地面驅動(dòng)螺桿泵井是由地面高速運動(dòng)的電機通過(guò)驅動(dòng)頭帶動(dòng)井下抽油桿柱作高速旋轉運動(dòng)。其運動(dòng)方式區別于抽油機井的上下往復運動(dòng),因此,它的磨損機理與抽油機井有所不同,螺桿泵桿管產(chǎn)生磨損的原因主要有以下兩大方面:
一、機械磨損
據現場(chǎng)調查發(fā)現在有磨損產(chǎn)生的螺桿泵井中,機械磨損是使桿管失效的主要原因。偏磨所產(chǎn)生的危害是使桿管因為磨損而失效,甚至斷裂,這主要是由機械作用而產(chǎn)生的。了解機械磨損產(chǎn)生的原因,對于治理偏磨起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
1、井身結構引起的偏磨
由于井身結構不垂直,導致油管在井筒內發(fā)生偏移,而油管內的抽油桿在重力作用下趨于垂直,致使管桿接觸磨損。影響抽油桿或油管磨損的井況因素有井斜角、套管損壞和變形。
?、俨⑿苯?。對于常規直井來(lái)說(shuō),井斜角小于3°為合格。在鉆井過(guò)程中,雖經(jīng)過(guò)多次糾偏,但井底的實(shí)際位置仍和靶心有 距離。即使直井也并不能做到與地面 垂直,存在井斜角,抽油桿也如此。因此,造成了桿管之間的偏磨。隨著(zhù)井斜角增大,油管與抽油桿彎曲會(huì ) 嚴重,桿管偏磨也逐步加劇。
?、谔坠軗p壞和變形。套管不同程度地損壞和變形, 使井下旋轉抽油桿處在惡劣環(huán)境內,在工作中隨時(shí)都可能造成抽油桿磨斷或扭斷等事故。
2、封隔器、油管錨坐封造成油管彎曲,發(fā)生桿管偏磨
封隔器是油井進(jìn)行多層位開(kāi)采時(shí)所使用的工具,為了使封隔器能夠較好的工作需要 的坐封力。隨著(zhù)坐封力的增大,封隔器上端油管的下段就會(huì )因為油管上端的壓力產(chǎn)生失穩彎曲,從而導致抽油桿在高速旋轉運動(dòng)時(shí),與油管相互摩擦,造成抽油桿與彎曲油管的磨損。并且坐封力越大,油管彎曲程度越大,桿管偏磨也就越嚴重。
油管錨是用來(lái)錨定油管的工具,為了防止抽油桿在高速旋轉運動(dòng)時(shí)與油管發(fā)生碰撞。油管錨在坐封時(shí)同樣需要 的坐封重力。而坐封重力將導致油管彎曲,坐封重力越大,油管彎曲越嚴重,使得抽油桿與油管接觸而發(fā)生偏磨。
3、質(zhì)量偏心
螺桿泵桿柱在高速旋轉時(shí),抽油桿為均質(zhì)量的細長(cháng)桿柱。由于桿柱質(zhì)量偏心和慣性力的作用,使細長(cháng)的桿柱不可能保持豎直狀態(tài),而會(huì )產(chǎn)生側向位移。一方面,這些側向位移在旋曲作用下將引起離心力,進(jìn)一步加劇側向位移的產(chǎn)生;另一方面,桿柱在彈性作用下將產(chǎn)生恢復力,減少側向位移的產(chǎn)生。當離心力大于恢復力時(shí),抽油桿柱的側向位移將會(huì )逐步增大,導致桿柱與油管壁接觸,使得桿管發(fā)生偏磨。若沒(méi)有油管柱約束,抽油桿柱將喪失承載能力。
4、含水率高
原油含水率低時(shí),桿與管的摩擦面能夠形成良好的油潤滑;而含水率高時(shí),2個(gè)摩擦面處于水潤滑狀態(tài),摩擦系數增大,增加了2個(gè)表面的摩擦阻力,從而加快表面磨損,加劇油井的桿管偏磨。
二、腐性磨損
1、腐蝕磨損的內容
腐蝕磨損失效是指在摩擦過(guò)程中,桿管與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)作用,這種作用加劇了材料的磨損。其特征是化學(xué)腐蝕和機械磨損同時(shí)存在并互相 。機械磨損可以除去桿管表面的可緩腐蝕產(chǎn)物,把新的金屬暴露在介質(zhì)中,從而 了磨損面的腐蝕。
2、腐蝕磨損的原因
腐蝕磨損是高粘度泵采油系統中桿管磨損的另外一種磨損形式,這種形式主要體現在油田的后期。隨著(zhù)我國東部油田的不斷深入,混合液中的含水量地增加,直到現在含水達到90%以上,含水量的增加也帶來(lái)了其他介質(zhì)的物性變化,下面列舉目前已經(jīng)存在的一些腐蝕磨損。
(1)綜合含水的影響
隨著(zhù)含水的不斷增加,油井產(chǎn)出液的化學(xué)性質(zhì)也在發(fā)生變化。當含水比例達到 程度后,油井產(chǎn)出液由油包水轉換為水包油,在此產(chǎn)出液中工作的抽油桿、油管的外壁就失去了油液的保護作用,摩擦的潤滑劑由原油變?yōu)楫a(chǎn)出水,產(chǎn)出水直接接觸金屬,產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。另外,由于桿管本身原來(lái)就存在磨損的情況,又失去原油的潤滑作用,使得油管內壁和抽油桿磨損速度加快,磨損嚴重。
(2)腐蝕介質(zhì)的影響
隨著(zhù)我國東部油田的,在含水量大量增加的同時(shí),時(shí)也出現了其他化學(xué)物質(zhì)含量過(guò)高的特點(diǎn),即礦化度、Cl-、H多等含量過(guò)高。產(chǎn)出液中這些化學(xué)物質(zhì)的大量增加,導致了抽油桿和油管等金屬物質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕的速度增加, 終導致了抽油桿以及油管的腐蝕失效。腐蝕和偏磨可以互相 ,當桿管磨損以后,就加快了腐蝕的速度,而桿管被腐蝕后,其強度降低,磨損的速度也會(huì )加快固。
(3)縫隙腐蝕和沖蝕明顯
由于產(chǎn)出液含水較高及產(chǎn)出液的強腐蝕性,使桿管螺紋聯(lián)接處產(chǎn)生縫隙腐蝕;另外,由于產(chǎn)出液對油管公螺紋外緣的沖刷作用,再加上產(chǎn)出液的強腐蝕性,發(fā)生沖蝕,易使油管公螺紋老化。油管螺紋聯(lián)接處處在偏磨腐蝕、縫隙腐蝕和沖蝕的綜合作用下,易使該處產(chǎn)生油管斷脫、刺漏。
(4)管、桿等的材料性能較差
由于油井的產(chǎn)出液具有強腐蝕性,而所用的油管性能達不到要求,油管表層涂料的強度和性較差,再加上已經(jīng)存在的偏磨,因此,油管腐蝕、磨損嚴重,甚至穿孔和磨蝕成裂縫。腐蝕疲勞的特點(diǎn):在介質(zhì)作用下,材料疲勞強度顯著(zhù)降低。
3、腐蝕磨損的形式
腐蝕磨損主要有以下幾種形式:
(1)間隙腐蝕
抽油桿與油管之間的有縫隙的地方都會(huì )發(fā)生縫隙腐蝕??p隙腐蝕是由于縫隙內外的宏觀(guān)電池造成的。桿管在有氧的產(chǎn)出液中會(huì )發(fā)生有氧腐蝕,即鐵的陽(yáng)極溶解反應和陰極氧化還原反應。
縫隙中的氧很快就消耗掉了,由于氧的擴散很難,因此在縫隙中的氧化還原反應停止,而縫隙外的反應仍在進(jìn)行,縫隙內的陽(yáng)極溶解出的電子移到縫隙外被氧消耗,這樣就形成了縫隙內外相連表面間的宏觀(guān)電池。從而導致縫隙內金屬離子過(guò)剩,而縫隙外過(guò)剩陰離子如Cl-就不斷向縫隙內移動(dòng),造成氯化鐵濃度增加而在縫隙中水解。這樣縫隙內的pH值就會(huì )達到很低,2~3。所以縫隙里就有了很高的腐蝕速度??p隙腐蝕產(chǎn)生的蝕坑會(huì )造成密封不良,便將導致疲勞壽命下降。
(2)點(diǎn)蝕
桿、管經(jīng)酸洗或機械除銹后,經(jīng)常能發(fā)現表面有大量的蝕坑。點(diǎn)蝕的主要起源是鋼材表面的缺陷如位錯、晶界、疏松、夾雜物等。在點(diǎn)蝕的起始階段,由于產(chǎn)出液中的H+以及陽(yáng)極溶解的金屬離子水解的H+使得蝕孔中的pH值降低,加快了金屬的溶解。蝕孔上覆蓋有腐蝕產(chǎn)物使蝕孔內金屬離子濃度增加,為了達到電荷平衡,陰離子如Cl-就會(huì )向孔內聚集。與縫隙腐蝕相似的發(fā)生水解,降低pH值從而加快了腐蝕。按環(huán)境分,桿管腐蝕可分為硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕、溶解氧腐蝕等。
(3)硫酸鹽還原菌等腐蝕
許多油井發(fā)生硫酸鹽還原菌腐蝕是由于水淹和注水的緣故。硫酸鹽還原菌是厭氧微生物,它不是直接地腐蝕金屬,而是在還原水中的硫酸鹽時(shí)產(chǎn)生硫化氫,引起硫化氫腐蝕,其產(chǎn)物是黑色的硫化鐵,其中有大量的硫酸鹽還原菌。
總之,影響螺桿泵井桿管磨損的因素械磨損和腐蝕磨損兩大類(lèi),并且以機械磨損為主,輔食磨損為輔。