游梁式抽油机现场故障分析及对策

引言：石油是当今世界最重要的能源之一,在国民经济中占有十分重要的地位。随着油田开采进入中后期,油井自喷能力逐渐降低,人工举升已成为维持原油产量的主要手段。游梁式抽油机凭借其举升效率高、适应性强、安全可靠等优点,在石油开采人工举升中得到了广泛应用。因此,深入分析游梁式抽油机的常见故障,研究有针对性的解决对策,对于提高油田产量、降低开采成本具有重要意义。

1 游梁开裂故障分析

1.1 材料选用不当

目前,游梁多采用钢板组焊而成的宽翼工字钢结构,对钢板材质、焊接工艺有着较高要求。然而,一些厂家为了降低生产成本,选用质量不合格的低端钢材,这就导致所制造的游梁抗拉强度、冲击韧性等力学性能达不到设计要求。在抽油机运行过程中,游梁需要承受交变的拉压载荷,内部应力分布复杂[1]。如果材料强度不足,在较低的循环应力作用下就会提前发生疲劳断裂。特别是对于一些高含水、高含砂的油井,游梁还需要承受较大的冲蚀和磨损,如果材料的耐磨性和抗冲蚀性差,使用周期会大大缩短。

1.2 焊接工艺控制不严

游梁的焊接质量对其结构完整性和力学性能有着决定性影响。焊缝是游梁最薄弱的部位,焊接质量的优劣直接关系到游梁的可靠性。如果焊接时输入热量过大、冷却速度过快,焊缝及热影响区容易产生裂纹、夹杂等缺陷,严重削弱了游梁的抗疲劳性能。在交变载荷的长期作用下,焊缝缺陷处极易萌生和扩展疲劳裂纹,最终导致游梁开裂失效。此外,焊接变形也是影响游梁使用性能的重要因素。焊接过程中,焊件受热不均,产生的残余应力和变形会显著改变游梁的受力状态,局部应力明显增大,加剧了开裂风险[2]。

1.3 安装不当

抽油机安装调试是影响游梁受力状态的关键环节,安装不当是导致游梁开裂的主要原因之一。如果在安装过程中,没有严格控制游梁的平衡度和同轴度,就会导致游梁受力不均匀,局部应力过大。一般来说,游梁安装偏斜会导致一侧应力明显大于另一侧,在交变载荷作用下很容易产生疲劳裂纹。随着裂纹的扩展,游梁最薄弱的截面承载能力逐渐下降,裂纹萌生加速,最终导致游梁开裂。此外,不同型号的游梁安装形式有所差异,安装不当还会引起附加应力,加剧了开裂风险。

1.4 冲次过高

冲次是影响游梁载荷水平和疲劳寿命的关键工况参数,是导致游梁开裂失效的重要诱因。在实际生产中,一些油田为了提高产量,盲目提高冲次,使抽油机和游梁超出额定工况长期运行。然而,过高的冲次意味着游梁所受载荷更大,而且载荷变化频率更高,这大大加快了疲劳损伤的累积速度。在高冲次条件下,游梁在上冲程受到的拉应力峰值明显升高,下冲程的压应力也随之加大,交变应力幅值显著提高。

2 针对游梁式抽油机故障的对策

2.1 加强材料选用和焊接工艺控制

游梁开裂的重要原因是材料选用和焊接工艺控制不严,为从源头上提高游梁质量,必须严把原材料和焊接质量关。一方面,要选用符合国家标准的优质钢材,其化学成分、力学性能指标必须满足设计要求,每批材料需提供质检证明。选材时要充分考虑游梁的服役环境和工况条件,根据抽油机的型号和井况特点,优选高强度、耐磨损的材料牌号。可采用调质处理提高材料的综合力学性能,兼顾强度、塑性和韧性。另一方面,要严格控制焊接过程参数,包括焊接电流、电压、速度、接头坡口和组对间隙等,确保焊缝内部质量和外观质量合格。要编制详细的焊接工艺规程,对焊接方法、焊材选择、层道顺序、预热和消应力等进行全面规定。采用机器人焊接、自动埋弧焊等高效、高质量的焊接方法,减少人为因素干扰。要采用正确的焊接顺序,控制焊接变形,避免产生较大的残余应力。焊后必须进行全面的无损检测,采用射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤等方法,及时发现内部缺陷和表面缺陷并予以返修。可采用焊前预热、焊后热处理等措施减小焊接应力,细化晶粒,消除应力集中,改善接头力学性能[3]。

2.2 优化热处理工艺,提高游梁综合力学性能

受材料性能和工艺水平制约,当前游梁普遍采用焊接结构,易出现应力集中、局部刚度不足等问题,难以从根本上避免开裂失效。为了进一步提升游梁的可靠性和使用寿命,亟需从结构设计角度入手,优化受力布局,改善应力状态。可采取如下措施：其一,在游梁腹板和翼缘的关键部位增设加强筋,采用纵横交错布置,提高抗弯刚度和强度,加强筋截面形式宜选用高惯性矩的工字型或箱形,并与主体结构可靠焊接。其二,在游梁与平衡块连接处、螺栓孔周围设置大圆角过渡或加厚补强,引导应力平缓流动,避免应力急剧变化。其三,改进游梁截面形式,增大抗扭能力,如采用封闭的工字型或箱形截面取代开口截面,优化翼缘和腹板的尺寸比例,在保证强度的同时降低峰值应力。其四,针对不同井况定制游梁结构参数,提高场景适应性,如针对深井、斜井可加大截面尺寸,配套高强度材料,而针对高含砂量油井则重点提高耐磨性能。

2.3 加强游梁安装质量控制,降低附加应力

游梁的安装质量直接影响着抽油机的运行可靠性,安装不当会引入附加应力,加剧游梁开裂风险,因此必须加强抽油机安装调试质量控制。其一,要严格控制游梁的安装位置和姿态,确保其符合设计要求。可借助专用工装夹具,精确定位游梁位置,保证其与曲柄轴、连杆的同轴度和垂直度。对于采用螺栓连接的游梁,要严格控制螺栓孔加工精度,并用专用扭矩扳手控制螺栓预紧力,防止螺栓松动引起的附加载荷。其二,要重视游梁的平衡调试,尽量消除静不平衡和动不平衡力矩。可利用游梁平衡仪进行测试,通过调整平衡块的位置和重量,使游梁达到最佳平衡状态。平衡调试要在抽油机安装就位后进行,以真实反映游梁的受力状态。其三,要加强基础施工和地脚螺栓安装质量,保证游梁支撑刚度。

2.4 合理选择冲次,避免游梁超负荷运行

冲次是影响游梁载荷水平和疲劳寿命的关键因素,为确保游梁安全高效运行,必须合理控制冲次,避免超负荷使用。第一,要依据油井的产能、沙量、井深、泵径等参数,利用递减法、㬌图法等方法,准确计算油井的理论冲次。理论冲次是抽油机正常运行的上限值,在没有特殊工况要求的情况下,不应超过此值。第二,要综合考虑目标产量、能耗成本、地面设备能力等因素,合理确定油井的实际冲次。实际冲次通常低于理论冲次,既能满足产量要求,又不至于使游梁超负荷运行。油田可依据抽油机的型号和功率,制定冲次选择标准,指导一线人员操作。第三,要加强冲次的动态管理,根据油井动液面变化、产量波动等情况,及时优化调整冲次。特别是在用液面到达泵筒位置时,要果断降低冲次,减小游梁载荷,避免泵抽空和杆柱脱节等问题。

结语：本文通过分析游梁式抽油机常见的游梁开裂故障产生的原因,从材料选用、焊接工艺、安装调试和冲次选择等方面提出了相应的解决对策。只有全面落实这些对策,才能从根本上提高游梁式抽油机的可靠性,为油田的高效开发提供有力保障。

参考文献：

[1]张强,李青,薛冰,等.游梁式抽油机故障集成诊断模型及优化算法 [J/OL].信息与控制,1-12[2025-05-06].