抽油泵失效原因分析（精选6篇）
抽油泵失效原因分析 篇1
1 失效原因简析
2011年1月—2012年12月抽油泵质量鉴定分类表1所示。
1.1 作业施工质量方面
由于现场条件和周围环境的限制, 不能保证下井管杆的清洁。同时由于控制成本, 部分老化的管杆还在继续使用, 地面部分泥土、砂粒、管杆壁上的铁锈、垢、死油等沉淀到固定阀上, 造成阀密封不严或堵塞阀球, 在活塞上下运动时造成活塞发卡不能正常抽油;某些泥质含量较高油井, 在抽油过程中, 出现周期性的固定阀堵塞, 需多次作业更换固定阀座。从现场取出来的固定阀看, 都有污物沉淀。如C11-10井, 2012年3月31日下总机厂D44mm×3.3m新泵, 未生产, 示功图反映为泵漏, 提出后鉴定发现泵筒和固定阀内被铁屑塞满, 致使阀球与阀座座封不严。近两年鉴定的87台抽油泵中, 43台属于此类情况, 只是铁屑、碎石块、胶皮、杂草、粘稠状死油块等污物不同。
1.2 地层因素影响
由于地层条件复杂, 地层出砂严重、产出液的高含水腐蚀性, 不同程度的造成泵筒、柱塞、球阀的磨损腐蚀, 使抽油泵失效。
1.3 抽油泵本身质量问题
目前泵筒本身质量问题主要是由材质与加工工艺引起, 导致固定凡尔刺漏、活塞上罩脱断、泄油器销子刺坏、柱塞与泵筒间隙变大。现就引起抽油泵失效占比重大的凡尔失效进行原因分析。
1.3.1 凡尔失效
(1) 热处理工艺的影响。
固定凡尔大都采用6Cr18Mo或9Cr18Mo材料制成。Cr在调制结构钢中的主要作用是提高淬透性, 使钢经淬火回火后具有较好的力学性能;而Mo在钢中能提高淬透性和热强性, 防止回火脆性。在热处理工艺中处理不当, 将会造成固定凡尔的刺漏。
(2) 液击和气蚀的影响。
在绝大多数情况下, 抽油泵达不到理想工况, 在上冲程过程中, 泵腔内液体未充满时, 泵腔顶部将出现低压气顶, 在下冲程过程中, 在活塞接触液体前游动阀处于关闭状态, 与液体接触的瞬间液压突然升高, 游动阀被打开, 出现负向液击现象;在下冲程向上冲程转换的瞬间, 游动阀由打开状态转换为关闭状态, 出现正向液击现象;同时在泵腔内出现低压气顶时, 液体被气化, 而下冲程泵阀被打开的瞬间, 又出现高压状态, 气化的液体又被液化, 形成瞬时真空, 产生气蚀现象。在液击和气蚀的频繁作用下使固定凡尔和游动凡尔失效。
1.3.2 游动凡尔罩脱断
游动凡尔罩在理想状态下, 所受的力为抽油杆本身的重力和其向上的拉力、泵筒与活塞之间的摩擦力、液柱的惯性载荷等, 凡尔罩在受到外力的综合交替作用下, 形成了两个以凡尔罩为支点的力矩, 这两个力矩在每个冲次中交替出现, 加速了凡尔罩的疲劳破坏, 尤其在活塞下行程时, 凡尔打开的瞬间, 高速高压的液流冲击阀球, 由于液流速度的不均匀和其他原因引起的振动, 使阀球运动偏离阀座孔轴线, 碰撞球室侧壁, 在凡尔球的反复冲击下, 3条筋处的圆柱形内孔变成椭圆形, 3条筋的壁厚变薄, 造成凡尔罩断裂;同时由于力矩的存在, 使拉杆和凡尔罩的结合处从过盈配合转化或部分转化为间隙配合, 导致拉杆从凡尔罩上脱开。
由于检测设备缺乏, 目前对抽油泵失效的鉴定手段较单一, 通过目测发现鉴定泵的柱塞都有不同程度的划痕, 这主要是由出砂造成。普通泵柱塞的结构决定了砂子只进不出, 砂子聚积轻则刮伤柱塞和泵筒表面, 增加漏矢量, 重则发生卡泵事故。造成抽油泵失效还有工艺配套不合理、泵筒与柱塞副材料选配不当、井身结构等原因。
2 应对措施
2.1 重视作业施工质量
从固定凡尔堵塞来说, 在下管柱过程中要注重对井口的保护, 雨雪天气尤为注意;在完井后不能单纯试压, 要按规定大排量洗井;作业监督要全过程、全方面的跟踪监督, 保证按要求施工。
2.2 改善固定凡尔材质
用碳化钨钢硬质合金阀座替代6Cr18Mo或9Cr18Mo阀座, 其硬度和脆性较6Cr18Mo或9Cr18Mo都大, 液量高 (大于60t/d) 的井, 由于阀球与阀座的撞击力大, 使用碳化钨钢阀座, 会因脆性大而易被阀球撞坏, 导致泵阀漏失。目前产液量大于60t/d的井很少, 适合用其代替原来的不锈钢阀座, 现在防腐泵用的就是这种材质的阀座。经过实践证明效果显著, 在鉴定的27台因固定凡尔刺漏失效的抽油泵中仅有1台防腐泵阀座刺漏。
2.3 合理调整抽油机工作参数
对于液击和气蚀引起的固定凡尔失效, 应优化抽油机工作参数, 合理下调冲次, 以便提高充满程度, 从而降低对固定凡尔的影响。同时减少了阀球与阀座的撞击次数, 延长了其寿命。
2.4 因地层因素影响采取以下措施
(1) 对井下抽油泵的表面材料和表面强化工艺进行优选, 提高泵对高含水、强腐蚀、出砂严重等恶劣工作环境的适应性。
(2) 改进常规泵柱塞衬套副的结构, 采用易排砂的结构, 在柱塞上设置螺旋防砂槽和导砂孔, 提高防砂和排砂能力, 减少砂卡、刮伤柱塞和衬套的可能性。
(3) 根据油井区块出砂程度制定单井防砂措施, 利用化学固砂、复合防砂和高效防砂管等新工艺、新技术, 减少出砂, 改善井下设备的工作条件。
(4) 向含水高的井管柱中加缓蚀剂, 减轻对固定凡尔的腐蚀。建议采油厂开展单井缓蚀试验, 并对单井缓蚀与泵站集中缓蚀进行效益论证, 探索单井缓蚀的方法。
3 改进抽油泵的工具配套
3.1 防堵塞固定凡尔
固定凡尔分为旁通式和内口袋式, 分别适用于全井和分层生产。在管杆下井过程中, 上部沉淀物落到固定阀罩上, 通过环空沉淀到尾管内。在抽汲过程中, 柱塞做上下往复运动, 上冲程时活塞的游动阀关闭, 固定阀球开启。柱塞将泵上腔室液体排至泵上油管内, 同时, 井内液体在泵入口压差作用下经旁通入口进入并充满泵下腔室, 下冲程时, 固定阀关闭, 游动阀开启, 泵下腔室的液体经游动阀转移到泵上腔室, 柱塞往复运动便将井液不断地抽汲到井口。尾管和丝堵构成泵的密封腔室, 必须保证其密封性。
3.2 活塞上罩改进
上述分析显示出油孔三条筋为上阀罩发生磨损断裂的最薄弱环节, 因此, 改变其受力状况的结构设计为最有效的解决方法, 针对活塞上罩强度低极易在凡尔球反复冲击下变形的缺点, 将凡尔球活动的球室与出油口分开, 加厚加长出油口处的管壁, 使凡尔球回落时间减少, 这样既保证活塞上罩的强度, 又提高了泵效。
3.3 泄油器的改进
多年来, 泄油器两端为公扣, 组装抽油泵时程序复杂, 密封点增加, 受油管接箍质量、密封胶性能等因素的影响, 使抽油泵密封性能下降。有时在地面试压不漏, 而在井下长期受地层压力、温度的影响下, 造成渗漏, 从而造成作业返工。为此对其进行了改进, 将公扣改为母扣, 一体式结构, 减少密封点两个, 从而简化了组装程序, 提高了质量。
3.4 柱塞的改进
在抽油作业中, 柱塞做上下往复运动。原油中一般富含砂粒或岩屑, 普通泵柱塞由于结构特点, 砂子只进不出, 砂子的聚集引起这对摩擦副局部严重磨损, 有时还会因磨损和发热发生胶合, 甚至出现卡泵现象。为了避免以上问题发生, 采用螺旋阀罩式和螺旋柱塞式两种单向间歇转动的旋转柱塞较为有效。
工作原理:
柱塞下冲程时, 固定阀关闭, 迫使泵筒内的原油通过柱塞上部的游动阀罩流出柱塞总成。由于阀罩的出油槽为螺旋形, 原油向上流动的速度在这些槽的上边缘分解出一水平分速度, 从而对阀罩产生转矩。螺旋柱塞通过上部柱塞的螺旋形出油槽, 对阀罩产生转矩。槽阀罩与柱塞为刚性连接, 当柱塞向下运动, 螺旋槽阀罩往外排油时, 柱塞与螺旋阀罩一起相对于泵筒转动, 转动方向与螺旋槽的旋向有关。柱塞在上冲程期间, 没有原油流经阀罩, 不产生转矩, 柱塞不转动。故在整个抽油过程中, 柱塞仅在下冲程期间间歇单向转动, 从而使泵筒与柱塞均匀磨损。
4 结论
施工质量、地质条件、工艺配套、抽油泵本身等因素都会影响抽油泵的质量, 以上文中所述, 从理论上完全可以降低抽油泵质量问题的发生, 特别是几种抽油泵配套工具的改造, 据实践证明, 获取资料显示, 取得了较好的效果, 建议作业公司联系厂家引进或进行试制, 以见证其实效, 通过新工具及工艺措施, 从而保证抽油的顺利进行, 避免无功作业, 降低管理成本。
抽油泵失效原因分析 篇2
关键词：抽油泵,正常运行,失效原因,控制对策
1 抽油泵的结构与正常工作条件
普通的抽油泵大致由四部分组成:泵筒、吸入阀、活塞、排除阀。在原油开采中, 由于井下作业条件的特殊性, 抽油泵增加了固定阀、阀球、阀座和阀罩等专业装置。抽油泵的失效通常与这些构成部件紧密相关。
首先, 一台运行良好的深井抽油泵, 需要对各部位进行严格密封, 保证在工作时对原油的正常吸入与排出。其次, 必须时刻保持泵内液体的饱满度, 一旦泵内检测到气体的出现, 应立即停止机器运行, 及时排除气体。否则在高压强条件下可能会使泵筒断裂甚至发生爆炸。再次, 应使活塞的有效冲程尽量长。在有效的活塞冲程距离内, 相同条件下, 较长的活塞冲程可以增加原油的吸入与排出量, 减少抽油泵的工作频率。最后, 为了防止撞击固定凡尔, 还应调节好防冲距。
2 抽油泵失效原因分析
2.1 抽油泵断失效原因分析
抽油泵工作过程中出现断裂, 通常分为两种情况:柱塞上游动阀罩断和上接头断。前面提到, 抽油泵处在高压强的条件下运行, 经常处于超负荷工作状态, 在此种状态下, 油泵内部的活塞上接头受到压力最为明显。近年来, 随着生产工艺的不断改进, 许多零部件的性能和质量都有了较大的改善, 部分企业在进行油泵部件更换过程中, 忽视了新零件与原有设备的磨合度, 导致新旧设备的不对接, 在受到油泵内部液体的压力冲击后, 就会出现部件之间的空隙, 导致气体的渗入。当气体值达到油泵的承载上限, 就会引起抽油泵筒的断裂事故。
造成抽油泵断的原因与加工工艺, 泵的自身质量, 安装方法也有较大关系。通过相关报道了解, 某采油厂的合作企业由于在设备的生产过程中使用了不规范的测量标准, 导致出厂的零件没有达到采油厂的原有要求, 在后期的材质热处理过程中, 质检人员对发现的问题没有及时上报, 致使该采油厂不得不中止采油工作, 造成了巨大的经济损失。
2.2 抽油泵脱失效原因分析
抽油泵脱扣部位主要是游动阀罩脱扣和固定阀压紧接头脱扣。这里所说的游动阀罩脱扣与上面提到的柱塞上游动阀罩断不同, 此类问题通常是由油泵的防冲撞距离设置不合理造成的。经过相关实验测试, 油泵的防冲撞的最大距离应不超过本身有效长度的三分之一, 距离过小就会使游动阀罩受力不均, 造成游动阀罩的脱落, 严重的还会发展破裂现象。距离过大则会导致滑杆和上游动阀罩的结合处从过盈配合转化为间隙配合, 导致抽油泵的失效。
另外, 抽油泵的正常工作需要杆柱的相互配合, 如果杆柱出现磨损或匹配度不合适, 就会使柱塞在运行过程中受到的阻力变小, 极易滑动。遇到液体冲击后会使柱塞脱离泵筒, 引起上游动阀罩脱扣。
2.3 抽油泵漏失效原因分析
此类原因又可细分为两种:固定阀座受刺造成泵漏和压紧接箍的粘接工艺和螺纹加工技术上存在问题。
对于固定阀的使用标准有相应的行业规范, 严格按照规定所述生产使用即可。对于后者出现的问题, 需要在设备的对接过程中, 注意接头处的粘接工作, 务必做到高质量的密封性, 对接完成后, 应对部分样品做破坏性试验, 以确保能够在高压强条件达到完美密封。对于螺纹加工技术再次不做赘述, 国家出台的深井油泵设备管理细则都做了具体要求, 只要严格执行要求标准, 即可保证正常条件下的施工安全。
3 抽油泵失效控制措施
3.1 改进深井抽油泵工艺设计
原有的油泵虽然能够保持正常的工作, 但是对于目前原油开采的复杂程度已经很难完全适应。相关部门应在国家的政策支持下, 积极配合研发部门, 提供较多的抽油泵工作资料, 便于研发人员进行细节完善。不仅要在油泵的质量上做到提高, 还要在细节上进行优化。
3.2 加强抽油泵质量管理
由于油泵工作条件的特殊性和在采油过程中体现的重要性, 时刻维护和检修抽油泵就变得非常重要。尽快建立起一支专业能力强、综合素质高、吃苦耐劳的油泵维护团队, 利用现代高新技术, 将人工检修与电脑数据分析相结合, 对采集到的信息综合对比分析, 便于专业技术人员进行研究。通过专业团队对油泵质量的管理, 实现油泵的稳定运行。
3.3 加强采油设备的环境安全
通常来讲就是做好油泵内部和周围环境的清洁和保护工作。考虑到油泵所处环境的特殊性, 长期的原油污染会给油泵的正常运行带来危害, 严重情况时可能会使油泵阻塞或停止运行。在对油泵进行定期的安全检测时, 可以顺便进行简单的清洁工作。对于井筒较脏的油井作业时, 要求洗井。对于井下有落物或出砂的油井, 泵下要求接绕丝筛管, 防止脏物进入泵内, 采用防砂泵或双固定阀抽油泵。
4 提出的几点建议
4.1 为提高油井泵效, 油井应有足够的沉没度
4.2 相关原因开采企业应根据企业实际情况, 合理安排开采进度, 避免设备的超负荷运行。
4.3 注意泵筒的磨损程度, 筒壁厚度低于有关行业标准要做到及时更换。
4.4 深井抽油泵在入井前, 先要进行试泵工作。
4.5 做好抽油泵的固定工作, 避免因内部液体冲击和外力因素导致的位置错位。
参考文献
国内特种抽油泵的种类及性能分析 篇3
目前随着国内油井井况日益恶劣, 如含砂量大、高气油比、腐蚀严重、油井供液不足等, 国内外石油装备企业不断生产出针对特殊井况要求的各类特种抽油泵。如适用于大排液量的双作用泵, 适用于高气油比的防气泵, 适用于抽稠油串联泵, 适用于出砂井的刮砂泵、防砂抽稠泵和防砂卡泵等防砂泵, 适用于深井抽油的过桥泵, 适用于斜井抽油的斜井深井泵, 适用于过泵测试或加热的空心泵等。
一、适于出砂油井的抽油泵
目前国内针对此类出砂油井所开发的适于出砂油井的抽油泵有防砂扶正杆式泵、长柱塞防砂卡抽油泵、刮砂抽油泵、防砂抽稠泵等。
1. 防砂扶正杆式泵。
锁紧装置位于底部, 使泵筒不因液柱作用而伸长, 间隙不会增大, 更适于深井;增加挡阀装置, 防止砂粒回落泵筒砂卡柱塞;增加扶正装置, 避免泵体摆动使下部密封失效, 增加泵的稳定性;增加沉砂通道, 解决砂埋的问题。适用于泵挂在2 900m内、黏度400c P以下的深井;停抽易砂卡抽油泵的油井;油井含砂≤2%。不适用于气油比较高, 易发生气锁的油井。
2. 刮砂抽油泵。
柱塞上增加刮砂装置紧贴泵筒内壁刮砂, 油砂通过液流带出泵筒, 防止了砂卡柱塞的现象, 减轻了柱塞泵筒的磨损, 延长了抽油泵使用寿命。适应不砂埋的稀油井生产。气油比较高, 易发生气锁的油井不宜采用该泵。油井含砂≤2%。
二、适于稠油井的抽油泵
国内目前适于稠油井的抽油泵有双柱塞阀式抽油泵、串联抽油泵 (液力反馈泵) 、长柱塞注采泵、双柱塞注采泵、环空热采泵等。
1. 双柱塞阀式抽油泵。
游动阀采用机械阀结构, 随抽油杆的上下运动启闭;将柱塞的承压与密封功能分开, 大大提高了泵的使用寿命;柱塞为浮动结构, 具有自修复功能, 可提高阀副的寿命。可在50℃原油黏度不大于4 000m Pa·S实现冷采;可在气油比低于800的含气井内使用;可在泵下入井段斜度40度的油井中生产。
2. 串联抽油泵 (液力反馈泵) 分为长柱塞、短柱塞两种规格。
运用液力反馈原理, 在下行程工作时产生向下推力, 可帮助柱塞克服稠油与抽油杆的阻力下行, 减少抽油杆的断脱。该泵无固定阀, 井下可不用泄油器, 将柱塞提出泵筒即可实现注汽或泄油。还可不动管柱进行注汽热采及正反向洗井、冲砂。作业方便, 降低了作业成本。原油黏度小于4 000m Pa·S时可不用降黏直接抽吸。适用于注汽热采稠油井生产, 含砂小于0.1%、含气少的稠油井。
三、适于含气油井的抽油泵
目前国内适于含气油井的抽油泵种类较多, 有防气锁抽油泵、长柱塞防气防砂抽油泵、强开阀式抽油泵等, 此类抽油泵可以适于含气量较高的稀油井的生产。上文所介绍的双柱塞阀式泵同样适用于含气油井。
1. 防气锁抽油泵。
增加防气装置, 改变阀球的受力条件, 使阀球开启力降低为原来的1/3~1/4, 改善游动阀的受力情况, 防止气锁现象的产生。该泵适用于含气量较高的稀油井。
2. 长柱塞防气防砂泵。
专利防砂防埋固定阀可有效避免阀座刺坏, 提高阀副的密封可靠性。防气槽可实现防气锁和二次进油。适用于停抽易砂卡抽油泵的油井、气油比较高的稀油井。严禁在拐点及其下部使用, 油井含砂≤2%。
3. 强开阀式抽油泵。
游动阀为强制启闭的球形阀, 不仅能及时启闭, 而且寿命高。柱塞可自由转动, 防止砂卡、偏磨, 提高了使用寿命。该泵适用于含气量较高的稠油井。
四、适于腐蚀油井的抽油泵
防腐抽油泵采用特殊材料和处理方式, 适用于腐蚀油井的生产, 其结构与普通泵相同。
1. 泵筒防腐处理, 更适应油井生产;
柱塞表面喷焊镍基合金, 更耐磨、耐腐蚀;阀罩等关键零部件均采用耐蚀性能强、机械性能优的材料制造, 或进行防腐处理, 解决配件的腐蚀断裂问题;球座具有极强的耐腐蚀、耐冲击、耐磨性能。
2. 由于该泵具有优良的耐腐蚀性能, 在国内各大油田含H2S、CO2及盐水腐蚀介质的油井中使用能取得良好的效果。
五、适于深井的抽油泵
国内现有适于深井的有才开发的过桥抽油泵, 它采用特殊过桥结构, 防止抽油泵在深井内产生变形, 进而使其更适用于深井的生产。
1. 过桥泵特点。
防弯曲特性——特殊过桥式结构, 泵筒悬挂在外筒内, 不承受压力, 不发生弯曲, 从根本上解决了配用封隔器时抽油泵坐封弯曲的问题。防偏磨特性——因泵筒不发生弯曲, 柱塞与泵筒间隙均匀, 减小了柱塞与泵筒因坐封弯曲而发生的偏磨磨损, 延长了泵的使用寿命, 提高了泵效。防漏失特性——由抽油泵间隙漏失量公式可知, 该泵的相对偏心距ε=0, 防止了因柱塞与泵筒的偏心造成的漏失量, 减小了间隙漏失量, 提高了泵效。
2. 适用于常规管式泵适用的油井, 并可极大地增加泵挂深度及下挂尾管长度;还适于抽油泵与封隔器距离较近的一体式管柱。
发动机机油泵轴失效分析 篇4
在试验过程中转子机油泵轴出现两次失效, 第一次运行300小时, 第二次运行50小时。轴材料为45钢, 调质热处理, 硬度为217~255HB。对断口宏观形貌进行观察分析、轴的键槽和键进行校核计算, 查找此轴断裂失效原因及相应的改进措施, 为后续试验提供理论参考。
2 宏观检验
对机油泵一断口宏观形貌观察, 机油泵轴失效部位均在轴键槽处, 现象为轴键槽处断裂, 观察两断口, 断口有不同程度的磨损, 其中B侧断口分为两块, 其中一块已经完全裂开。取下B断口左侧小块 (见图3) , 断口可见明显疲劳贝纹线及放射线, 贝纹线圆心即疲劳源。疲劳沟槽明显, 说明此处应力集中严重。
初步分析机油泵轴为疲劳断裂, 疲劳源位于键槽一侧, 裂纹沿周向扩展。轴的断口说明轴在键槽左侧受到剪切力, 导致疲劳裂纹萌生并沿周向扩展。
分析螺纹旋向 (图4) 时发现螺母拧紧方向与机油泵被驱动时的旋转方向相反, 分析为螺母压紧齿轮端面, 通过摩擦力传递一定的扭矩。运转过程中因齿轮运转方向与螺母拧紧旋向相反使螺母松动, 而后键传递扭矩, 轴所受剪切应力超出轴的疲劳强度, 最终疲劳断裂。图5为第二次断裂轴的前半段, 键槽处已发生滚切现象, 现象与分析一致。
3 失效成因分析计算
3.1 转子泵供油量
式中Q———泵的供油量 (L/min) ;
C———内外转子间的最大齿间面积 (cm3) ;
B———转子厚度 (cm) ;
N———内转子转速 (rpm) 。
在最大面积C未知时, 可用下式近似计算, 误差不大于3%~4%
ρ1、ρ2分别为内转子的长半径和短半径, 单位cm;
转子泵的驱动功率占柴油机有效功率的0.8-1.8%, 可用下式计算
式中η=η0ηm———ηm为泵的机械效率, 高速时取0.85~0.9, 低速时取0.7~0.75;
Vp———泵的供油量 (L/h) ;
Δp———进出油口油压差 (kgf/cm2) 。
简化后
计算得:T=13.6 Nm
3.2 对键进行强度校核
取T=13.6 Nm、d=12mm、k=1.7mm、L=7.7mm
计算得:σp=173.1 Mpa
键许用挤压应力[σp]为 (125~150) MPa, σp>[σp], 不能满足要求。
3.3 对键槽进行强度校核
因轴键槽处出现滚切现象, 将键视为刚体对键槽进行计算分析
对图6分析:当这个微小的角位移产生后, 因传动力P的作用以及变载工作的过程中, 这时的齿轮轮毂键槽和键对传动轴上键槽的一侧进行挤压、碰撞。
为分析直观取机油泵轴的键槽截面作参考示意图如7
式中R———轴半径, R=6mm
H———键槽底面至轴心距, H=3.5mm轴键槽的挤压应力
剪切应力
式中d———轴直径, d=12mm
L———键槽工作长度, L=7.7mm
从图中可以看出轴与轮毂之间有相对位移后, 作用在轴键槽一侧的应力就会有面接触变为作用在键槽顶部的边线上, 这是键槽侧面变为一端受力一端固定的简支梁, 其作用在键槽面上的应力
式中P———径向作用力,
W———材料截面模量。
因σ>σj, 此时轴键槽在应力σ的作用下产生一个初变形
式中E———金属材料弹性模量, E=206Gpa;
I———材料轴惯性矩
关于材料应变率可参照下列数字划分
当时, 其属于静态范围;
当, 其为准静态范围;
当时, 这时一般进入了材料的应变敏感区域, 不能忽略材料的应变效应, 这时所研究的问题可以称之为动态问题。
因发动机在变工况下运转, 动态载荷复杂且无明显规律性, 不问不做进一步讨论。
4 结论及建议
初期螺母压紧齿轮端面, 通过摩擦力传递扭矩。运转过程中因螺纹旋向反向, 螺母逐渐松动, 传递扭矩不足, 导致键传递扭矩, 键所受剪切应力轴键槽所受的弯曲应力均超出疲劳强度, 最终疲劳断裂。
1、避免采用键传递扭矩方式, 采用可靠的方式:圆锥面连接、过盈连接等。
2、改变螺母旋向, 使轴的旋向与螺母拧紧方向相同, 避免螺母松动。
参考文献
[1]杨黎明.机械零件设计手册[K].北京:国防工业出版社, 1996.
[2]王文斌.机械设计手册.第2卷/机械设计手册编委会编著.—3版.—北京:机械工业出版社, 2004.8
[3]潘建华.冲击载荷作用下压力容器用金属材料动态断裂行为的研究, 博士学位论文, 中国科技大学, 2013.3
抽油泵失效原因分析 篇5
1.1 乌南油田概况
乌南油田为柴达木盆地西部凹陷区昆北断阶亚区乌南—绿草滩断鼻带上的一个三级构造。油田位于扎哈断陷切克里克断陷东端和英雄岭—茫崖凹陷南端, 西部南区具有良好的生储盖组合。储层岩性以粉砂岩为主, 次为细砂和中砂岩, 储层有效孔隙度为7-21.7%, 渗透率为0.1-5.7×10-3µm2属低渗难采油田, 地面原油密度为0.8349-0.866g/cm3, 粘度为6.53-10.9mpa.s属低比重低粘度原油。乌南油田属于低压、低渗透岩性控制的边远难采油气藏。
1.2 乌南油田采油工艺
乌南油田属于低压低渗油田, 由于地层供液能力不足, 油井在生产过程中受到地层因素的影响, 导致油井出现抽油泵失效的情况, 造成油井产量不稳定, 因而乌南油田主要采用整筒泵、防砂泵、防垢泵以降低泵效的损失。
2 泵的工作原理
2.1 泵的分类
抽油泵是抽油的井下设备。它所抽汲的液体中含有砂、蜡、气、水及腐蚀性物质, 又在数百米到上千米的井下工作, 有些油井的泵内压力会高达20M p a以上。所以, 它的工作环境复杂, 条件恶劣, 而泵工作的好坏又直接影响到油井产量。
抽油泵主要由工作筒 (外筒和衬套) 、柱塞及游动阀 (排出阀) 和固定阀 (吸入阀) 组成。按照抽油泵在油管中的固定方式, 抽油泵可分为管式泵和杆式泵。
2.2 泵的抽汲原理
(1) 上冲程
抽油杆柱带着柱塞向上运动, 如图2-1 (a) 所示。活塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。此时, 泵内 (柱塞下面的) 压力降低。固定阀在环形空间液柱压力 (沉没压力) 与泵内压力之差的作用下被打开。
(2) 下冲程
抽油杆柱带着柱塞向下运动, 如图2-1 (b) 所示。固定阀一开始就关闭, 泵内压力增高到大于柱塞以上液柱压力时, 游动阀被顶开, 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部, 使泵排出液体。
3 影响泵效因素分析
3.1 地质因素
3.1.1 出砂对泵效的影响
油井出砂的主要原因是油藏储层为疏松胶结砂岩。另外, 在油田开发中后期, 由于长期注水或注气开采也会极大的破坏储层骨架, 造成油井出砂。砂子磨损凡尔球、凡尔座、活塞及衬套等部件, 导致泵效降低。固定凡尔或游动凡尔砂卡或砂埋也影响泵效。
3.1.2 气体对泵效的影响
油层能量低, 供液不足或含气体的井, 当泵入口处的压力低于饱和压力时, 进入泵内的将是油气混合物, 进入泵内油的体积减少, 使泵效降低。另外, 活塞在下死点时固定凡尔和游动凡尔之间的余隙中存在着高压油气混合物, 在活塞上行时, 油气混合物膨胀, 固定凡尔不能立即打开, 使泵效降低。
3.1.3 漏失对泵效的影响
当油井中含有游离气体时, 对泵的工作效率有很大的影响, 严重时将发生气锁现象, 有时还可能发生气蚀现象, 泵筒中的压缩气体刺伤凡尔球和座, 引起漏失, 降低泵效。
3.1.4 结蜡对泵效的影响
乌南油田含蜡量在9.014%~14.88%, 地层温度55.4℃, 析蜡点为30-50℃, 当温度降到50℃时有蜡析出, 地温梯度为3.35℃/100m。温度与深度的函数关系, 其关系式为:T=6.3609+0.0344H, 相关系数0.9796。所以油管结蜡点在300-1000m左右。
3.2 设备因素
泵的制造质量, 安装质量, 衬套与活塞间隙的配合选择不当, 或凡尔球与凡尔座不严等都会使泵效降低。沉没度对泵效的影响是很复杂的, 一方面, 增加沉没度可以增大泵的充满系数, 减小气体对泵效的影响, 对提高泵效有利;抽油杆的断脱事故, 会减少设备使用寿命, 而降低泵效。
3.3 工作制度对泵效的影响因素
泵的工作参数选择不当, 也会使泵的工作效率降低。泵效是油井实际产量和泵理论排量的比值, 这个比值是一个“容积效率”, 在没有考虑到整个系统效率的情况下, 泵的工作效率和它自身的工作制度关系密切。
4 提高乌南油田泵效的措施
前面已经列举了影响泵效的因素, 那么如何来提高我们的泵效, 促使抽油泵工作效益提高了, 这个成为我们实际工作中面临的一个难题从影响因素来看, 我们应当从以下几个方面入手。
4.1 对出砂影响井的改进措施
乌南油田各油井因受砂的影响而降低泵效, 油井出砂的主要原因是油藏储层为疏松胶结砂岩。另外, 在油田开发中后期, 由于长期注水或注气开采也会极大的破坏储层骨架, 造成油井出砂。油井出砂的危害主要表现在三个方面:砂埋产层, 造成油井减产或停产;高速的砂粒, 造成地面及井下设备加剧磨蚀;出砂导致地层亏空并坍塌, 造成套管损坏使油井报废等。
4.2 对受气影响井的改进措施
乌南油田中受气影响的井较多且严重, 当发生“气锁”时, 即在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀, 使吸入和排出阀无法打开, 出现抽不出油的现象。气压过高可采取定期放套气或定压放气阀防气的方法来控制合理的套压, 以减少气体对泵效的影响。
4.3 对漏失影响井的改进措施
油井漏失在乌南油田出现较多, 当泵筒中固定凡儿漏失可采取碰泵以减小泵效损失, 游动凡儿漏失则采用憋压, 当泵与泵筒间隙过大需进行检泵, 双凡儿失灵、碰泵、洗井无效时也要检泵来提高泵效增加产液量。
4.4 对结蜡影响井的改进措施
受蜡影响的井因油管壁结蜡会增大对地层的回压, 降低油井产量;油管和抽油杆间的结蜡, 甚至造成抽油泵会增大抽油机载荷蜡卡;地层射孔炮眼和泵入口处结蜡, 会增大油流阻力降低泵效, 对于结蜡速度快的井要做好如下工作:
(1) 加强示功图测试密度, 每月测试3次示功图, 分析载荷的变化情况, 及时做好清防蜡工作。
(2) 确定清蜡周期, 选择合理的清防蜡方式。
(3) 间采井加完清蜡剂之后, 连续抽三天后再改为间采生产。
4.5 对作业影响井的改进措施
及时掌握作业井启抽后生产现状, 作业井启抽后, 要及时调整抽油机运行参数, 对于高含气井, 要调小防冲距, 防止气进入泵筒, 影响泵效;对于出砂严重的井, 要用慢冲次运行, 冲次2次/分为宜, 油井出液量大时携砂能力会增强, 导致砂子堵塞凡尔或砂卡, 并且求全取准各项资料。
5 结论
本文主要阐述了影响抽油机泵效的原因, 并结合乌南油田的实际情况, 得出以下几点结论:
(1) 乌南油田构造复杂, 断层特别发育。生产过程中主要采用整筒泵、防砂泵、防垢泵以降低泵效的损失。
(2) 影响抽油泵泵效果的主要因素有:油井出砂、气体对泵效的影响, 油井结蜡, 抽油泵漏失, 设备参数, 油井工作制度。因此在日常工作中要按照开发部门的要求合理控制油井生产, 做好油井的维护工作, 保障油井的正常生产。
(3) 抽油机泵效越高, 其对应油井单井产量相对较高。
参考文献
[1]《采油工艺手册—机械采油》分册[1]《采油工艺手册—机械采油》分册
[2]《采油工艺原理》王鸿勋张琪[2]《采油工艺原理》王鸿勋张琪
抽油泵失效原因分析 篇6
缸内直喷发动机不同于气道喷射的发动机, 需要增加高压油泵使燃油达到一定的压力, 根据整机布置要求, 需要在凸轮轴上布置一个油泵凸轮以满足要求。油泵凸轮升程的精确性直接影响高压油泵的性能, 进而影响发动机的性能。油泵凸轮的失效模式有点蚀、裂纹、折叠等, 我们主要针对油泵凸轮点蚀失效模式进行分析及整改。
1 油泵凸轮失效模式描述
某发动机在进行200 h冷热冲击试验后拆机发现, 凸轮轴油泵凸轮中一个桃尖发生点蚀, 具体见图1。
2 油泵凸轮点蚀失效模式原因分析
根据发动机油泵凸轮结构和因果分析图, 从各个方面对油泵凸轮点蚀的可能原因进行分析, 具体见图2和图3。
通过以上分析可知, 导致油泵凸轮点蚀的主要原因有:
a.凸轮轴毛坯缺陷、加工缺陷、材料问题。
b.油泵挺柱质量问题。
c.油泵凸轮热处理问题。
2.1 凸轮轴毛坯、加工、材料检测
2.1.1 凸轮轴毛坯状态排查
对供应商库存的凸轮轴毛坯状态进行排查:油泵凸轮毛坯升程可以满足加工余量的要求。在加工过程中不会发生凸轮轴加工不到位的情况。
2.1.2 凸轮轴成品状态排查
对库存的凸轮轴状态进行排查:凸轮轴中油泵凸轮没有加工不到位的情况。
2.1.3 凸轮轴材料排查
对点蚀的凸轮轴进行取样, 并对其与图纸要求一致性进行材料成分检测, 结果见表1。
根据以上排查情况分析, 凸轮轴毛坯、加工、材料无问题, 不是造成油泵凸轮轴点蚀的主要原因。
2.2 油泵挺柱产品质量检测
该发动机油泵凸轮与油泵挺柱直接接触, 油泵挺柱的合格性直接影响了油泵凸轮的磨损状态, 故需要对油泵挺柱的产品质量进行检测分析。
2.2.1 油泵挺柱接触表面检测
对油泵挺柱接触表面进行检测分析, 具体见表2。
根据以上的检测数据分析, 油泵挺柱表面各关键特性满足设计要求, 油泵挺柱表面硬度不是造成油泵凸轮点蚀的原因。
2.2.2 油泵挺柱化学成分检测
对油泵挺柱的化学成分进行检测分析, 具体见表3。
根据以上的检测数据分析, 油泵挺柱化学成分满足要求, 油泵挺柱化学成分不是造成油泵凸轮点蚀的原因。
根据以上排查情况分析, 油泵挺柱本身无产品质量问题, 属于合格产品, 油泵挺柱不是造成油泵凸轮点蚀的主要原因。
2.3 油泵凸轮热处理分析
油泵凸轮本身的热处理直接影响了油泵凸轮的特性, 如果热处理不合格会影响油泵凸轮的磨损状态, 故需要对油泵凸轮的热处理情况进行检测分析。
2.3.1 淬火层检测
对油泵凸轮的淬火层深度进行检测分析, 见图4, 具体检测数据见表4。
根据以上的检测数据分析, 油泵凸轮经过了淬火处理, 而且淬火层深度满足要求, 油泵凸轮淬火层深度不是造成油泵凸轮点蚀的原因。
2.3.2 金相组织检测
对油泵凸轮的金相组织进行检测分析, 见图5, 具体检测数据见表5。
根据以上的检测数据分析, 油泵凸轮金相组织满足设计要求, 油泵凸轮金相组织不是造成油泵凸轮点蚀的原因。
2.3.3 表面硬度检测
对油泵凸轮表面的硬度进行检测分析, 见图6, 具体检测数据见表6。
根据以上的检测数据分析, 油泵凸轮表面硬度低于设计值近2倍, 严重不符合设计要求。油泵凸轮表面硬度不满足要求, 在发动机运行过程中, 油泵凸轮耐磨性能不足, 故油泵凸轮表面硬度不合格是造成油泵凸轮点蚀的一个主要原因。
2.4 油泵凸轮点蚀失效原因确认
通过以上原因分析, 初步判断该机型油泵凸轮点蚀失效的主要原因是油泵凸轮表面硬度不符合设计要求。
3 整改措施及效果验证
3.1 整改措施
要求凸轮轴供应商对其产品质量进行整改, 并提供满足设计油泵凸轮表面硬度要求的凸轮轴产品。
3.2 效果试验验证
将供应商提供整改后的样件进行随机抽样, 并在同一台发动机台架上进行300 h交变负荷试验, 试验结束后对油泵凸轮表面状态与整改前进行对比, 具体见图7。
通过整改前后的凸轮轴磨损状态进行对比, 更换合格油泵凸轮表面硬度的凸轮轴无异常磨损, 在正常范围内。
4 结论
通过对发动机油泵凸轮点蚀的可能原因进行综合检测分析, 最终分析出油泵凸轮表面硬度不合格是造成油泵凸轮点蚀失效的主要原因。通过对油泵凸轮表面硬度的整改和试验验证, 验证了上述结论, 有效解决了油泵凸轮点蚀失效问题。
摘要：针对某机型发动机高压油泵凸轮 (以下简称油泵凸轮) 异常磨损失效问题, 运用质量工具因果分析图, 从微观和宏观对零部件及系统设计的合理性进行分析, 最终分析出油泵凸轮磨损的主要原因, 提出整改措施, 并通过试验验证整改措施。
关键词：直喷汽油机,油泵凸轮,失效分析,整改措施
参考文献
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