采油螺桿泵研發(fā)新進(jìn)展

魏會(huì)軍

摘要：螺桿泵是—種新型機(jī)械采油裝置，它融合了柱塞泵和離心泵的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)閥、運(yùn)動(dòng)件少、流道簡(jiǎn)單、過(guò)流面積大、油流擾動(dòng)小，具有較高的系統(tǒng)效率。因此，螺桿泵在采油工作中日益受到重視，本文主要研究螺桿泵的發(fā)展歷程、情況、以及對(duì)其技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探析。

概述

螺桿泵是開采稠油和含砂原油的一種很好手段，其容積效率隨原油粘度升高而升高，不像離心泵那樣隨原油粘度升高泵效急劇下降。在開采高粘度、高含砂和含氣量較大的原油時(shí)，同其它采油方式相比具有靈活可靠、抗磨蝕及容積效率高等特點(diǎn)，隨著合成橡膠和粘結(jié)技術(shù)的發(fā)展，使螺桿泵也成為稠油出砂冷采、聚合物驅(qū)油的油田主要的人工舉升方式。目前，使用較多的是地面驅(qū)動(dòng)抽油桿傳動(dòng)螺桿泵，井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿泵在近幾年發(fā)展較快，在國(guó)外和海上油田使用數(shù)量逐漸增多。同時(shí)，由于螺桿泵的優(yōu)良特性，使其在我國(guó)采油工作中擔(dān)負(fù)起了主要機(jī)械動(dòng)力。

1.采油螺桿泵的研發(fā)進(jìn)展

1.1.等壁厚定子螺桿泵

螺桿泵被加拿大引進(jìn)之后，在此基礎(chǔ)上研制出一種等壁厚定子螺桿泵，在磨蝕和高壓條件下，使用壽命和常規(guī)螺桿泵相同。等壁厚螺桿泵比原螺桿泵更具有優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：泵體短、扭矩小、易于洗井；散熱效率提高；橡膠溶脹、熱脹均勻；單級(jí)泵壓差增大，泵長(zhǎng)度縮短，扭矩和功率減??；適應(yīng)范圍更廣；結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化；轉(zhuǎn)子不需拋光；泵體質(zhì)量更輕；為洗井和壓力監(jiān)測(cè)提供了通道。

1.2.合成材料螺桿泵

合成材料螺桿泵是由美國(guó)研發(fā)而成的，其定子耐磨性高于鋼鐵，加入了減少摩擦的試劑，加工精度更高；轉(zhuǎn)子表面覆蓋一層聚氨酯，抗磨蝕性強(qiáng)，力學(xué)性能更好，適應(yīng)流體和烴的范圍廣，同時(shí)采用等壁厚結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)效率。

1.3.空心轉(zhuǎn)子螺桿泵

空心轉(zhuǎn)子螺桿泵與實(shí)心轉(zhuǎn)子螺桿泵相比，可實(shí)現(xiàn)大排量快速熱洗清蠟并且防止抽油桿脫扣?？招霓D(zhuǎn)子螺桿泵基本解決了小排量螺桿泵井的熱洗清蠟和由于上頂力導(dǎo)致的桿柱脫扣問題，經(jīng)濟(jì)效益十分客觀。

1.4.多頭大排量螺桿泵

隨著油田進(jìn)入高含水后期開采階段，大排量井?dāng)?shù)量逐年增加，但是，目前成熟的螺桿泵采油技術(shù)的排量范圍只適應(yīng)排量在5～150m3/d的油井，為此，研制了大排量螺桿泵。與單頭大排量桿泵相比，這種泵排量大幅增加，并且偏心距減小，改善了螺桿泵定子橡膠厚薄不均的程度，延長(zhǎng)定子使用壽命。

2.我國(guó)采油螺桿泵的特性以及局限性

2.1.采油螺桿泵的特性

采油螺桿泵之所以受到諸多采油企業(yè)的厚愛，首要原因就是因?yàn)樗鼉r(jià)格相對(duì)較低，節(jié)省一次投資，螺桿泵與電動(dòng)潛油泵、水力活塞泵和游梁式抽油機(jī)相比，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以價(jià)格低同時(shí)，由于螺桿泵是螺旋抽油的容積泵，流量無(wú)脈動(dòng)，軸向流動(dòng)連續(xù)，流速穩(wěn)定。因此它與游粱式抽油機(jī)相比，沒有液柱和機(jī)械傳動(dòng)的慣性損失。泵容積效率可達(dá)90%，它是現(xiàn)有機(jī)械采油設(shè)備中能耗最小，效率較高的機(jī)種之一，不僅能節(jié)省能源還可以縮短管理費(fèi)用；采油螺桿泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可直接座在井口套管四通上，占地面積小，除原井口外幾乎不另占面積，可以很方便的罩上一個(gè)防盜井口房；從功效上來(lái)說(shuō)，采油螺桿泵可以更好的舉升稠油，適應(yīng)粘度范圍廣，通常情況下，螺桿泵適合于粘度為8000mpas（50c）以下的各種含原油流體，因此多數(shù)稠油井都可運(yùn)用；它還能很好的運(yùn)用到高含砂井中，理論上看，螺桿泵可輸送含砂量達(dá)80%的砂漿。在原油含砂量高，最大含砂量達(dá)40%的情況下螺桿泵可正常生產(chǎn)，在高含砂井中螺桿泵不會(huì)氣瑣，故較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣會(huì)占據(jù)一定的泵容積；采油螺桿泵可以允許井口有較高的回壓，在保證正常抽油生產(chǎn)情況下，井口回壓可控制在1.5Mpa以內(nèi)或更高，因此對(duì)邊遠(yuǎn)井集輸很有利；它能適應(yīng)于海上油田叢式井組和水平井，螺桿泵可下在斜直井段，而且設(shè)備占地面積較小，因此適合于海上油田叢式井組甚至水平井的采油井使用，我國(guó)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)采油螺桿泵的使用和研發(fā)，使采油螺桿泵具備了很多優(yōu)秀特性，因此，被廣泛運(yùn)用于采油工程中。

2.2.采油螺桿泵的局限性

采油螺桿泵雖然有很多優(yōu)秀特性，但是任何事物都有兩方面，不可能完美無(wú)缺，因此我們也不能忽視采油螺桿泵的一些缺陷性：首先，采油螺桿泵最大的缺陷性就是定子很容易損壞，這也是很多國(guó)家在研發(fā)采油螺桿泵時(shí)首先從定子上入手的原因，因?yàn)槿舳ㄗ訅勖?，則檢泵次數(shù)多，并且定子的限橡膠不適合在注蒸汽井應(yīng)用；其次，每次檢泵必須起下管柱，增加了檢泵費(fèi)用；再次，泵需要流體潤(rùn)滑，如果泵只靠極低粘度的液體潤(rùn)滑而工作，則泵過(guò)熱將會(huì)引起定子彈性體老化，甚至燒毀；最后，采油螺桿泵與有桿泵比較總壓頭較小。

3.對(duì)采油螺桿泵的研發(fā)建議

3.1.探索新型螺桿泵

為解決小排量井熱洗清蠟困難、中排量井桿柱頻繁脫落、三元復(fù)合驅(qū)井結(jié)垢等難題，主要研究開發(fā)金屬定子螺桿泵、合成材料螺桿泵、插入式螺桿泵、多吸入口螺桿泵和多頭大排量螺桿泵。

3.2.螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選

主要研究螺桿泵定子在不同壓力、轉(zhuǎn)速、流量等條件下的受力狀態(tài)和變形規(guī)律，以及材料對(duì)變形規(guī)律、使用壽命的影響：螺桿泵轉(zhuǎn)子在不同壓力、轉(zhuǎn)速、流量等條件下的受力狀態(tài)和變形規(guī)律，以及材料對(duì)變形規(guī)律、使用壽命的影響：使定、轉(zhuǎn)子具有良好的力學(xué)性能及較好的工作性能。結(jié)構(gòu)參數(shù)的好壞會(huì)影響泵的排量和密封性能，也會(huì)影響定子襯套的工作壽命。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采油螺桿泵作為采油工程的主要機(jī)械動(dòng)力，其重要性不言而喻。因此，我們?cè)趯W(xué)習(xí)西方先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，也不能落于人后，在穩(wěn)定采油螺桿泵優(yōu)秀屬性的基礎(chǔ)上多起缺陷性進(jìn)行改良，積極創(chuàng)新，完善采油螺桿泵的各項(xiàng)功能，使它更好的服務(wù)于采油工作。

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