螺桿泵的工作特性分析及應(yīng)用探討

楊彬　馬曉霞

摘要：作為—種新型的人工升舉方式，螺桿泵因其投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活方便等特l生備受青睞與肯定，在我國(guó)油田中發(fā)揮了重要作用，是油田開(kāi)采的主要方式。但是不可否認(rèn)的是.在實(shí)際使用過(guò)程中.螺桿泵在依然存在不完善之處。需要我們?cè)谙乱徊皆O(shè)計(jì)中有所優(yōu)化。本文主要針對(duì)螺桿泵的工作特性進(jìn)行分析，探究了其改進(jìn)方式與應(yīng)用發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，機(jī)械采油在石油開(kāi)采中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用，相比較于傳統(tǒng)的人工操作，其技術(shù)更加成熟，操作更加方便，在性能上更具有穩(wěn)定性，在世界各國(guó)油田開(kāi)采中發(fā)揮了重要作用。目前我國(guó)的油田開(kāi)采在經(jīng)歷成熟發(fā)展后逐漸進(jìn)入到油田開(kāi)采的后一階段，機(jī)械開(kāi)采的優(yōu)勢(shì)更加明顯。近年來(lái)新問(wèn)世的螺桿泵成為機(jī)械采油的主要采油設(shè)備，利用前景十分廣闊，為我國(guó)油田的開(kāi)采注入了新的活力。

1.目前國(guó)內(nèi)螺桿泵的種類分析

在當(dāng)前形勢(shì)下，我國(guó)的螺桿泵主要分為兩種形式，一種為地面驅(qū)動(dòng)型單螺桿泵，另一種是潛油電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿泵，是我國(guó)目前主要的兩大采油系統(tǒng)。前者主要借助地面的動(dòng)力帶動(dòng)抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行生舉開(kāi)采。后者主要是借助井下的潛油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵來(lái)進(jìn)行采油作業(yè)。這兩種形式的螺桿泵在我國(guó)國(guó)內(nèi)油田開(kāi)采中都比較有市場(chǎng)。

2.螺桿泵的工作特性分析

螺桿泵作為我國(guó)油田開(kāi)采的主系統(tǒng)，有著獨(dú)特的工作特性與工作原理，鑒于在使用中發(fā)現(xiàn)的不足，我國(guó)積極加大對(duì)螺桿泵的改良分析，從螺桿泵的容積效率、定子型線、過(guò)盈量三個(gè)方面對(duì)螺桿泵工作特性進(jìn)行了闡述。

2.1.螺桿泵的容積效率

我國(guó)華東石油大學(xué)針對(duì)機(jī)械開(kāi)采進(jìn)行了項(xiàng)目專題研究，試驗(yàn)內(nèi)容主要涉及介質(zhì)溫度、粘度兩大因素對(duì)螺桿泵的工作特性影響情況。通過(guò)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)溫度與粘度對(duì)螺桿泵影響最為明顯的是螺桿泵容積效率，在此次研究中對(duì)螺桿泵的實(shí)際工作特性曲線進(jìn)行了一定的數(shù)值模擬，嘗試探討了螺桿泵的定子橡膠溶脹情況對(duì)容積效率的明顯影響，大量的研究結(jié)果表明，對(duì)螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化可以明顯的改善設(shè)備損耗，延長(zhǎng)螺桿泵的使用壽命與工作周期。

通過(guò)分析我們還發(fā)現(xiàn)，采油螺桿泵的實(shí)際使用壽命往往取決于定子襯套的耐油橡膠性能，而橡膠定子受多種因素的影響，直接作用于螺桿泵的工作特性，目前國(guó)內(nèi)外在對(duì)其研究時(shí)采用的是丁晴橡膠，由丁晴橡膠衍生出來(lái)的改性膠在提高螺桿泵的使用壽命方面也十分有效。

2.2.螺桿泵的定子型線

我國(guó)勝利油田的楊玉生等人在分析研究的基礎(chǔ)上，提出了改善襯套型線精度來(lái)改善提高密封性能的定子型線簡(jiǎn)易修正方法，操作十分簡(jiǎn)單，韓修廷為了充分保證定子橡膠的襯套型線，認(rèn)為在進(jìn)行定子模芯設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)橡膠的不同配方進(jìn)行橡膠的修正，以此來(lái)增強(qiáng)其穩(wěn)固性，最大程度的保證其橡膠襯套的型線。

定子橡膠存在明顯的變形規(guī)律，特別是定子橡膠型線的變形更具有規(guī)律性，但是基于這方面的研究比較落后，幾乎沒(méi)有公認(rèn)的規(guī)律。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是無(wú)線幾何性、物理線性等在對(duì)橡膠材料的局限性檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用。在這些方法中最為常用的是有限元的求解方式，橡膠存在不可壓縮性的彈性材料變形，基于這方面的研究，我國(guó)的石守峽博士進(jìn)行了有效性研究，在橡膠中引入了Pann不變量分解，對(duì)于增強(qiáng)位移解的穩(wěn)定性與收斂性起到了重要的輔助作用。

2.3.螺桿泵過(guò)盈量

前蘇聯(lián)首先對(duì)低壓頭的螺桿泵進(jìn)行了工作原理上的改良，在建立相應(yīng)的容積損失、機(jī)械損失及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的基礎(chǔ)上，率先通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作性能進(jìn)行了深度的研究分析，從而對(duì)其整體的工作原理與工作特點(diǎn)進(jìn)行了了解把握。通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，螺桿泵的定子導(dǎo)程、轉(zhuǎn)子直徑及偏心距都存在一定的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，只有實(shí)現(xiàn)各結(jié)構(gòu)的數(shù)值合理才能保證其存在并有效運(yùn)行。單螺桿泵在保證高效率與長(zhǎng)周期工作時(shí)間的基礎(chǔ)上對(duì)主要結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，專家學(xué)者得出結(jié)論，定轉(zhuǎn)子之間的過(guò)盈將很大程度上影響到螺桿泵的實(shí)際工作，我們即使可以通過(guò)減少盈量減少容積損失，但是這同樣會(huì)引發(fā)機(jī)械損失的增大，當(dāng)然上述這些分析只適用于低壓頭螺桿泵，并不適用于所有的螺桿泵類型，現(xiàn)在關(guān)于采油用的高壓頭的螺桿泵還需要進(jìn)一步的研究與分析。

3.螺桿泵采油系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展應(yīng)用分析

螺桿泵特有的工作特性決定了其技術(shù)應(yīng)用與實(shí)施工藝。螺桿泵可以用于高溫高壓條件下的溶脹作業(yè)，可以對(duì)井下的工作特性進(jìn)行修正與完善，滿足生產(chǎn)的需要，并對(duì)以后的工作特性及油井產(chǎn)能進(jìn)行了修正，只有合理的選擇泵型，才能獲取油井產(chǎn)出與螺桿泵的舉升協(xié)調(diào)。

可以輔助選擇合適的采油工藝。螺桿泵可以進(jìn)行采油工藝的配套工藝選擇，選擇內(nèi)容多，除了要選擇合適的油管外，還需要選擇合適的抽油桿，幫助選擇參數(shù)合理的設(shè)置與驅(qū)動(dòng)，只有在做好上述工作的基礎(chǔ)上才能保證設(shè)計(jì)的合理、準(zhǔn)確，才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的安全可靠，在一定程度上延長(zhǎng)螺桿泵的檢修周期，提高實(shí)際運(yùn)行效率，更好的促進(jìn)下一步工作的開(kāi)展。提高采油開(kāi)采效率，通過(guò)對(duì)螺桿泵的工作特性研究分析，可以延長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)提高開(kāi)采效率，更好的推動(dòng)油田螺桿泵的開(kāi)采研究，使之逐漸走向成熟與完善。作為一種新型的人工升舉方式，其投資少，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作靈活方便，具有明顯的節(jié)能效果，是抽油機(jī)的柱塞泵、潛油電泵等開(kāi)采方式無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在不久的將來(lái)，很有可能會(huì)以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)占據(jù)我國(guó)的油田開(kāi)采市場(chǎng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有螺桿泵的分類及工作特性進(jìn)行分析，探究一定工作特性下螺桿泵在采油中的應(yīng)用，并對(duì)其下一步的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了評(píng)估，為今后螺桿泵的改良與升級(jí)提供了參考與借鑒。隨著螺桿泵工藝與特性的改良與升級(jí)，其在我國(guó)油田開(kāi)采中的作用將更加突出，我國(guó)的采油事業(yè)也將迎來(lái)新的發(fā)展黃金期。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈秀通，張武紅.地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].石油機(jī)械.1993（09）

[2]趙謫斗，張連山，魏慶深，臧宏.地面驅(qū)動(dòng)單螺桿泵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械.1992（03）

[3]宮俊峰.地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井桿柱受力與工況診斷技術(shù)研究[J].油氣田地面工程.2005.（03）.