螺杆泵的定子失效形式及原因分析

发布时间：2018-07-01

定子失效是 井下螺杆泵   主要的失效形式。现场统计表明，2007年上半年大庆油田78口螺杆泵失效井中，定子失效有68口。弄清楚定子失效的主要原因，从而采取相应的解决措施，对于降低螺杆泵采油的生产费用，进一步螺杆泵在油田节能的推广具有重要意义。
1定子失效形式
螺杆泵定子要长期承受转子和流体对它的挤压、定子和转子之间的高速滑动摩擦、转子绕定子轴线行星回转时产生的离心力对定子内衬的冲击；要承受摩擦和冲击产生的热能在定子内衬处产生的高温；要承受油井中砂粒对它的磨损。另外，原油中含有相当数量的芳香族、HzS和CO2气体。芳香族化合物使定子膨胀，HzS和CO2气体会使定子橡胶脆化、硬化，导致定子失效。
根据相关文献和现场数据统计分析，井下螺杆泵定子的失效形式主要可归纳为磨损、烧泵、定子撕裂、脱胶等形式。其中，磨损为井下螺杆泵定子   主要的失效形式。
2定子失效原因分析
2. 1磨损
在生产液中含砂的情况下，转子和定子过盈配合形成的密封线被磨损，泵容积效率下降，漏失量增加。
造成螺杆泵定子磨损的原因主要有定转子之间摩擦产生的磨损和采出液中磨粒对定子的磨损。
螺杆泵在工作过程中，定转子之间需要   的过盈配合，这种过盈使定转子之间产生挤压摩擦，随着工作时间的延长，定子逐渐被磨损，这种磨损与螺杆泵的几何尺寸、压差和工作转速有关。
定转子之间的过盈量除了设计的初始过盈量以外，还有定子橡胶的溶胀和温胀作用引起的附加过盈。橡胶溶胀是 由于橡胶和采出液或化学处理剂不相容引起的，在高A PI重度的原油或不相容的化学处理剂中含有大量的芳香族化合物(包括苯以及与苯化学性能相似的化合物)，这些芳香族化合物的存在会引起橡胶溶胀。溶胀使定转子之间的过盈量增加，使生产扭矩变大。化学溶胀是 的、不可逆的。橡胶的温胀是 由于温度升高引起橡胶膨胀，这种膨胀同样也会使定转子之间的过盈量增加，使生产扭矩变大，但是 温胀可以预测且不是 性的，一旦温度降低，橡胶的温胀也会降低。
采出液中含砂也会对定子产生磨损，这种磨损 主要与砂粒大小、泵的转速和级数、砂粒的含量、砂 粒的硬度及砂粒通过泵的速度有关。对于给定 几何尺寸、压差和工作转速的泵，采出液中砂粒的 含量太高加重定子的磨损。具有大的转子扫掠角的螺杆泵，有利于磨损时砂粒留在密封腔内。单 级密封腔的承压过高会增加橡胶的磨损。泵的转 速影响着砂粒通过泵的速度，转速太高将加快泵的磨损。
2. 2烧泵
螺杆泵定子橡胶被高温烧毁失去承载能力即为烧泵。造成烧泵的主要原因是 泵的沉没度太低，螺杆泵井的泵效与供液能力有直接关系，沉没度过低，泵效下降，甚至导致泵干抽。这时进入泵内的采出液减少，定转子之间得不到很好的润滑，产生大量的热，而少量的采出液又无法及时地将热量带走，使泵内产生高温，将定子橡胶烧毁。另外，泵的入口处自由气的含量过高也会导致定子橡胶和转子直接接触，产生高温，在泵效较低时，摩擦生热散发不出去导致温升较快，长期运转也会烧泵。
2. 3定子撕裂
定子橡胶局部发生撕裂，定子的形状受到破坏，使泵过早失效。造成井下螺杆泵定子撕裂的原因主要有橡胶的滞后作用、气浸和橡胶分层。
滞后现象作为橡胶的一种特性，它通常发生在定子的小直径处(橡胶较厚的部分，)是 橡胶超压造成的。螺杆泵在正常工作时，由于橡胶的柔性，在   小直径处产生的热被流过螺杆泵的采出液消耗掉了。但是 当螺杆泵由于超压或超载工作而产生大量的热时，通过泵的采出液不能将在定子   小直径区域产生的热量消耗，这使橡胶的强度降低，并   终被撕裂。
气浸是 由特定气体组分和橡胶的渗透率一起引起的，在合适的环境下(例如，合适的温度和压力)，气体能够渗透到橡胶的基体里面。当压力下降时(例如，停泵或起泵时)，橡胶内的气体膨胀引起橡胶膨胀，气浸通常会导致在橡胶中形成气泡。在降压时，以气泡形式存在于橡胶基体中的气体膨胀会把橡胶撕裂。
注胶过程中，由于套筒或者模芯横截面温度变化，温度低的地方使橡胶局部变冷，热的橡胶从它上面流过去形成层。这些层在橡胶内部产生弱化面，为气体渗入橡胶中聚集形成通道。在压力下降时，进入这些弱化面的气体产生膨胀从而把这些弱化面撕开。从外观上看，这些层面很光滑，不像粗糙的撕裂面。
2. 4脱胶
粘合剂和套筒之间失效或者粘合剂与橡胶之间失效将引起胶结失效。胶结失效多数是 因为注胶过程中产生的生产缺陷，但是 也有例子证明，橡胶的损坏也会影响胶结。脱胶可能在2个界面上发生，第1个是 发生在粘合剂和橡胶之间的界面上，第2个界面是 粘合剂和套筒之间的界面。