潜油直驱式螺杆泵技术研究与应用

彭金龙 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

潜油直驱式螺杆泵技术研究与应用

彭金龙 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

随着油田开发后期含水量的不断上升，以及聚合物驱等三次采油方法的普遍应用，为了降低开采成本，提高经济效益，针对油藏条件优选不同开采阶段的采油方式已成为重点。螺杆泵采油以投资少、设备结构简单、操作方便、节能及适应性强等优点而备受国内外油田重视。潜油直驱式螺杆泵作为一种新型的无杆采油设备，可用于高黏度、含腊、含砂原油的开采，可有效地解决有杆泵采油系统在稠油开采中存在的抽油杆断脱、杆管偏磨和在深井、斜井中使用受到限制的问题。笔者对潜油直驱式螺杆泵进行了技术研究，分析了其技术原理及特点。经现场应用表明，潜油直驱式螺杆泵系统具有显著的节电效果，节电率达到54.06%。

潜油直驱；螺杆泵技术；采油系统；节能降耗；

1 潜油直驱式螺杆泵技术研究意义

目前，在石油行业中所应用的螺杆泵采油系统，大多是将电动机设置在地面上，用抽油杆与km以下的井下螺杆泵相连并传递转矩，使螺杆泵工作，抽汲井液，但这种装置存在以下缺点：

1）电动机通过抽油杆间接驱动抽油泵工作，启动转矩较大，损耗了大量功率，降低系统效率。由于油田井深普遍超过1000 m，地面电动机通过1000 m以上的抽油杆带动螺杆泵转子，电动机的大部分力矩都损耗在抽油杆上，实际用于驱动部分的做功很少，效率低。

2）在应用过程中有杆管偏磨现象，由于抽油杆的疲劳、磨损、腐蚀或因抽油杆质量等问题，常常发生抽油杆的断脱等现象，需经常维修，增加了生产费用，提高了采油成本。

3）安装维护复杂。由于抽油杆太长，每次安装和维护都要分段拆装，步骤复杂，耗费人力物力，作业周期长。

由于螺杆泵多节点传动的特殊结构，以及频繁的维护周期，使得其制造和维修的成本偏高。尤其是，随着国内对石油需求量的迅猛增长，我国越来越重视对特殊油藏的钻采开发。伴随着斜井、水平井等新技术的应用，高含砂井、高含气井、稠油井的逐渐增多，现在使用的采油装备（有杆泵、电潜泵）已满足不了上述油井的开发要求，而急需研制开发一种能较好适应特殊油藏开采的新型采油装备。

现有技术中也有将电动机置于井下的，井下电动机通过减速器带动螺杆泵转子旋转，这种技术取消了抽油杆，解决了耗费功率、杆管偏磨和抽油杆断脱等问题；但因其传动链较长，减速器体积受限，承受的转矩较大，减速器很容易出现故障，影响整机使用寿命。而且传统机械式螺杆泵的力矩无法控制，所配电动机为异步恒频恒压控制，再加上所配电动机容量较大；当井下发生异常或地面出口管线阻塞等时，电动机的速度总是保持不变，无法降速，这样势必造成扭断泵杆、井下螺杆泵定子脱落、减速器内齿轮断裂、烧坏电动机等故障[1]。

针对上述问题提出新型潜油直驱式螺杆泵技术研究，在传统的机械式螺杆泵基础上，去掉了皮带传动的机械部分，采用立式空心轴电动机直接驱动螺杆泵光杆。其中，电动机采用高效永磁式电动机，由专用无传感伺服控制器进行控制，系统结构简单、效率高，几乎属于免维护类产品；同时，精确的力矩和速度控制，避免了断杆、反转脱扣等问题。新型直驱式螺杆泵除了具有传统螺杆泵的优点之外，还克服了传统螺杆泵维修量大、调参困难、易断泵杆等缺点，并且节电率也有所提高。

2 潜油直驱式螺杆泵技术的基本原理及其特点

2.1基本原理

新型潜油直驱式螺杆泵主要包括地面部分、中间部分和井下部分。其中,地面部分包括地面控制柜及接线盒；中间部分包括电缆、油管、单流阀和泄油阀；井下部分包括潜油专用永磁同步电动机、保护器、连接器和螺杆泵，潜油专用永磁同步电动机置于井下设备的底端，依次与保护器、连接器及螺杆泵自下而上同轴连接。

工作时，由地面上的控制柜控制潜油专用永磁同步电动机，对其进行无级调速，使其以低转速运行，大转矩输出，直接驱动螺杆泵进行采油。这种直驱采油模式无需抽油杆，无需机械减速装置，提高了系统效率，降低了能耗，节约了成本，具有结构简单，安装维护方便，工作安全可靠等优点。

新型潜油直驱式螺杆泵没有阀体和复杂流道，水力损失少，介质连续吸入和排出，不易砂卡，也不易产生气锁；因此，泵传送液体的种类范围较宽，包括高黏度、高含蜡、含砂、含气原油。

2.2技术特点

1）节能50%左右，油越稠节能效果越显著。

2）无抽油杆，消除了抽油杆与油管的磨损，并避免抽油杆脱扣现象，井管尺寸更小。

3）应用范围广，可用于斜井、定向井、水平井。

4）地面占用空间小，井口无泄漏，无噪音，日常管理简单。

5）使用相同功率的电动机，在相同扬程和相同排量的情况下，螺杆泵的耗电量比电泵要小得多。

6）电泵转速一般为2850 r/min，而螺杆泵为30～125 r/min。

7）井下泵效率高，黏度高的井液效果更明显。

2.3潜油直驱式螺杆泵系统与偏置式螺杆泵系统技术对比

潜油直驱式螺杆泵与偏置式螺杆泵的对比如表1所示。

3 应用情况

2014年，在某油田应用潜油直驱式螺杆泵抽油系统，选择了5口井进行改造试验（表2）。47-1至47-5井泵转速为75～120 r/min，目前运行良好，平均泵效达到85.4%，有功功率降低3.46 kW，综合节电率达到54.06%，效果显著。

表1 两种举升系统的对比

表2 应用效果统计

4 结论

1）潜油直驱式螺杆泵技术的应用，可以很大限度地降低油井能耗，提高效率。与常规游梁式抽油机相比，潜油直驱式螺杆泵系统有显著的节电效果，节电率达到54.06%。

2）潜油直驱式螺杆泵系统可间断性工作及在线调参，可根据地层供液能力的变化及时作出调整，既能减少日常生产管理及维护的工作量，提高运行时率，又能提高泵效，试验井平均泵效达到85.4%。

3）潜油直驱式螺杆泵系统结构简单，无杆管偏磨，降低了整机的故障率和维护成本，是1种安全、环保、节能、降低操作成本，减轻劳动强度的抽油系统，具有广泛的应用与推广前景。

[1]万仁溥.采油工程手册[M].北京：石油工业出版社,2000：586-596.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.011

2015-12-09

（编辑 王艳）

彭金龙，工程师，2007年毕业于中国石油大学（华东）（石油工程专业），从事油田生产管理工作，Email：273247295@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第二采油厂油田管理部，163000。