螺桿泵防反轉(zhuǎn)技術(shù)現(xiàn)狀分析及對策

1、螺桿泵防反轉(zhuǎn)技術(shù)現(xiàn)狀分析及對策摘要針對螺桿泵井停機時桿柱反轉(zhuǎn)問題，分析了其產(chǎn)生機理和造成的危害，并對目前現(xiàn)有的幾種解決措施進行了技術(shù)分析，認為只有采取綜合措施才能很好的解決螺桿泵井停機時的防反轉(zhuǎn)問題。關(guān)鍵詞螺桿泵驅(qū)動裝置；防反轉(zhuǎn)棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中圖分類號：TE933文獻標識碼：A文章編號：16717597（2013）051-118-011問題的提出在螺桿泵井采油工藝中，由于螺桿泵可以在液壓作用下變成液壓馬達，再加上旋轉(zhuǎn)運動使桿柱儲存了大量的變形扭轉(zhuǎn)勢能，造成許多螺桿泵并存在停機或卡泵時桿柱反轉(zhuǎn)問題，危及設(shè)備和人員的安全。目前油田普遍采用的做法是在螺桿泵驅(qū)動裝置上設(shè)計安裝各種防反轉(zhuǎn)機構(gòu)。由于井

2、況千差萬別，各種防反轉(zhuǎn)機構(gòu)工作性能不同，總體來說防反轉(zhuǎn)應(yīng)用效果不是十分理想。因此有必要深入分析噱桿泵井反轉(zhuǎn)產(chǎn)生機理和造成的危害對現(xiàn)有技術(shù)措施進行評價,研究出更好的防反轉(zhuǎn)技術(shù)。2螺桿泵系統(tǒng)反轉(zhuǎn)及危害2.1螺桿泵井停機時產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的原因1）螺桿泵停機時，貯存在桿柱中的變形扭轉(zhuǎn)勢能會快速釋放，使桿柱快速反轉(zhuǎn)。2）桿柱反轉(zhuǎn)過程是由慢到快、由快到慢兩個階段組成。2.2螺桿泵井停機反轉(zhuǎn)所帶來的危害1）會使桿柱脫扣、光桿甩彎，地面驅(qū)動裝置零部件損壞。2）會危及現(xiàn)場維護操作人員的安全，成為生產(chǎn)事故的隱患。3目前螺桿泵井防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀為了解決螺桿泵停機時產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)問題，在螺桿泵驅(qū)動裝置上設(shè)計安裝了防反轉(zhuǎn)機構(gòu)。

3、到目前普遍使用的螺桿泵驅(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)形式有：外嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)、內(nèi)嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)、楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)、液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。從安裝的位置來分有電機軸安裝、輸入軸安裝和輸出軸安裝三種形式。3.1 夕N齒合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)該防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝在驅(qū)動裝置輸入軸上，棘輪棘爪采用外嚙合方式，依靠剎車帶的摩擦力釋放反轉(zhuǎn)勢能。當(dāng)驅(qū)動裝置工作時，棘爪在離心力的作用下與棘輪剎車帶脫離嚙合，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。失效形式：剎車帶摩擦面磨損；棘輪棘爪及棘爪軸沖擊損壞。操作性：更換維護方便。3.2 內(nèi)嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理與外嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)相同，所不同的是棘輪棘爪采用內(nèi)嚙合

4、方式。該產(chǎn)品將棘輪直接固定在減速箱箱體上，這時雖然防止了桿柱的反轉(zhuǎn),但儲存在桿柱驅(qū)動裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩并沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，仍有反轉(zhuǎn)的可能性。該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)棘輪機構(gòu)采用內(nèi)置式，外觀上相對簡潔合理，無噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但缺點是結(jié)構(gòu)安裝或運轉(zhuǎn)后，棘輪截面應(yīng)垂直向下，才能保證棘輪棘爪自動嚙合和脫開。另外在動桿柱過程中，反轉(zhuǎn)問題沒有解決。失效形式：棘輪棘爪及棘爪軸沖擊損壞。操作性：更換維護不方便，手工更換，存在安全隱患。3.3 楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)是利用超越離合器工作原理。當(dāng)內(nèi)圉在輸出軸帶動正轉(zhuǎn)時，楔塊正向排列，與外圉線摩擦，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。而當(dāng)內(nèi)圉在輸出軸帶動反轉(zhuǎn)時，楔塊反

5、向排列，壓緊在外圉摩擦面上,防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作，B且止桿柱反轉(zhuǎn)。該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，承載扭矩大。缺點是：1）雖然防止了桿柱的反轉(zhuǎn)，但儲存在桿柱驅(qū)動裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩并沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，反轉(zhuǎn)問題仍沒有解決。2）更換維護不方便，日常管理需要加潤滑油，拆卸更換需要上吊車。3）如反轉(zhuǎn)扭矩過大，會產(chǎn)生楔塊錯誤反轉(zhuǎn)問題，使防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)卡死。失效形式：楔塊防反轉(zhuǎn)沒有按時添加潤滑脂或潤滑脂變質(zhì)，防反轉(zhuǎn)因缺油而摩擦過熱卡死或失效；楔塊防反轉(zhuǎn)中的楔塊由于磨損，間隙變大，楔塊防反轉(zhuǎn)卡死或失效。操作性：更換維護不方便，需要上設(shè)備更換，存在安全隱患。3.4 液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理類同汽車剎車

6、系統(tǒng)。反轉(zhuǎn)扭矩越大，摩擦力也越大；反轉(zhuǎn)扭矩小，摩擦力也小。缺點是：價格較高，液壓件要求具有較高的質(zhì)量，對環(huán)境條件要求較高。失效形式：液壓系統(tǒng)漏油，油品變質(zhì)，液壓馬達損壞。操作性：更換維護方便，需要有專業(yè)人員操作。從目前應(yīng)用效果來看：外嚙合棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)使用效果較好，特別是功率不大于15kW的地面驅(qū)動裝置，使用壽命能達到1年或更長，現(xiàn)場也可以人工更換剎車片和釋放桿柱反轉(zhuǎn)勢能，成本低，但是該系統(tǒng)對操作人員技能水平要求高，操作還具有一定的危險性。另外,雖然液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)價格貴、對工作環(huán)境要求高，應(yīng)用數(shù)量很少，效果還有待于進一步觀察，但是從長遠趨勢和國外螺桿泵驅(qū)動裝置應(yīng)用的防反轉(zhuǎn)裝置機構(gòu)現(xiàn)狀來看，

7、液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)有必要進一步加以研究，用于國內(nèi)油田的螺桿泵采油井。4防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)方向從獴桿泵系統(tǒng)反轉(zhuǎn)機理來看，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)方向可從如下兩方面考慮。4.1 液體單流閥通過研制地面或井下單流閥，當(dāng)螺桿泵停機時，單流閥工作，油管內(nèi)的高壓液體不能或者是緩慢流回井底，或者高壓液體回流過程中不會造成桿柱反轉(zhuǎn)，目的是減少作用在桿柱上的反轉(zhuǎn)勢能，降低反轉(zhuǎn)速度，減少地面驅(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作負荷。4.2 地面驅(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)進一步研制技術(shù)上安全可靠、經(jīng)濟上可行的地面驅(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，綜合現(xiàn)有各種機械式防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)優(yōu)缺點法吉合地面驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)形式，研制性能更好的新型機械式防反轉(zhuǎn)系統(tǒng),解決目前機械式

8、防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)存在的問題；或者研制適合油田工作環(huán)境的液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。無論是哪種系統(tǒng)都要能夠使地面驅(qū)動裝置低速反轉(zhuǎn)，緩慢釋放作用在桿柱上的反轉(zhuǎn)勢能，對人機不會造成各種傷害，而且便于現(xiàn)場操作人員的維護保養(yǎng)。5結(jié)論及建議1）逐步淘汰楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及其他不能釋放扭矩的防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。2）對于功率不大于15kW的地面驅(qū)動裝置，采用棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)是比較適合的，它能夠長期安全可靠的工作。需要作進一步完善的是改進釋放機構(gòu)，使操作人員在扭矩釋放過程中，操作過程安全易行。另外地面驅(qū)動裝置運轉(zhuǎn)超過1年后，必須強制更換剎車片。3）對于功率在15kW以上的地面驅(qū)動裝置，不僅要在驅(qū)動裝置上安裝棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，而且還要考慮在地面或地下采用液