置刹车系统进行逐步改造和更换,并开始使用液压式驱动装置,并于2010年开始应用了伺服直驱电磁刹车驱动装置。
  (5)针对控制系统故障,全面配套了变频器控制,并设置保护电流,以确保在油井发生异常时第一时间切断电流,防止扭矩继续聚集产生危险。
  此外,编制《抽油螺杆泵驱动装置操作规程》和《抽油螺杆泵驱动装置日常维护保养规程》,加强抽油螺杆泵井的巡查和日常维护保养是确保抽油螺杆泵驱动装置安全平稳运行必不可少的内容。
   4.结论
  (1)应用抽油螺杆泵驱动装置必须依据油井的基本状况进行优选,确保设备在合理参数下运行。
  (2)应用抽油螺杆泵驱动装置其配套的光杆、方卡、护罩等附属配件必须具备合理的尺寸和长度。
  (3)应用抽油螺杆泵驱动装置必须确保旋转系统润滑良好、运行平稳,并定期进行检查。
  (4)抽油螺杆泵驱动装置的刹车装置尽量用液压刹车和直驱电磁刹车。
  
  【参考文献】
  [1]吕玉兴,张运奎.GBF型螺杆泵地面驱动装置的研制及应用.石油机械,2004,32(4):37-38.
  [2]金国栋,陈琳,等编著.可靠性与优化及其在石油工业中的应用.北京:中国科学技术出版社,1992.


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