螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板的建立與應(yīng)用

王 歡

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠 （黑龍江 大慶 163712）

螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板的建立與應(yīng)用

王 歡

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠 （黑龍江 大慶 163712）

自2009年大慶喇嘛甸油田一直在試驗(yàn)探索著螺桿泵過盈值的合理匹配問題。針對(duì)不同采出液濃度區(qū)塊試驗(yàn)不同過盈值的小過盈螺桿泵，分析試驗(yàn)效果，統(tǒng)計(jì)回歸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成了螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板。通過應(yīng)用螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板，大幅度降低了運(yùn)行扭矩，達(dá)到了低故障和節(jié)能的效果。

螺桿泵；小過盈值；過盈值匹配

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠喇嘛甸油田（以下簡稱喇嘛甸油田）共有螺桿泵井2 100口，聚驅(qū)螺桿泵井1 354口，平均采出液見聚濃度為373 mg/L，最高見聚濃度為1 203 mg/L。采出液的物性參數(shù)由其中所含原油的比例和組分決定，含水量、黏度等參數(shù)對(duì)螺桿泵定子橡膠的浸蝕作用有差異，也會(huì)影響泵的工作特性。造成泵效下降，抽油桿斷脫，偏磨加劇，檢泵周期縮短等一系列問題，限制了舉升潛力的進(jìn)一步發(fā)揮[1]。針對(duì)螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子間不同的過盈量匹配值開展研究，建立了螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板，分析歸納了應(yīng)用效果。

1 采出液濃度對(duì)螺桿泵井的影響

1.1 采出液濃度與黏度的關(guān)系

為確定采出液濃度與黏度的關(guān)系，對(duì)不同采出液濃度螺桿泵井進(jìn)行了現(xiàn)場取樣測試，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測試了27口螺桿泵井的采出液。平均濃度648 mg/L，平均黏度 9.7 mPa·s。

根據(jù)測試結(jié)果繪制了濃度與黏度的關(guān)系曲線（圖1），由此可知，隨著采出液濃度的增加，黏度增大，變化呈指數(shù)關(guān)系。

1.2 采出液濃度與扭矩的關(guān)系

式（1）給出了螺桿泵驅(qū)動(dòng)桿桿柱扭矩與采出液黏度之間的計(jì)算關(guān)系[2]：

式中：Mr為桿柱扭矩，N·m；μ為井液黏度，mPa·s；ω 為驅(qū)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)角速度，r/s；D 為油管內(nèi)徑，m；d 為驅(qū)動(dòng)桿外徑，m[3]。

圖1 采出液濃度與黏度的關(guān)系曲線

以油管內(nèi)徑76 mm，驅(qū)動(dòng)桿外徑28 mm的油井為例，由給出的計(jì)算關(guān)系式，分別對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)數(shù)，得出黏度與桿柱扭矩的關(guān)系，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制了螺桿泵桿柱扭矩與黏度的變化關(guān)系曲線 （圖2），隨液體黏度增加,桿液摩擦扭矩增大,變化呈線性關(guān)系。

根據(jù)濃度與黏度的關(guān)系可知，在相同井況條件下，采出液濃度越大桿柱的摩擦扭矩就越大。

扭矩增大后對(duì)螺桿泵井主要有以下影響：導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)桿因扭矩的增大而旋曲，造成桿管偏磨加劇[4]，檢泵周期縮短；造成桿柱受力增加,桿斷幾率增大[5]。扭矩增大轉(zhuǎn)換為摩擦熱量，加速了定子橡膠的老化，縮短了使用壽命，還有可能發(fā)生轉(zhuǎn)子抱死和定子脫膠等問題[6]。

圖2 驅(qū)動(dòng)桿摩擦扭矩隨黏度的變化曲線

2 小過盈值螺桿泵的試驗(yàn)

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

為研究減小螺桿泵過盈值對(duì)扭矩的影響，加工了一臺(tái)過盈量為0.15 mm的GLB500型試驗(yàn)泵，表1給出了試驗(yàn)螺桿泵水力特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，試驗(yàn)泵過盈量減小，降低了定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩，改善了泵的功效。從圖3來看，在舉升壓力同為6 MPa下，將0.15 mm試驗(yàn)泵與0.30 mm的同型號(hào)桿泵比較，發(fā)現(xiàn)該泵在容積效率（79%）和總效率（72.5%）保持較高的同時(shí)，扭矩降低了74 N·m。

2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

為減小采出液濃度對(duì)采出端的影響，應(yīng)用了小過盈螺桿泵。選用一些供液能力正常的油井，試驗(yàn)了過盈值分別為0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm和0 mm的小過盈螺桿泵。

表1 GLB500螺桿泵水力特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 螺桿泵的水力特性曲線圖

選用采出液濃度小于600 mg/L的油井，應(yīng)用過盈值0.2 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于100 mg/L的油井，應(yīng)用過盈值0.15 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于300 mg/L的油井應(yīng)用過盈值0.1 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于600 mg/L的油井應(yīng)用0 mm過盈螺桿泵。

圖4 不同濃度油井應(yīng)用小過盈螺桿泵的泵效情況

待油井生產(chǎn)情況平穩(wěn)后，統(tǒng)計(jì)了87口井在應(yīng)用不同過盈值小過盈螺桿泵后的泵效情況（圖4）。 從圖4中可以看出，應(yīng)用0.2 mm過盈螺桿泵的井大多數(shù)泵效大于60%，只有個(gè)別井的泵效偏低，而且采出液濃度為0時(shí)大多數(shù)油井的泵效也都在60%以上，說明0.2 mm過盈的螺桿泵也適用于水驅(qū)油井；應(yīng)用0.15 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于400 mg/L時(shí)泵效大于60%；應(yīng)用0.1 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于600 mg/L時(shí)泵效大于60%；應(yīng)用0 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于800 mg/L時(shí)泵效大于60%。

3 螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板的建立

通過對(duì)4種不同過盈值小過盈螺桿泵的現(xiàn)場試驗(yàn)，并根據(jù)各區(qū)塊的不同采出階段加以修正，得出了過盈值采出液濃度的匹配關(guān)系：①在供液能力正常情況下，0 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度大于800 mg/L的高濃度聚驅(qū)油井；②0.1 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度大于600 mg/L的聚驅(qū)油井；③0.15 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度在400～800 mg/L的聚驅(qū)油井；④0.2 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度小于600 mg/L的油井。

根據(jù)螺桿泵過盈值與采出液濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立了螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板（圖5）。

螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板的建立，優(yōu)化了螺桿泵過盈值參數(shù)的匹配問題，在保證泵效的同時(shí)，減小了泵的間隙，降低了桿柱的摩擦扭矩，達(dá)到了低事故和節(jié)能的效果。

根據(jù)建立的螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板，匹配不同過盈值螺桿泵135井次，平均運(yùn)行扭矩下降8.7%。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）相同井況條件下，采出液濃度越高，螺桿泵桿柱的摩擦扭矩就越大，導(dǎo)致偏磨、桿斷等故障，降低了定子的使用壽命，也使容積效率下降。

圖5 螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板

2）小過盈值螺桿泵能夠降低桿柱的摩擦扭矩，提高螺桿泵的使用壽命，延長檢泵周期。

3）螺桿泵過盈值匹配技術(shù)模板的建立與使用，達(dá)到了低事故和節(jié)能的效果，對(duì)螺桿泵采油技術(shù)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。

[1]司江濤.螺桿泵井故障分析與對(duì)策研究 [D].北京：中國石油大學(xué),2010.

[2]高艷華.小過盈螺桿泵在聚驅(qū)區(qū)塊的試驗(yàn)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能,2014,4（8）：7-8.

[3]韓修廷,王秀玲,焦振強(qiáng).螺桿泵采油原理及應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1998：203-207.

[4]史建強(qiáng),房景奎,郭 穎.采油螺桿泵磨損機(jī)理試驗(yàn)性研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12（5）：1151-1154.

[5]鄒艷霞.采油工藝技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2006：167-177.

[6]詹升忠.采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進(jìn)措施研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014（5）：95-95.

Since 2009,Lamadian Oilfield in Daqing has been trying to explore the reasonable matching of screw pump interference value.According to the screw pumps with small interference used in different test blocks with different concentration of produced liquid,the screw pump interference matching technique template was formed by the analysis of test results and the statistical regression of test data.The application of the technique template greatly reduces the running torque of screw pump,and plays an important role in reducing failures and energy saving.

screw pump;small interference;interference matching

王 歡（1983-)，女，工程師，現(xiàn)主要從事統(tǒng)計(jì)分析工作。

尉立崗

2017-06-12