楊永純（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

隨著油田開采時間的延長，含水上升導(dǎo)致低產(chǎn)低效井所占比率越來越多。螺桿泵在高含水井尤其是稠油井開發(fā)上得到了廣泛的應(yīng)用，見到了明顯的增產(chǎn)節(jié)能效果[1]。然而，常規(guī)型螺桿泵在大量投入使用的同時也存在著風(fēng)險。2013年12月，薩北油田發(fā)生了一起嚴重的螺桿泵井機械事故。

1 螺桿泵井事故

該事故發(fā)生在薩北油田北2-321-P44井，該井在2007年采用常規(guī)減速型螺桿泵投產(chǎn)，理論排量為147.46 t，發(fā)生事故時日產(chǎn)液量43.56 t，產(chǎn)油2.22t，電流為25 A ，轉(zhuǎn)速為128r/min。

2013年11月21日管井員工發(fā)現(xiàn)該井停機，且無法啟動，2013年11月24日使用蒸汽車洗井核實問題，洗井井口溫度返回到80 ℃，壓力3.0 M Pa，啟井發(fā)現(xiàn)防反轉(zhuǎn)裝置幾乎不起作用，電流一直上升到配電箱保護器保護斷電。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)防反轉(zhuǎn)裝置有些不靈敏，停機后需等一段時間才能停下。于是，維修班人員檢查棘輪棘爪，發(fā)現(xiàn)無異常，接著調(diào)整扭矩釋放螺絲。

2013年11月25日技術(shù)員到現(xiàn)場核實泵況，試啟一次，和11月24日情況基本一樣，電流一直上升到配電箱保護器保護斷電，過程大概1 min左右。之后，安裝壓力表關(guān)回油摻水套管放氣等閥門，準(zhǔn)備憋泵。啟井之后電流依然一直上升到配電箱保護器保護斷電，但是斷電之后井口異常響聲巨大。此時技術(shù)員并沒有離開螺桿泵房，過了大概5~10s在螺桿泵井房內(nèi)聽到“砰”一聲巨響，過了5 min，外面沒有其他響聲，該技術(shù)員走出螺桿泵房查看井口情況，發(fā)現(xiàn)螺桿泵護罩已破損，皮帶已經(jīng)破損不見。附近沒有看見掉落的大皮帶輪和護罩殘片。井口套管250放空閘門下方有3個被砸出來的坑，為部分大皮帶輪的碎塊，井口房被砸掉一塊，皮帶飛出20m遠，其中最大一塊碎塊沿皮帶輪切線方向向東飛出，直接落在距離該井約500m的北2-20-P35抽油機井的井場處，于第二日被發(fā)現(xiàn)。

2 原因分析

通過專業(yè)人員現(xiàn)場勘驗分析，該井由于螺桿泵井下泵硬卡，加之防反轉(zhuǎn)裝置未能及時起作用，導(dǎo)致配電箱保護器保護斷電后螺桿泵螺桿迅速反轉(zhuǎn)，從而使大皮帶輪轉(zhuǎn)裂飛出。結(jié)合類似事故，認識到螺桿泵發(fā)生事故的一些原因。

2.1 相關(guān)管理人員經(jīng)驗不足、技術(shù)教育不到位

對于螺桿泵卡泵，由于部分員工和專業(yè)管理人員未親身經(jīng)歷，亦未進行過相關(guān)教育，員工對卡泵的危害認識不足。對裝有變頻器的螺桿泵，當(dāng)螺桿泵電動機電流逐漸增大時，說明油井明顯出砂。如果使用變頻器無法啟泵，就應(yīng)向上級部門匯報，采取洗井或檢泵措施，而不應(yīng)再進行憋泵和私自啟泵運轉(zhuǎn)。

2.2 變頻器的過載電流值設(shè)置過小

部分螺桿泵的變頻器過載電流設(shè)置過小，油井出砂后或者溫度太低原油特稠時，啟動電流增大，螺桿泵無法啟動運行。為了使油井投產(chǎn)，部分員工可能使用工頻電路啟動電動機，維持生產(chǎn)。

2.3 棘輪、棘爪剎車裝置存在缺陷

該裝置剎車力矩較小，只能滿足正常停車或因為油管內(nèi)液體與油套環(huán)空液面的高度差造成的抽油桿反轉(zhuǎn)的剎車需要，不能滿足卡泵造成的抽油桿超高轉(zhuǎn)速剎車需要，而且制動后不能自動釋放光桿扭矩。并且，螺桿泵長時間運轉(zhuǎn)，棘輪、棘爪磨損較大容易失靈，安全系數(shù)降低。

2.4 預(yù)留光桿過長

由于教育培訓(xùn)不到位，作業(yè)人員對光桿過長的危害認識不足，加之現(xiàn)場缺少插接桿短節(jié)，完井時倉促收工，有些外露光桿長度都超過0.5 m，采油單位也認識不足，監(jiān)督不到位。當(dāng)抽油桿發(fā)生高速反轉(zhuǎn)時，在巨大離心力作用下，光桿被甩彎，彎曲程度不斷增大，并與卡子護罩刮碰，導(dǎo)致折斷飛出。

2.5 未設(shè)置光桿扭矩卸載裝置

當(dāng)螺桿泵卡泵后，抽油桿下部不再轉(zhuǎn)動，而地面的電動機繼續(xù)給光桿施加扭矩，光桿彈性勢能不斷增加。當(dāng)驅(qū)動頭停止轉(zhuǎn)動時，光桿的反向扭距無法緩慢卸掉，一旦剎車失靈，巨大的彈性勢能帶動地面驅(qū)動裝置高速反轉(zhuǎn)。因此，在靠近驅(qū)動頭的抽油桿上應(yīng)考慮加裝扭矩卸載裝置。

2.6 驅(qū)動頭皮帶輪安裝不科學(xué)

驅(qū)動頭的大皮帶輪上開有3個螺栓孔，依靠3個螺栓將皮帶輪固定在驅(qū)動頭上，因緊固不到位或長期運轉(zhuǎn)，會造成皮帶輪松動。當(dāng)抽油桿柱高速反轉(zhuǎn)時，因應(yīng)力集中，導(dǎo)致皮帶輪在3個固定螺栓處斷裂，在巨大離心力作用下飛出。正確的連接方式應(yīng)為鍵槽連接，再配以較大的“靠背輪”及背帽加以固定。

2.7 設(shè)備保養(yǎng)不到位

部分使用單位未對螺桿泵按規(guī)定及時進行保養(yǎng)，棘輪、棘爪粘有油污，棘爪磨損，彈簧彈力減弱。

3 解決方案

針對事故發(fā)生的原因，采取有針對性的解決方案，從設(shè)備本質(zhì)安全、技術(shù)及管理三個方面解決目前螺桿泵存在的安全隱患。

3.1 加強對員工和部分管理者的專項安全和技術(shù)教育

由技術(shù)及安全主管部門組織，對采油管理干部、員工以及作業(yè)隊人員進行專項培訓(xùn)，提高操作人員的安全及技術(shù)素質(zhì)。在采油隊層面要注重安全的實效性，在更換皮帶、啟機、關(guān)井等關(guān)鍵點實施重點控制。嚴格做到“三把關(guān)”：一是嚴把皮帶斷井分析判斷關(guān)，皮帶斷井要盤輪確認原因，分析排除卡泵因素，確保啟機時不發(fā)生危險。二是嚴把啟機后運轉(zhuǎn)狀況關(guān)，啟機后查看電流是否持續(xù)上升，確認運轉(zhuǎn)狀況，電流持續(xù)上升立即采取停機措施，防止因卡泵出現(xiàn)“飛輪”事故。三是嚴把長關(guān)井流程關(guān)，長期關(guān)井的螺桿泵，因井底套壓上升易造成光桿頂出傷人，長期關(guān)井要打開其套管生產(chǎn)閘門；同時，為避免自噴結(jié)蠟造成卡泵，應(yīng)關(guān)閉生產(chǎn)閘門，確保流程合理。

3.2 合理設(shè)置恰當(dāng)?shù)倪^載電流

過載電流“因井而宜”，應(yīng)充分考慮油井的油品黏度系數(shù)、泵掛深度、出砂情況、供液能力等，不能一刀切。結(jié)合螺桿泵工作特點及危險性，最大值設(shè)定在電動機額定電流的1.05倍為宜；對于電流持續(xù)升高的油井，必須安排洗井或檢泵作業(yè)，不得強行運行。

3.3 改造棘輪、棘爪剎車系統(tǒng)

采用技術(shù)先進的螺桿泵液壓防反轉(zhuǎn)剎車裝置，對現(xiàn)有棘輪、棘爪剎車裝置進行改造。該液壓防反轉(zhuǎn)剎車裝置的工作原理類似汽車的“A B S”剎車系統(tǒng)。當(dāng)螺桿泵停機時，桿柱反轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓電動機，輸出液壓油驅(qū)動摩擦塊作用于剎車盤上，緩慢釋放掉反轉(zhuǎn)勢能。反轉(zhuǎn)扭矩越大，剎車盤轉(zhuǎn)速越高，摩擦力也越大，減速作用越明顯。

3.4 縮短預(yù)留光桿長度

限定光桿外露長度，消減形變風(fēng)險。外露光桿過長，一旦反轉(zhuǎn)，極易發(fā)生彎曲變形或卡子脫出傷人，嚴控光桿的外露長度是一項有效的規(guī)避措施。通過現(xiàn)場實踐總結(jié)，光桿的外露長度應(yīng)嚴格控制在30cm以內(nèi)。加強作業(yè)監(jiān)督，完井時必須保證光桿長度在30cm以內(nèi)，否則，利用插接桿短節(jié)進行調(diào)整。這樣即使抽油桿柱發(fā)生高速反轉(zhuǎn)，光桿也不會被甩斷飛出。對超長井要由專業(yè)隊伍治理，禁止采油隊以切割方式降低長度。另外，從作業(yè)施工源頭控制，加強作業(yè)監(jiān)督跟蹤環(huán)節(jié)，對光桿超長井拒絕接井。

3.5 采用光桿扭矩卸載裝置及扭矩釋放專業(yè)操作

在沒有完全采用液壓防反轉(zhuǎn)剎車裝置前，棘輪、棘爪剎車裝置的螺桿泵還在使用。當(dāng)螺桿泵發(fā)生卡泵，或者正常停止運行，以及液柱重力作用，抽油桿柱均會反向轉(zhuǎn)動扭矩。一旦松開剎車，彈性勢能將帶動地面驅(qū)動裝置快速反轉(zhuǎn)，危險仍然沒有解除，因此在靠近驅(qū)動頭的抽油桿上應(yīng)加裝扭矩卸載裝置。在扭矩釋放時，操作人員頭頂必須低于方卡高度，佩戴安全帽，做好安全措施。釋放螺栓動作要緩慢，開度要小，以桿柱轉(zhuǎn)速30r/min為宜；對螺桿泵井進行維修、維護、調(diào)參、作業(yè)、測試等正常生產(chǎn)操作時，由礦、隊專門人員負責(zé)；對于卡泵或非正常原因的故障井，要上報主管人員，由專業(yè)維修人員進行處理。

3.6 加固安裝驅(qū)動頭皮帶輪

對于目前使用螺栓固定的在用螺桿泵，更換固定螺栓，采用加長的螺栓，再配以較大的靠背輪及背帽加以固定。新安裝的螺桿泵應(yīng)改變設(shè)計，采用鍵槽連接方式。

3.7 更換皮帶輪及光桿卡子護罩

使用棘輪棘爪剎車裝置的螺桿泵，其皮帶輪及光桿卡子護罩采用1 mm厚鋼板配合絲網(wǎng)組成護罩，強度不足。在進行剎車裝置改造時，應(yīng)一起進行改造，使用厚度2mm以上的鋼板護罩。

3.8 制定管理規(guī)范及定期保養(yǎng)設(shè)備

根據(jù)多起飛輪事故現(xiàn)場的勘查調(diào)研，皮帶輪碎裂飛出方向均是沿著旋轉(zhuǎn)方向呈扇形分布，這一區(qū)間為危險區(qū)域。因此，螺桿泵控制柜必須設(shè)置在與電動機皮帶輪切線成45°~135°之間的安全區(qū)域內(nèi)。技術(shù)主管部門應(yīng)修訂操作規(guī)程及安全注意事項，下發(fā)到基層崗位并監(jiān)督執(zhí)行。員工發(fā)現(xiàn)異常情況必須向主管部門報告，不得私自處理。設(shè)備主管部門要加強設(shè)備管理，制定管理規(guī)范并監(jiān)督落實。使用單位必須按規(guī)定定期保養(yǎng)設(shè)備，清除棘輪、棘爪附著的油污，檢查棘爪磨損情況，更換磨損的棘爪。檢查彈簧彈力，及時更換彈簧。對驅(qū)動頭上的大皮帶輪進行檢查，重點檢查螺栓磨損松動情況、螺栓孔磨損情況、輪盤有無裂痕等，對存在問題的必須立即進行更換，并應(yīng)使用鑄鋼材質(zhì)的皮帶輪。對潤滑部位及時加注潤滑脂等。通過保養(yǎng)，使得設(shè)備處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.9 推廣使用直驅(qū)型螺桿泵替代常規(guī)減速驅(qū)動型螺桿泵

直驅(qū)型螺桿泵由光桿方卡、機械密封、電動機、軸承箱和封井器等組成，光桿由電動機空心軸中穿過，通過方卡子與空心軸連接，電動機轉(zhuǎn)子帶動光桿轉(zhuǎn)動，驅(qū)動井下螺桿泵運轉(zhuǎn)。由于不存在皮帶輪等其他傳動環(huán)節(jié)，而且電動機的最高轉(zhuǎn)速只有300 r/min，安全性能明顯提高，且節(jié)能效果明顯[2]。直驅(qū)型螺桿泵與常規(guī)減速驅(qū)動型螺桿泵能耗對比節(jié)電率為21.6%，平均年節(jié)電1.87萬元，年均減少維修費用2.02萬元[3]。

4 結(jié)論與建議

1）在事故分析基礎(chǔ)上，制定的應(yīng)對措施要貫徹實施，主管部門監(jiān)督執(zhí)行。

2）盡快落實整改資金，對現(xiàn)有的存在隱患的設(shè)備進行更新改造。

3）新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備的安全配套措施必須是先進的，而且應(yīng)慎重推廣。在新工藝、新設(shè)備引進初期，安全、設(shè)備等主管部門應(yīng)盡早介入，進行充分的風(fēng)險識別與評價。

4）直驅(qū)型螺桿泵在安全與節(jié)能方面與常規(guī)減速驅(qū)動型螺桿泵相比有明顯的優(yōu)勢。

[1]韓修挺.螺桿泵采油原理及應(yīng)用[M].北京:工程大學(xué)出版社,2007:19-38.

[2]熊高明.螺桿泵節(jié)能型驅(qū)動配套技術(shù)研究[J].石油石化節(jié)能,2012(4):3-4.

[3]馮華勝.直流電動機直驅(qū)螺桿泵節(jié)能效果評價[J].石油石化節(jié)能,2013(3):30-32.