试析地面驱动螺杆泵采油技术优化

刘锦

摘要：地面驅动螺杆泵是由地面电动机带动驱动头，经减速带动光杆和抽油杆柱旋转，驱动螺杆泵转子旋转抽油的一种抽油泵。它具有结构简单、运动件少、故障率低以及价格便宜等特点，因此近年来在我国稠油、高含砂和高气液比的井开采中有着较为广泛的应用。然而，我国在地面驱动螺杆泵的实际应用时间较短，经常出现工作参数不匹配，采油工艺选择不当等方面的问题，导致设备及油井的生产功效得不到充分发挥。本文结合实际工作经验，从地面驱动螺杆泵的工作原理出发，并着重就其采油技术工艺的优化进行了分析与探讨。

关键词：地面驱动螺杆泵；采用技术；优化

地面驱动螺杆泵由于抽油杆自身既需要受到拉力作用，又受到扭力作用，且下入深度较浅，在实际生产过程中如采油技术工艺不当， 往往会造成固定部位的磨损或磨断油管，以及油管或抽油杆脱扣等问题，这就需要做好对相关工艺技术的优化与匹配，以保证设备的正常、稳定运行。

一、地面驱动螺杆采油工作原理概述

地面驱动螺杆泵采油系统，如下图 1 所述。地面驱动螺杆泵作为一种容积式泵，其工作原理是由地面驱动装置带动抽油杆和转子在定子橡胶衬套内旋转，转子和定子之间的容积均匀上移，从而产生抽汲、推挤作用，而实现连续性的排油。

成。油层的工作特性由综合 IPR 来描述；井筒中流体则按照多相管流规律进行流动；抽油设备则主要包括了地面驱动装置、抽油杆柱、井下螺杆泵，用于向井筒中流体提供能量，其自身组成一个复杂的机械系统。可通过正确地选择泵型和设计抽油参数（如泵深、转速和抽油杆柱组合等）来控制、调节油井的生产，使得抽油设备系统与油层和井筒的能力相协调，在高效、安全的基础上获得较高的产油量和经济效益。

对地面驱动螺杆泵抽油井采油系统的优化设计，是以整个油井为研究对象，以各子系统的协调运作为基础，以油井的生产能力为依据， 以油井的产油量（经济效益）为目标，采用节点系统分析方法，进行抽油井的优化设计，充分发挥油层和抽油设备的潜力。地面驱动螺杆泵采油系统的节点划分，详见下图 2 所示，求解点设置在下泵深度处。

在本文中，主要就地面驱动螺杆泵抽油杆轴向力和抽油杆柱扭矩的优化计算方法，以及抽油杆柱强度理论的计算进行了分析：

1、抽油杆柱轴向力的优化计算

（1） 杆柱载荷的计算

通常我们较常采用的是电缆加热解堵技术，该技术的原理是通过在 油杆内下入加热电缆，利用电缆加热后所生成的热量使原油凝固问题得 到解决。需要注意的是，该技术在实施过程中，应对井口的油温进行定 时测量，当检测到油温超过原油的凝固点以后，才可将电缆起出。

4、故障诊断技术

地面驱动螺杆泵在采油过程中，如因管理不当、工况不合理或者产品质量等问题时，将会出现一系列故障问题，常见故障有采油井常见故障有抽油杆断脱、各种堵塞、油管漏失、定子橡胶脱落等。必须采取适当的故障诊断技术，以确保生产的稳定。较常采用的故障诊断技术，主要有电流法和憋压法两种。

电流法主要是通过测试驱动电动机的工作电流，通过电动机工作电流的大小，来判断螺杆泵工作状况的方法。该方法较为适用于检测抽油杆断脱、油管脱落或漏失、泵漏失、定子橡胶磨损严重、输油管在式中，Fi为抽油杆第i截面上的轴向力，单位为N；Ai是指抽油杆第i截面面积，单位为m2；Mi是指抽油杆第i截面上的扭矩，单位为N·m；Wni是指抽油杆第i截面抗扭截面模量，单位为m3。

三、地面驱动螺杆泵相关采油工艺技术优化

1、防脱优化技术

（1） 油管柱防脱技术

由于螺杆泵的转子在定子内是顺时针旋转，工作负载直接表现为扭矩，当转子扭矩作用在定子上时，定子承受的扭矩会使上部的正螺纹油管脱扣，因此对地面驱动螺杆泵的油管柱必须采取防脱措施。当前，油管柱防脱技术主要有两种，一种是锚定工具，另一种则是反扣油管。通常采用的是锚定工具，与常规油管锚的使用一样。

（2） 抽油杆防脱技术

由于驱动螺杆泵的抽油杆柱长度很长，当传递扭矩时抽油杆柱会储存一定的弹性变形能，一旦停机，抽油杆内储存的弹性变形能释放出来造成抽油杆高速反转而脱扣或因固定阀失灵停机后油管内液体回流造成抽油杆反转而脱扣。目前，可采用防脱技术主要有以下几种：

①采用定向离合器进行防反转。在定向离合器的外壳上安装刹车

线堵、结蜡严重等故障形式。

（2）憋压法

憋压法主要是通过关闭采油树回压闸门进行憋压的方式，来观测井口 油压和套压的变化，进而诊断螺杆泵工作状况的方法。该方法主要适用于 检测抽油杆断脱、油管脱落、泵严重漏失、定子橡胶脱落等故障形式。

总结：

由于我国在地面驱动螺杆泵的实际应用时间较短，经常出现工作参数不匹配，采油工艺选择不当等方面的问题，导致设备及油井的生产功效得不到充分发挥。本文从地面驱动螺杆泵的工作原理出发，并主要就螺杆泵采油工艺的优化计算，以及相关工艺技术的优化应用进行了分析与探讨，以此希望对地面驱动螺杆泵采油系统的实际应用能起到一定的帮助与借鉴。

参考文献：

[1] 王国庆，师国臣，等.大庆油田螺杆泵机采井系统效率现状及对策[J].石油矿场机械，2011（7）.

[2] 武云松.提高螺杆泵井系统效率的措施研究[J].油气田地面工程，2009（7）.