螺桿泵采油工藝及其配套技術研究

冷妍明 趙永健 高振敦

摘要：螺桿泵是一種機械采油舉升設備，能夠適用于含砂量大、含氣量大、含蠟量大的油井，并且具有體積小、安裝較為方便、綠色節(jié)能等優(yōu)秀的特點。近幾十年來，螺桿泵在國內(nèi)外得到長足的發(fā)展。本文通過結合前人的研究，和大量現(xiàn)場研究數(shù)據(jù)，并結合了幾十年來的實驗過程，開發(fā)了等壁厚螺桿泵，優(yōu)化了扶正器的分布。

關鍵詞：螺桿泵;等壁厚;偏磨

1920年代，法國首次提出了螺桿泵原理，并研制出了螺桿泵。1930年，法國、美國幾家公司開始將螺桿泵投入生產(chǎn)，1950年代，螺桿泵鄭師適用于水利馬達，到20世紀初螺桿泵開始成規(guī)模應用[1]。我國現(xiàn)在在吉林、遼河等油田均適用了螺桿泵，經(jīng)過幾年較為不錯的應用，螺桿泵也成為了油氣開采的重要手段和設備。與其他設備一樣，螺桿泵采油系統(tǒng)分為地上和地下部分，其核心位于地下。地上設備主要包括了驅(qū)動螺桿泵運行的驅(qū)動設備，地下設備主要包括螺桿泵的重要設備，包括油管、螺桿泵等工具[2]。井下動力源將動力通過管道作用傳遞給地上的驅(qū)動設備，驅(qū)動頭減速后將減速的動力回傳給井下設備，將井下的液體排到地面[3]。螺桿泵有單頭和多頭螺桿泵之分。本文涉及的研究是彈頭螺桿泵，該種螺桿泵由橡膠定子和金屬轉子組成，用過多等效動點效應，定子和轉自的螺旋方式配合形成了密閉的腔體。在這密閉腔體旋轉的過程中，將液體從一端傳送至另一端，實現(xiàn)了傳輸。

一、等壁厚螺桿泵

結合近幾年現(xiàn)場數(shù)據(jù)應用情況來看，從泵的性能方面入手，可能出現(xiàn)的問題是泵的承壓力度較小，舉升的壓力非常有限，導致該泵的效能比較低;另外是橡膠定子上的橡膠很容易因為高溫碳化，增加了維修和更換的成本。橡膠定子的作用是在螺桿泵轉動的時候起到密封和減振的作用，動態(tài)方面應該保證在螺桿泵工作旋轉的時候能夠隨著泵體旋轉并能夠適應螺桿泵的變形，做好變化。

二、等壁厚螺桿泵技術

由于在現(xiàn)場使用中螺桿泵出現(xiàn)了一些技術上的難關，各國公司都紛紛將重點放在螺桿泵的橡膠定子上。2001年加拿大和美國公司已經(jīng)設計初等壁厚螺桿泵并進行實驗，該螺桿泵以合金鋼和青銅代替橡膠定子，并在金屬表層留下了一層較薄的橡膠。德國一家公司將橡膠改成了螺旋型的定子，適應螺桿泵的外觀。這種制造工藝有兩種，一種是分段進行鍛造，另外一種是將橡膠加工成曲面。但是這兩中加工出現(xiàn)了一些確定，一是成本過高，精度難以確定，并且難度非常高，由于螺旋桿內(nèi)部是旋轉型，這對內(nèi)表面的噴砂帶來非常大的難度，更可能連接性不高。

三、等壁厚螺桿泵定子橡膠性能

對于螺桿泵來說，定子橡膠的傳熱性決定了螺桿泵的使用壽命。橡膠在溫度升高的時候硬度將會變低，使用壽命也會隨之降低 。有研究表示，溫度升高10攝氏度，橡膠的壽命減低百分之五十。由于橡膠是非金屬材料，具有非金屬材料的所有性質(zhì)，包括散熱性較差，延展性較低等。研究發(fā)現(xiàn)轉子的間隙與橡膠的彈性成反比，因此提高螺桿泵的承壓能力就必須從轉子硬度入手。在等壁厚螺桿泵中，必須使用硬度較高的橡膠。

結合近十年來現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)據(jù)來看，螺桿泵均會出現(xiàn)不同程度的桿管偏磨情況。由于螺桿泵舉升工藝較為復雜，抽油桿和有關之間發(fā)生摩擦和運動，會造成較為嚴重的偏磨，從一定程度上增加了投資的成本。本研究本著最小成本原則和合理選擇原則，將會研制較為合理的桿柱，以延長使用周期。雖然螺桿泵采油工藝在上個實際80年代中期，當時國內(nèi)外使用的都是小排量螺桿泵，桿管較少發(fā)生問題。所以國內(nèi)外對螺桿泵桿管技術研究較少。在螺桿泵的井下部件中，桿管是非常關鍵的一部分，若設計出現(xiàn)問題，則很有可能影響到其他部分。由于桿管是轉動的唯一部件，所以桿管的設計涉及到力學、熱學等受力分析。

螺桿泵供液不足的時候，將會導致泵的容積效率下降，不足帶走轉子產(chǎn)生的摩擦和熱能，長時間溫度升高將會橡膠碳化。所以有必要研究螺桿泵抽空技術。1980年，加拿大公司發(fā)明了防抽空泵的裝置，后來開始使用電流和電壓同時控制驅(qū)動裝置。美國公司利用壓力傳感器檢測汽油比，目前仍處于壟斷階段。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，在研究該技術的最有效的手段是在井口劑量產(chǎn)液量，同時也面臨這一定的確定，就是產(chǎn)液量會隨著飽和壓力的降低而降低，其中的氣將會從液體中分離出來，所以需要在井口設置劑量計算，在流量達到預設時，設置系統(tǒng)發(fā)出指令。本文對應用了該理論和設備，在井口進行了現(xiàn)場測試。測試數(shù)據(jù)為，混香測試含氣率為31%、45%、29%，分相標準計量含氣率為29%、48%、34%，相對誤差為2%、3%、5%，是較為有效的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場一共安裝了50口井，并對每一口井的螺桿泵產(chǎn)量進行計算，通過中央控制系統(tǒng)發(fā)出指令，將會降低螺桿泵泵體的轉速，實現(xiàn)了防抽空保護，延長了泵體的壽命并節(jié)約了成本，是一個比較好的保護裝置。

四、結論

等壁厚螺桿泵技術的研究近十年來在理論研究和實踐中都取得了較為優(yōu)秀的成績，技術逐漸完善，能夠較好地解決常規(guī)泵體地結構上存在地缺點，并節(jié)約了成本，提高了工作性能，大大延長了泵的使用壽命。螺桿泵桿管防偏磨技術在選擇桿管方面取得了較為成功的結果，本文提出的方案較好地避免了桿管在平時使用會存在的問題，并延長了泵體的使用周期。螺桿泵防抽空技術則是成功地杜絕了因為供液不足而導致的損毀泵體的缺點，在一定程度上延長了泵體的壽命。

參考文獻：

[1] 蔡文芳，曹鉅昊，王偉，等.姬塬油田西部區(qū)塊采油工藝探討[J].遼寧化工，2018，47（9）：897-899.

[2] 孟曉春，韓歧清，韓濤，等.新型節(jié)能稠油無桿采油工藝試驗與應用[J].石油石化節(jié)能，2019，9（2）：22-26+9.

[3] 劉忠輝，廖軒亮，張佳運. 螺桿泵采油工藝及其配套技術的應用[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量，2019，39（1）：255-256.

作者簡介：

冷妍明（1973-），女，漢族，從事采油工作。