潛油電泵偏磨失效機理及對策探討

曲唯眾

（大慶油田力神泵業(yè)公司銷售公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

在我國石油開采工藝中，目前潛油電泵是應用最為普遍的采油設備之一，大量的實踐證明，該設備對于提高油田產量具有積極作用，同時產能穩(wěn)定、生產效率較高。但是受自身結構以及使用環(huán)境影響，潛油電泵在工作中容易出現(xiàn)機組振動的問題，長時間得不到有效解決后機組將出現(xiàn)發(fā)生偏磨失效的問題，導致產能和生產效率下降，嚴重時還會造成電泵機組的損壞。導致該現(xiàn)象的直接原因是，受不良振動影響，離心泵的固定部件與轉動部件之間產生不均勻的磨損。

1 潛油電泵偏磨現(xiàn)象及種類

潛油電泵型號種類較多，適用于不同的使用環(huán)境，但主體結構基本相同：一般由潛油電機機組部分作為主體結構，根據(jù)相應的使用需求，安裝對應功能的保護器、分離器和離心泵等組成部件，整體運行實現(xiàn)各項功能，其中離心泵分為固定和轉動兩個結構。

不良振動或其他環(huán)境影響因素下產生的摩擦不均勻現(xiàn)象，是導致潛油電泵偏磨的直接原因。根據(jù)潛油電泵偏磨位置和產生原因，可以分為固定部分磨損和轉動部分磨損兩類。

（1）固定部分磨損。從磨損發(fā)生原因和類型角度，固定部門磨損可以定義為被動類型磨損。這類磨損發(fā)生的位置較為集中，一般發(fā)生在泵頭、泵座位置以及泵殼的位置。目前我國油田使用的潛油電泵泵頭的鑄造材料多為青銅，硬度與耐磨性不夠理想，在受到較大應力的作用下會產生變形、變脆磨損情況加劇，最終會出現(xiàn)泵頭磨損消失、僅剩支柱的現(xiàn)象。泵殼部分磨損是因為葉輪輪轂配合的泵殼孔容易出現(xiàn)磨損不均勻的現(xiàn)象，導致孔徑變大，泵殼逐漸變形。

（2）轉動部分磨損。轉動部分磨損是因為旋轉部件在工作中，因為自身運行環(huán)境出現(xiàn)問題，導致旋轉位置出現(xiàn)阻力和摩擦最終造成的磨損現(xiàn)象。葉輪、泵軸、花套等結構容易出現(xiàn)上述磨損現(xiàn)象。其中，葉輪位置磨損最大，當泵殼發(fā)生形變時葉輪旋轉過程中會直接與泵殼接觸造成磨損，磨損到達一定程度后葉輪輪轂一側會徹底被磨損丟失，泵殼和葉輪在摩擦中逐漸變?yōu)闄E圓形，嚴重時會導致葉輪、泵殼的徹底損壞。葉輪輪轂遭到破壞后，泵殼孔會與泵軸發(fā)生摩擦，導致泵軸表面出現(xiàn)鋸齒狀破損，最終造成斷裂。

2 潛油電泵出現(xiàn)偏磨失效問題的原因

潛油電泵離心泵發(fā)生偏磨現(xiàn)象的原因主要有3種：①離心泵旋轉結構不同軸，不同軸會造成一系列磨損現(xiàn)象的發(fā)生；②潛油電泵一般處于地下環(huán)境，在運行過程中其密封性受到環(huán)境因素的影響存在失效的可能，密封失效后泵體內部進入的含砂物質會磨損葉輪推墊片，機組不適應井礦時會振動問題，使泵內各部件的磨損加劇，出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象；③潛油電泵在生產以及安裝過程中，因生流程不符合管理規(guī)定導致的吊裝不合理、運輸不當、安裝不同軸等問題，均會造成潛油電泵偏磨的現(xiàn)象。

潛油電泵出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象進而失效的原因主要有4個；①偏磨現(xiàn)象發(fā)生后，潛油電泵的揚程出現(xiàn)變化，出現(xiàn)大幅波動，導致墊片磨損加劇，最終導致泵失效；②泵體偏磨會加大泵體進砂程度，大量含砂介質進入泵體會造成泵卡造成失效；③揚程出現(xiàn)大幅波動時，潛油電泵在運行中會出現(xiàn)矩形波的現(xiàn)象，使?jié)撚碗姳玫恼駝蛹觿。@在含水量高的井中體現(xiàn)的尤為明顯，當振動達到一定振幅時會造成泵頭和泵座因磨損過度斷裂，導致電潛泵失效；④現(xiàn)有的電潛泵中，小排量多葉輪的潛油電泵更容易出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，其泵體一般較小、散熱能力較弱，內部空間決定井液流動阻力很大，導致供液不足的方式頻繁發(fā)生，加上入泵葉輪下止推墊及下裙的影響，更容易造成泵失效。

3 潛油電泵振動與偏磨的關系

潛油電泵在工作中，動力端通過主動軸帶動葉輪旋轉，形成環(huán)形吸力，完成原油的舉升做功。潛油電泵結構復雜，組成部件繁多，許多零件剛性差抗腐蝕能力弱，如果出現(xiàn)形變或腐蝕會造成潛油電泵不同軸問題，這會讓葉輪失去原有平衡結構，在偏心慣力的作用下使?jié)撚碗姳眠\轉失去平衡和穩(wěn)定性，在高速旋轉的過程中造成電泵的壓力、排量、井口管線回壓等參數(shù)波動，泵殼形狀會受應力作用，發(fā)生改變，造成泵振動加劇，進而導致葉輪、主軸磨損。

電泵運行穩(wěn)定性的喪失以及振動的出現(xiàn)，會加劇葉輪在旋轉過程中與主軸體接觸面的磨損情況，軸體表面產生凹陷，其間的法向壓力會促進微凸體的粘著、產生碎屑，造成軸體的麻點或蟲型條紋損傷。痕跡和損傷出現(xiàn)后，這些損傷會更容易出現(xiàn)磨損，導致徑向間隙會加大。

4 防止?jié)撚碗姳闷ナУ膶Σ?/h2>

4.1 采用優(yōu)質硬質合金軸承，優(yōu)化位置分布

從上文的分析可以看出，潛油電泵出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象最終導致泵失效是一個逐漸發(fā)生的過程，該過程因部分易損部件的損壞或功能缺失，發(fā)生連鎖反應導致其他部件逐漸磨損失效。其中最為重要的原因是重要部件的鑄造材料存在缺失，因此應替換易出現(xiàn)磨損軸體的部分材料，采用硬度更高、抗腐蝕能力更高的合成材料，并充分優(yōu)化軸體間距，縮短分布位置的間距，確保其扶正的效果。

4.2 加設硬質合金扶正軸

潛油電泵偏磨失效的問題中，花鍵套是主要的失效點。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在六成以上出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象的潛油電泵中，花鍵套都存在嚴重的磨損現(xiàn)象。泵頭、泵座位置磨損現(xiàn)象也較為嚴重，導致上述部件磨損的根本原因是扶正器的失效，因此改善扶正器性能和效果是解決潛油電泵偏磨現(xiàn)象的有效方法。扶正器所用材料對其性能有很大影響，可以采用高硬度的合金材料，實現(xiàn)對泵頭以及泵座的強力扶正。

4.3 采用先進的安裝、扶正技術

潛油電泵在生產、運輸、安裝過程中會出現(xiàn)的各種問題，也是造成潛油電泵投入使用后磨損過巨的重要原因。在安裝潛油電泵的過程中，泵頭和泵座安裝應采用全新的安裝技術，使用合金扶正套進行安裝，完成對其強而有效的扶正。潛油電泵上岸后還要對其進行詳細檢查，及時采取相應的技術手段返現(xiàn)磨損位置和部件，避免磨損進一步加劇。