单、双螺杆泵的对比及应用探析

2018-03-31孟宪斌

设备管理与维修 2018年23期

孟宪斌

（大庆油田力神泵业有限公司螺杆泵制造厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

近年来在油田生产作业过程中兴起了油气混输的生产工艺，该技术主要是针对油井生产中开采出来的油气水的混合介质，在其未被分离的情况下直接使用混输泵及混输管道将其输送到油气水集中处理站，然后完成油气水综合处理的工艺过程。不仅工艺技术的操作流程非常简单，而且管理起来也比较方便，可有效控制在生产作业过程中的井口回压等问题，油气集输半径得到了有效扩展，取消了油田的转油站，有效利用油井的伴生资源。在油气混输工艺的实施过程中，油气混输泵是核心内容，目前在油田中比较常用的螺杆泵有单螺杆泵和双螺杆泵。由于螺杆泵在油田中的广泛应用，使得针对不同类型的螺杆泵进行原理以及技术特点等的分析对比，则非常得必要。

1 单、双螺杆泵的工作原理及综合对比

1.1 单螺杆泵

（1）单螺杆泵是由螺杆、衬套及万向联轴节等组成，其转子断面上是呈现圆形的一个螺杆，转子运动是在一个具有特殊形状的衬套内进行的，转子在衬套内的运动分为行星运动和沿着定子螺纹的转动，在沿着定子螺纹转动的过程中就完成了液体的举升，在转子转动的举升力作用下液体会从螺杆泵的吸入腔进入，然后不断的向压力腔运动，因此在螺杆泵的腔体内液体的流动始终是呈现均匀、无涡流和搅动的状态。

（2）转子和定子是间隙配合的关系。螺杆泵的泵套，即定子是由非金属的弹性材料制造的，通常选用性能优良的橡胶来制作，定子的内孔是一种螺旋状的槽，螺杆泵的螺杆与泵套之间的配合会形成多个密闭的空腔。当单螺杆泵在运行过程中，螺杆会在泵套中的运动是一种偏心的旋转运动，这样密闭腔体就会从泵的低压区逐渐的向高压区域运动，这个过程中也就是井下液体从吸入腔进到螺杆泵泵室后，沿着螺杆的轴向方向不断推进然后从出液口排出。单螺杆泵的主要运行特点就是介质的输送完全是通过密闭的腔体完成的，只要介质的直径小于螺杆泵的内腔间隙，单螺杆泵完全能够输送固态介质，而且整个输送过程不会对螺杆泵自身造成损伤，对输送介质本身也没有影响。

1.2 双螺杆泵

（1）双螺杆泵的结构特点是外啮合形式。是由主动、从动、2根螺杆及包裹螺杆的衬套组成。介质的输送是以主动螺杆和从动螺杆的外啮合来完成的，双螺杆泵的主动螺杆是由一个原动机来提供动力，而从动螺杆通过一个同步齿轮来与主动螺杆进行连接，由主动螺杆转动带动从动螺杆转动。在2根螺杆上分布着2个可以实现左右方向旋转的螺杆套，2个螺杆套的旋转就构成了双吸泵的基本结构。

（2）井下的油液在进入到泵体的中央后会被泵体平均分配到2个流向，最终传输到泵轴的两端，螺杆在旋转的过程中，2根螺杆的啮合以及螺杆与泵体之间形成的配合关系在泵体内形成了若干个密闭的腔体，这些密闭的腔体能吸入油液。2根螺杆不断的旋转最终推动液体从螺杆轴向的两端向中心位置集中，然后通过泵体上的排出口将液体排出，连接2个螺杆的齿轮模数以及齿数都相等，这样就能避免螺杆在转动过程中产生接触，造成螺杆金属的损耗。

1.3 单、双螺杆综合对比

通过对单、双螺杆泵性能参数以及结构特点对比分析后发现，在螺杆泵前期的制造过程中单螺杆泵的投资相对较少，而且单螺杆泵对输送介质的要求比较低，针对一些含砂量较大的油井可以很好的完成油液举升，但是单螺杆泵的维护保养投入比较高；双螺杆泵的缺点是对含砂量敏感，但在正常的运行过程中需要维修的频率比较低，因此可以根据单、双螺杆泵和油井的实际情况来合理的选择螺杆泵。

2 油田原油情况及存在问题

2.1 单螺杆泵的应用

（1）某油田使用的单螺杆泵是在2010年投产的，螺杆泵的排量为20 m3/h。在该油田应用单螺杆泵后，油田整体的外输系统抗砂能力得到了极大提升，而且针对单螺杆泵的管理也非常简单。但在单螺杆泵运行中也发现了一些问题，例如，单螺杆泵运行过程中会产生较大振动，而且非常容易引起周边设备的共振，这对工艺管线也有很大的影响，容易造成工艺管线的损坏。通过对单螺杆泵振动情况进行统计与对比后发现，单螺杆泵实际产生的振动位移与双螺杆泵相比较要大很多。产生这种振动的主要原因是因为转子在泵腔体的转动是一种偏心的行星回转，这样在转动过程中就会产生一个具有周期性的激振力，而单螺杆泵由于会受到结构上的限制，很难在结构上维持平衡，因此实际的转动惯量也非常大，导致泵的运行过程中产生很大的振动。

（2）解决措施。①可适当将单螺杆泵的转速调低，这样就能控制泵的振动。另外可以将泵的型号适当调大，在配合较低的转速就能实现配比的合理性；②单螺杆泵的振动会随着转子质量的增加而增强，因此选择强度达到要求的空心转子能够有效缓解振动；③已使用的单螺杆泵，不仅要对固定底座进行刚度的提升，还要将进出口位置的管道以及相关的配套设备进行加固，并做好支撑，这样就能有效控制管道内液体流动时产生的振动。

2.2 双螺杆泵的应用

（1）某油田在2007年开始使用双螺杆泵，先后又采购了9台双螺杆泵，双螺杆泵的应用，使“分离、缓冲、加热、沉降”等功能的油气分离系统以及油气的分输系统的作用不再明显，基本上取消了中转站，使油田站内的工艺流程得到了极大简化，混输流程实施后，与以往常规的集输流程相比，在设备的投资上已为油田节省312.52万元人民币。

（2）双螺杆泵在应用中也暴露出不足，特别是在含砂量较大的油井中，其抗砂能力较差。例如，在一些油井中由于井下的含砂量较大，导致双螺杆在运行过程中出现声音异常的现象，泵的维修频率也逐渐增加。在含砂量较高的油井中应用，双螺杆泵每隔半个月就要进行一次除砂作业。通过对双螺杆泵油井的含砂量统计后发现，随着对双螺杆泵维护除砂作业的进行，砂量在逐渐减少，后期的除砂量基本上接近零。通过分析发现，该区域油井在压裂施工后的初期阶段含砂量较大，含砂量最高的时期甚至导致双螺杆泵的直接损坏，也一度出现了生产瘫痪的状态。后期针对含砂量高的情况安装了除砂器后，使进入双螺杆泵泵体内的砂量得到控制，含砂量对双螺杆泵的影响也在减小。而且在后期的开采过程中随着压裂施工时间的推进，井下的压裂砂含量也在不断降低。为此针对双螺杆泵含砂量敏感的问题，可通过在含砂量＞2%的油田区块，特别是压裂施工区块加装除砂器来解决该问题，或使用单螺杆泵来取代双螺杆泵来进行解决。