單、雙螺桿泵的對比及應(yīng)用

黃 莉 萍

（大慶油田第九采油廠， 黑龍江 大慶 163853）

單、雙螺桿泵的對比及應(yīng)用

黃 莉 萍

（大慶油田第九采油廠， 黑龍江 大慶 163853）

通過分析常見的單螺桿泵、雙螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點，闡述這兩種螺桿泵的工作原理，并將單螺桿泵、雙螺桿泵這兩種泵進行對比，總結(jié)出兩種螺桿泵各自不同的特點和優(yōu)越性。同時針對單螺桿泵在應(yīng)用中產(chǎn)生振動的問題，分析其產(chǎn)生振動的原因，提出了防止單螺桿泵振動應(yīng)采取的幾種方法與措施；并針對雙螺桿泵在應(yīng)用中對含沙量比較敏感提出一定的防治措施，為以后在油田中的應(yīng)用中合理選擇螺桿泵提供一定的依據(jù)。

單螺桿泵；雙螺桿泵；振動；含砂量

油氣混輸工藝就是近年來在石油工業(yè)界較為廣泛應(yīng)用的一門新興技術(shù)，它主要是將油井產(chǎn)出的油、氣、水3種介質(zhì)，在未進行分離的狀態(tài)下，直接用混輸泵經(jīng)混輸管道輸送到油氣水處理站進行綜合處理的工藝流程。該工藝流程簡單、方便管理，降低了井口回壓，擴大了集油半徑[1]，取消了轉(zhuǎn)油站，充分利用了伴生氣資源。而在混輸工藝中扮演著重要角色的就是油氣混輸泵，目前大慶油田第九采油廠常用的是單螺桿泵和雙螺桿泵。鑒于螺桿泵的廣泛應(yīng)用，有必要對這兩種類型的螺桿泵的原理及各自的優(yōu)勢有所了解。同時通過對比分析結(jié)果，為以后油田應(yīng)用螺桿泵的選型提供一定的參考依據(jù)。

1 單、雙螺桿泵的工作原理及綜合對比

1.1 單螺桿泵

單螺桿泵主要是由螺桿、泵套襯套和萬向聯(lián)軸節(jié)這三部分組成（見圖1）。螺桿泵轉(zhuǎn)子是圓形斷面的螺桿，它在特殊形狀的襯套定子中一方面作行星運動，另一方面沿著定子內(nèi)螺紋將液體向前推進，這樣液體從吸入腔連續(xù)地移動到壓力腔, 所以腔內(nèi)流體是軸向均勻流動、無渦流和攪動。

圖1 單螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of single-screw pump

其旋轉(zhuǎn)部件(轉(zhuǎn)子) 和固定部件(定子) 之間保持一定的配合間隙。該泵的泵套是由非金屬彈性材料(通常為橡膠)制作而成，其內(nèi)孔呈螺旋槽狀，與金屬螺桿之間形成了若干密封腔。當(dāng)螺桿在泵套內(nèi)作偏心旋轉(zhuǎn)運動時，就使密封腔由泵的低壓區(qū)位移動至高壓區(qū)，即液體從吸入口進入泵室，沿軸向推進，再從排出口排出。特點是由于介質(zhì)是通過密封腔輸送，因此可以輸送直徑小于內(nèi)腔間隙的固態(tài)介質(zhì)， 而且不會破壞被輸送的物質(zhì)，也不會對泵有損壞。

1.2 雙螺桿泵

雙螺桿泵是一種外嚙合的螺桿泵。它主要由一根主動螺桿和一根從動螺桿以及包含這兩根螺桿的襯套組成（見圖2）。

圖2 雙螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of double-screw pump

通過相互嚙合的主從螺桿來抽送流體，該泵的主動螺桿由原動機驅(qū)動，而從動螺桿則通過同步齒輪由主動螺桿帶動。每根螺桿軸上有兩個可以左右旋轉(zhuǎn)的螺旋套，這樣就形成了雙吸泵的基本結(jié)構(gòu)[2]。液體由中央流入泵體后均分成兩路流向軸兩端，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時，通過螺桿間的嚙合以及螺桿和泵體孔的配合，在泵體中形成一個個密封腔，并吸入液體。隨著螺桿的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，吸入的液體沿軸線從兩端向泵的中央?yún)R集，通過泵的出口排出。雙螺桿泵通常由一對模數(shù)和齒數(shù)都相同的同步齒輪傳動，這樣保證兩螺桿工作型面間互相不接觸，避免金屬之間的摩擦，提高泵運行可靠性[5]。

1.3 單螺桿泵與雙螺桿泵的綜合對比

根據(jù)單雙螺桿泵各自不同的性能參數(shù)及特點對其進行綜合對比分析，見表 1。通過表格數(shù)據(jù)的對比分析，可以看出，單螺桿泵前期投資比較少，且對輸送介質(zhì)的要求不高，適合含砂量較高的區(qū)塊，但是維護費用較高；雙螺桿泵對含砂量比較敏感，但正常運行時維修次數(shù)較少。油田上可根據(jù)不同情況選用適合于該區(qū)塊的螺桿泵。

表1 單螺桿泵與雙螺桿泵的綜合對比Table 1 Contrast between the single and double screw pump

2 油田應(yīng)用情況及存在的問題

目前，大慶油田第九采油廠根據(jù)兩種螺桿泵各自的特點，在不同用區(qū)塊應(yīng)用不同螺桿泵。表2是螺桿泵在大慶油田第九采油廠的應(yīng)用情況。

其中齊一聯(lián)的2臺螺桿泵為單螺桿泵，其余的為雙螺桿泵。

以下分別介紹大慶油田第九采油廠螺桿泵的應(yīng)用情況中存在的一些問題及解決措施。

2.1 單螺桿泵的應(yīng)用

大慶油田第九采油廠目前齊一聯(lián)使用單螺桿泵，2009年投入使用，排量是20 m3/h。 投入使用后，使外輸系統(tǒng)的抗砂能力加強，同時方便工作人員管理。

在使用過程中，發(fā)現(xiàn)單螺桿泵也存在一些不足，比如振動大，易引起其他設(shè)備的共振，同時容易對工藝管線造成損壞。經(jīng)過振動測試，對齊一聯(lián)使用的單螺桿泵和英一轉(zhuǎn)的雙螺桿泵的振動情況進行了一些對比(圖3)。

表2 目前九廠螺桿泵應(yīng)用情況統(tǒng)計表Table 2 Application of the screw pump in No.9 oil production company

圖3 單、雙螺桿泵的振動情況對比Fig.3 The vibration contrast between the single and doublescrew pump

由圖3可以看出，單螺桿泵的振動位移較雙螺桿泵大，這是由于單螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)繞偏心作行星回轉(zhuǎn)運動，因此在螺桿繞軸線轉(zhuǎn)動時就會產(chǎn)生的周期性的激振力[4]；而由于結(jié)構(gòu)的限制，無法對它進行結(jié)構(gòu)平衡，故其轉(zhuǎn)動慣量很大，導(dǎo)致泵在運轉(zhuǎn)時振動很大。

可以通過以下幾種方式解決：a)可選用較低的轉(zhuǎn)速，從而減少泵的振動，也可以選用較大一級的泵型而采用較低的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到配比合理；b）轉(zhuǎn)子的質(zhì)量越大，泵的振動越大，因此采用空心轉(zhuǎn)子以減少泵的振動；c）對在安裝使用中的泵，除了加強固定底座提高其剛度，還可以對與泵相連接的進出口管道極其附屬設(shè)備應(yīng)進行支承加固，以減少管道內(nèi)液體流動時發(fā)生的振動而引起泵體系統(tǒng)與管道共振現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 雙螺桿泵的應(yīng)用

大慶油田第九采油廠自2005年英一轉(zhuǎn)開始使用第一臺雙螺桿泵后，截止到目前為止，共有8臺投入使用。雙螺桿泵的投入使用代替了正常中轉(zhuǎn)站的分離、緩沖、加熱、沉降“四合一”油氣分離系統(tǒng)、摻水系統(tǒng)、油、氣分輸系統(tǒng)，大大簡化了站內(nèi)工藝流程，混輸流程與常規(guī)流程相比光設(shè)備投資就可節(jié)省238.77萬元。

在使用過程中，雙螺桿泵也存在一些不足：對來液含砂量比較敏感，抗砂性能差。其中英一轉(zhuǎn)的雙螺桿泵在剛投入使用時，由于含砂量比較大，導(dǎo)致螺桿泵運行時聲音異常，維修次數(shù)增高；對含砂量高的問題，在英一轉(zhuǎn)安裝了除砂器，每半個月進行一次除砂操作，含沙記錄見表3。

表3 英一轉(zhuǎn)除砂記錄Table 3 Desanding record of Yingyi transfer station m3

從表3中可以看出，每次的除砂量逐漸減少，到后期幾乎為零。經(jīng)分析，英一轉(zhuǎn)的井在壓裂初期，壓裂砂含量較大，特別是在2006年含砂量大時幾乎可以損壞螺桿泵，導(dǎo)致英一轉(zhuǎn)癱瘓。在安裝除砂器后，在進入雙螺桿泵時先除砂，減少了對雙螺桿泵的影響，且由于壓裂時間已久，井下的壓裂砂逐漸減少。解決方法是在含砂量>2%的區(qū)塊[3](壓裂區(qū)塊)可加除砂器，或者采用單螺桿泵。

3 結(jié) 論

（1）螺桿泵的應(yīng)用范圍很廣，主要是進行氣液混輸, 這也是螺桿泵非常獨特的優(yōu)點之一，在低滲透油田、低產(chǎn)井較多的采油九廠，應(yīng)用螺桿泵，更是能大大節(jié)省油田的前期投資，使小油田得到經(jīng)濟有效的開發(fā)。

（2）雙螺桿泵適合于含氣量大、段塞流較大的區(qū)塊。

（3）單螺桿泵對砂和雜質(zhì)的適用性較雙螺桿泵好，因此在含砂量較高（>2%）的區(qū)塊可優(yōu)先考慮單螺桿泵。

（4）單螺桿泵在應(yīng)用中振動較大，可通過采用空心轉(zhuǎn)子、降低轉(zhuǎn)速、對進出口管線進行支撐加固來降低泵的振動。

（5）對于壓裂井初期除砂比較嚴(yán)重，可通過使用除砂器來減少含砂對雙螺桿泵的影響。

[1] 馮叔初,郭揆常,王學(xué)敏,等. 油氣集輸[M]. 東營：石油工業(yè)出版社,2002.

[2] 錢錫俊,陳弘,等.泵與壓縮機[M].東營：中國石油大學(xué)出版社,2007.

[3] 許明,李艷鳳,杜玉琴,等.雙螺桿多相混輸泵在油田的應(yīng)用[J].石油機械,2003,31(增刊)：66-69.

[4] 周連考.單螺桿泵的設(shè)計與試驗研究[J].水泵技術(shù),1993(3).

[5] 胡曉秋.螺桿泵結(jié)構(gòu)設(shè)計特征及應(yīng)用分析[J].科研成果縱橫,2008(2).

Contrast and Application of Single Screw Pumps and Double Screw Pumps

HUANG Li-ping
（Daqing Oilfield No.9 Oil Production Company , Heilongjiang Daqing 163853，China）

Structural characteristics and working principles of single screw pumps and double screw pumps were introduced, the two kinds of pumps were compared, and their advantages and disadvantages were summarized. And according to the vibration problem of the single screw pump during application, reasons to cause the vibration problem were analyzed, some methods and measures to prevent the vibration were put forward; according to the problem that the double screw pump has strict demand for sand content, some advices to solve the problem were put forward. This article can provide some basis for reasonable selection of screw pumps for oilfield.

Single-screw pump; Double-screw pump; Vibration; Sand content

TQ 051.2

A

1671-0460（2012）01-0080-04

2011-11-20

黃莉萍（1985-），女，黑龍江大慶人，助理工程師，2008年畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，研究方向：從事油氣集輸技術(shù)工作。