直驅(qū)式螺桿泵裝置在煤層氣井上的應用

周 帥 喻 鵬 劉建偉 余 曦

(1.華北油田公司采油工程研究院，河北 062552；2.中聯(lián)煤層氣有限責任公司研究中心，北京 100095)

直驅(qū)式螺桿泵裝置在煤層氣井上的應用

周 帥1喻 鵬1劉建偉1余 曦2

(1.華北油田公司采油工程研究院，河北 062552；2.中聯(lián)煤層氣有限責任公司研究中心，北京 100095)

華北油田煤層氣排采以抽油機和螺桿泵為主，螺桿泵主要用在水平井及部分產(chǎn)水量比較大的直井上。目前螺桿泵驅(qū)動裝置主要采用皮帶傳動，皮帶老化松弛直接影響了電機動力傳遞，電機動力傳遞不足會造成扭矩加大而停井，且系統(tǒng)效率低，能耗比較高。為了達到節(jié)能降耗、提高效益的目標，開展直驅(qū)式螺桿泵裝置應用研究?，F(xiàn)場試驗表明，直驅(qū)式螺桿泵平均節(jié)能38%，使用后節(jié)能效果明顯。直驅(qū)式螺桿泵裝置具有輸出轉(zhuǎn)矩高、使用壽命長、運轉(zhuǎn)安全平穩(wěn)、故障率低等技術優(yōu)勢，在煤層氣井上有著很好的應用前景。

螺桿泵 直驅(qū) 煤層氣井 節(jié)能

在華北油田煤層氣開發(fā)中主要采用抽油機+管式泵和螺桿泵兩種排采工藝，其中抽油機+管式泵在排采設備中占95%以上。螺桿泵主要用在水平井及部分產(chǎn)水量比較大的直井上。

螺桿泵的工作原理是螺桿泵的轉(zhuǎn)子和定子是利用擺線的多等效動點效應，在空間形成封閉腔室，并當轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)舉升作用。螺桿泵具有安裝簡單，排量易調(diào)整、排量大、攜煤灰能力強等優(yōu)點。螺桿泵排采系統(tǒng)按照驅(qū)動方式的不同可分為地面驅(qū)動和井下驅(qū)動兩大類，根據(jù)傳動形式可分為皮帶傳動和直接傳動兩種。

目前螺桿泵驅(qū)動裝置主要采用皮帶轉(zhuǎn)動，皮帶老化松弛直接影響了電機動力傳遞，電機動力傳遞不足會造成扭矩加大而停井，且系統(tǒng)效率低，能耗比較高。為了達到節(jié)能降耗、提高效益的目標，開展直驅(qū)式螺桿泵裝置應用研究。

1 直驅(qū)式螺桿泵裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

直驅(qū)式螺桿泵裝置采用高性能永磁材料生產(chǎn)的空心軸永磁力矩電機，機械密封設計在電機軸上端，電機下端安裝軸向承載裝置和封井器，直接與油井四通大法蘭連接。配套智能控制柜應用軍品級硬件器件進行設計，采用先進的電機矢量無位置控制方法，取消了現(xiàn)有直驅(qū)裝置的位置傳感器。控制柜能夠配套于油田在用的各種型號驅(qū)動頭電機，互換性能好，安裝維護便利，同時能與煤層氣自動化系統(tǒng)相融合。直驅(qū)式螺桿泵裝置具有輸出轉(zhuǎn)矩高、系統(tǒng)功能完善、抗干擾能力強、故障率低等技術優(yōu)勢。

直驅(qū)式螺桿泵裝置去掉了原有的減速系統(tǒng)，維修更方便，費用更低，不受機械設備限制，現(xiàn)場調(diào)參更加簡單靈活，10～200r/min之間可任意調(diào)整；操作系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動、軟剎車、軟停機，延長了泵桿的使用壽命；配置了安全可靠的欠載、過載斷電保護和計算機故障診斷系統(tǒng)，避免了反轉(zhuǎn)、桿脫、桿斷現(xiàn)象的發(fā)生，提高了安全性能；運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，噪音更小，安裝更方便，成本更低。

2 主要技術指標

(1)功率范圍：7.5kW～55kW；

(2)主電源：三相380VAC，50Hz；

(3)環(huán)境溫度：-30℃～85℃；

(4)軸向承載：150～250kN；

(5)節(jié)電率：15%以上；

(6)安裝方式：垂直安裝。

3 現(xiàn)場應用

沁水盆地樊莊區(qū)塊應用了4口井，包括2口多分支水平井和2口直井，具體設備安裝情況如表1所示。

表1 直驅(qū)式螺桿泵裝置安裝情況統(tǒng)計表

直驅(qū)式螺桿泵地面裝置是由電機直接驅(qū)動井下負載，去掉了皮帶和減速機構(gòu)，減少了傳動部件的能量損耗，提高了地面?zhèn)鲃有?。設備應用于現(xiàn)場后，運轉(zhuǎn)安全平穩(wěn)，操作簡單方便，整體性能良好。對直驅(qū)式螺桿泵裝置運行情況進行跟蹤，測量電壓、電流、轉(zhuǎn)速、耗電量等參數(shù)，與原有驅(qū)動方式進行能耗分析對比，發(fā)現(xiàn)直驅(qū)式螺桿泵裝置在相同的轉(zhuǎn)速、排水量和舉升高度的情況下，可平均節(jié)能38%，使用后節(jié)能效果明顯(見表2)。

表2 螺桿泵地面直驅(qū)裝置應用效果對比表

續(xù)表

[1] 周帥，崔金榜，喻鵬，等. 數(shù)控電潛管式泵在煤層氣井上的應用.中國煤層氣，2015，12(4)：38-41.

[2] 周帥，崔金榜，熊平，等.開關磁阻節(jié)能電機在煤層氣抽油機井上的應用. 中國煤層氣，2012，9(1)：14-17.

[3] 姜新通，朱春燕，趙振奎. 地面直驅(qū)式螺桿泵系統(tǒng). 黑龍江科技學院學報，2009，19(2)：125-128.

[4] 鄭學成，魏紀德.地面驅(qū)動螺桿泵用電動機功率選擇方法初探. 石油機械，2003，31(06)：47-48.

[5] 姜新通,石建飛,劉羽楠,等.地面直驅(qū)式螺桿泵節(jié)能技術改造.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2007，19(6)：38-41.

[6] 王清平，趙明凱，宋占勝.螺桿泵交流永磁地面直驅(qū)裝置. 油氣田地面工程， 2008，27 (12)：75-76.

[7] 劉金倉，嚴建奇，胡書寶，等.地面驅(qū)動螺桿泵采油配套技術及應用.斷塊油氣田，2009，16 :(03)：115-117.

(責任編輯 丁 聰)

Application of Direct-driven Screw Pump Device of CBM Well

ZHOU Shuai1, YU Peng1, LIU Jianwei1, YU Xi2

(1. Oil Production Engineering Research Institute, Huabei Oilfield Company, Hebei 062552;2. Research Center CUCBM Co., Ltd., Beijing 100095)

The pumping unit and screw pump are mostly used in Huabei Oilfield CBM exploration. The screw pump is mainly used in horizontal wells and vertical wells whose water production is high. At present screw pump driven device is belt. Belt aging will affect the motor power transfer . The motor power transfer problem will lead to torque increase and stopping well. The system efficiency is low and energy consumption is high. Application of the direct-driven screw pump device research is developed in order to save energy, reduce consumption and improve performance. The field tests show that the power saving rate of the direct-driven screw pump device is 50%. The energy saving effect is notable. The electric submersible tubing pump has such technology advantages as high output torque, long working life, safe and stable operation, low failure rate etc. It has the good application prospect in CBM well.

Screw pump;direct-driven ;CBM well; energy saving

周帥，男，碩士，工程師，主要從事煤層氣采氣工藝方面的研究。