螺杆泵过盈值匹配技术模板的建立与应用

王 欢

中国石油大庆油田有限责任公司第六采油厂 （黑龙江 大庆 163712）

螺杆泵过盈值匹配技术模板的建立与应用

王 欢

中国石油大庆油田有限责任公司第六采油厂 （黑龙江 大庆 163712）

自2009年大庆喇嘛甸油田一直在试验探索着螺杆泵过盈值的合理匹配问题。针对不同采出液浓度区块试验不同过盈值的小过盈螺杆泵，分析试验效果，统计回归试验数据，形成了螺杆泵过盈值匹配技术模板。通过应用螺杆泵过盈值匹配技术模板，大幅度降低了运行扭矩，达到了低故障和节能的效果。

螺杆泵；小过盈值；过盈值匹配

中国石油大庆油田有限责任公司第六采油厂喇嘛甸油田（以下简称喇嘛甸油田）共有螺杆泵井2 100口，聚驱螺杆泵井1 354口，平均采出液见聚浓度为373 mg/L，最高见聚浓度为1 203 mg/L。采出液的物性参数由其中所含原油的比例和组分决定，含水量、黏度等参数对螺杆泵定子橡胶的浸蚀作用有差异，也会影响泵的工作特性。造成泵效下降，抽油杆断脱，偏磨加剧，检泵周期缩短等一系列问题，限制了举升潜力的进一步发挥[1]。针对螺杆泵定子与转子间不同的过盈量匹配值开展研究，建立了螺杆泵过盈值匹配技术模板，分析归纳了应用效果。

1 采出液浓度对螺杆泵井的影响

1.1 采出液浓度与黏度的关系

为确定采出液浓度与黏度的关系，对不同采出液浓度螺杆泵井进行了现场取样测试，应用旋转黏度计测试了27口螺杆泵井的采出液。平均浓度648 mg/L，平均黏度 9.7 mPa·s。

根据测试结果绘制了浓度与黏度的关系曲线（图1），由此可知，随着采出液浓度的增加，黏度增大，变化呈指数关系。

1.2 采出液浓度与扭矩的关系

式（1）给出了螺杆泵驱动杆杆柱扭矩与采出液黏度之间的计算关系[2]：

式中：Mr为杆柱扭矩，N·m；μ为井液黏度，mPa·s；ω 为驱动杆旋转角速度，r/s；D 为油管内径，m；d 为驱动杆外径，m[3]。

图1 采出液浓度与黏度的关系曲线

以油管内径76 mm，驱动杆外径28 mm的油井为例，由给出的计算关系式，分别对应不同转数，得出黏度与杆柱扭矩的关系，并根据计算结果绘制了螺杆泵杆柱扭矩与黏度的变化关系曲线 （图2），随液体黏度增加,杆液摩擦扭矩增大,变化呈线性关系。

根据浓度与黏度的关系可知，在相同井况条件下，采出液浓度越大杆柱的摩擦扭矩就越大。

扭矩增大后对螺杆泵井主要有以下影响：导致驱动杆因扭矩的增大而旋曲，造成杆管偏磨加剧[4]，检泵周期缩短；造成杆柱受力增加,杆断几率增大[5]。扭矩增大转换为摩擦热量，加速了定子橡胶的老化，缩短了使用寿命，还有可能发生转子抱死和定子脱胶等问题[6]。

图2 驱动杆摩擦扭矩随黏度的变化曲线

2 小过盈值螺杆泵的试验

2.1 室内试验

为研究减小螺杆泵过盈值对扭矩的影响，加工了一台过盈量为0.15 mm的GLB500型试验泵，表1给出了试验螺杆泵水力特性试验数据。

从表1试验数据看，试验泵过盈量减小，降低了定子与转子间的摩擦扭矩，改善了泵的功效。从图3来看，在举升压力同为6 MPa下，将0.15 mm试验泵与0.30 mm的同型号杆泵比较，发现该泵在容积效率（79%）和总效率（72.5%）保持较高的同时，扭矩降低了74 N·m。

2.2 现场试验

为减小采出液浓度对采出端的影响，应用了小过盈螺杆泵。选用一些供液能力正常的油井，试验了过盈值分别为0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm和0 mm的小过盈螺杆泵。

表1 GLB500螺杆泵水力特性试验数据

图3 螺杆泵的水力特性曲线图

选用采出液浓度小于600 mg/L的油井，应用过盈值0.2 mm的小过盈螺杆泵；选用采出液浓度大于100 mg/L的油井，应用过盈值0.15 mm的小过盈螺杆泵；选用采出液浓度大于300 mg/L的油井应用过盈值0.1 mm的小过盈螺杆泵；选用采出液浓度大于600 mg/L的油井应用0 mm过盈螺杆泵。

图4 不同浓度油井应用小过盈螺杆泵的泵效情况

待油井生产情况平稳后，统计了87口井在应用不同过盈值小过盈螺杆泵后的泵效情况（图4）。 从图4中可以看出，应用0.2 mm过盈螺杆泵的井大多数泵效大于60%，只有个别井的泵效偏低，而且采出液浓度为0时大多数油井的泵效也都在60%以上，说明0.2 mm过盈的螺杆泵也适用于水驱油井；应用0.15 mm过盈螺杆泵的井，浓度大于400 mg/L时泵效大于60%；应用0.1 mm过盈螺杆泵的井，浓度大于600 mg/L时泵效大于60%；应用0 mm过盈螺杆泵的井，浓度大于800 mg/L时泵效大于60%。

3 螺杆泵过盈值匹配技术模板的建立

通过对4种不同过盈值小过盈螺杆泵的现场试验，并根据各区块的不同采出阶段加以修正，得出了过盈值采出液浓度的匹配关系：①在供液能力正常情况下，0 mm过盈螺杆泵适用于采出液浓度大于800 mg/L的高浓度聚驱油井；②0.1 mm过盈螺杆泵适用于采出液浓度大于600 mg/L的聚驱油井；③0.15 mm过盈螺杆泵适用于采出液浓度在400～800 mg/L的聚驱油井；④0.2 mm过盈螺杆泵适用于采出液浓度小于600 mg/L的油井。

根据螺杆泵过盈值与采出液浓度的对应关系，建立了螺杆泵过盈值匹配技术模板（图5）。

螺杆泵过盈值匹配技术模板的建立，优化了螺杆泵过盈值参数的匹配问题，在保证泵效的同时，减小了泵的间隙，降低了杆柱的摩擦扭矩，达到了低事故和节能的效果。

根据建立的螺杆泵过盈值匹配技术模板，匹配不同过盈值螺杆泵135井次，平均运行扭矩下降8.7%。

4 结论与认识

1）相同井况条件下，采出液浓度越高，螺杆泵杆柱的摩擦扭矩就越大，导致偏磨、杆断等故障，降低了定子的使用寿命，也使容积效率下降。

图5 螺杆泵过盈值匹配技术模板

2）小过盈值螺杆泵能够降低杆柱的摩擦扭矩，提高螺杆泵的使用寿命，延长检泵周期。

3）螺杆泵过盈值匹配技术模板的建立与使用，达到了低事故和节能的效果，对螺杆泵采油技术的发展起到了推动作用。

[1]司江涛.螺杆泵井故障分析与对策研究 [D].北京：中国石油大学,2010.

[2]高艳华.小过盈螺杆泵在聚驱区块的试验应用[J].石油石化节能,2014,4（8）：7-8.

[3]韩修廷,王秀玲,焦振强.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1998：203-207.

[4]史建强,房景奎,郭 颖.采油螺杆泵磨损机理试验性研究[J].科学技术与工程,2012,12（5）：1151-1154.

[5]邹艳霞.采油工艺技术[M].北京：石油工业出版社,2006：167-177.

[6]詹升忠.采油用螺杆泵定子橡胶及其性能的改进措施研究[J].中国石油和化工标准与质量,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 欢（1983-)，女，工程师，现主要从事统计分析工作。

尉立岗

2017-06-12