螺杆泵采油工艺及其配套技术研究

冷妍明 赵永健 高振敦

摘要：螺杆泵是一种机械采油举升设备，能够适用于含砂量大、含气量大、含蜡量大的油井，并且具有体积小、安装较为方便、绿色节能等优秀的特点。近几十年来，螺杆泵在国内外得到长足的发展。本文通过结合前人的研究，和大量现场研究数据，并结合了几十年来的实验过程，开发了等壁厚螺杆泵，优化了扶正器的分布。

关键词：螺杆泵;等壁厚;偏磨

1920年代，法国首次提出了螺杆泵原理，并研制出了螺杆泵。1930年，法国、美国几家公司开始将螺杆泵投入生产，1950年代，螺杆泵郑师适用于水利马达，到20世纪初螺杆泵开始成规模应用[1]。我国现在在吉林、辽河等油田均适用了螺杆泵，经过几年较为不错的应用，螺杆泵也成为了油气开采的重要手段和设备。与其他设备一样，螺杆泵采油系统分为地上和地下部分，其核心位于地下。地上设备主要包括了驱动螺杆泵运行的驱动设备，地下设备主要包括螺杆泵的重要设备，包括油管、螺杆泵等工具[2]。井下动力源将动力通过管道作用传递给地上的驱动设备，驱动头减速后将减速的动力回传给井下设备，将井下的液体排到地面[3]。螺杆泵有单头和多头螺杆泵之分。本文涉及的研究是弹头螺杆泵，该种螺杆泵由橡胶定子和金属转子组成，用过多等效动点效应，定子和转自的螺旋方式配合形成了密闭的腔体。在这密闭腔体旋转的过程中，将液体从一端传送至另一端，实现了传输。

一、等壁厚螺杆泵

结合近几年现场数据应用情况来看，从泵的性能方面入手，可能出现的问题是泵的承压力度较小，举升的压力非常有限，导致该泵的效能比较低;另外是橡胶定子上的橡胶很容易因为高温碳化，增加了维修和更换的成本。橡胶定子的作用是在螺杆泵转动的时候起到密封和减振的作用，动态方面应该保证在螺桿泵工作旋转的时候能够随着泵体旋转并能够适应螺杆泵的变形，做好变化。

二、等壁厚螺杆泵技术

由于在现场使用中螺杆泵出现了一些技术上的难关，各国公司都纷纷将重点放在螺杆泵的橡胶定子上。2001年加拿大和美国公司已经设计初等壁厚螺杆泵并进行实验，该螺杆泵以合金钢和青铜代替橡胶定子，并在金属表层留下了一层较薄的橡胶。德国一家公司将橡胶改成了螺旋型的定子，适应螺杆泵的外观。这种制造工艺有两种，一种是分段进行锻造，另外一种是将橡胶加工成曲面。但是这两中加工出现了一些确定，一是成本过高，精度难以确定，并且难度非常高，由于螺旋杆内部是旋转型，这对内表面的喷砂带来非常大的难度，更可能连接性不高。

三、等壁厚螺杆泵定子橡胶性能

对于螺杆泵来说，定子橡胶的传热性决定了螺杆泵的使用寿命。橡胶在温度升高的时候硬度将会变低，使用寿命也会随之降低 。有研究表示，温度升高10摄氏度，橡胶的寿命减低百分之五十。由于橡胶是非金属材料，具有非金属材料的所有性质，包括散热性较差，延展性较低等。研究发现转子的间隙与橡胶的弹性成反比，因此提高螺杆泵的承压能力就必须从转子硬度入手。在等壁厚螺杆泵中，必须使用硬度较高的橡胶。

结合近十年来现场作业的数据来看，螺杆泵均会出现不同程度的杆管偏磨情况。由于螺杆泵举升工艺较为复杂，抽油杆和有关之间发生摩擦和运动，会造成较为严重的偏磨，从一定程度上增加了投资的成本。本研究本着最小成本原则和合理选择原则，将会研制较为合理的杆柱，以延长使用周期。虽然螺杆泵采油工艺在上个实际80年代中期，当时国内外使用的都是小排量螺杆泵，杆管较少发生问题。所以国内外对螺杆泵杆管技术研究较少。在螺杆泵的井下部件中，杆管是非常关键的一部分，若设计出现问题，则很有可能影响到其他部分。由于杆管是转动的唯一部件，所以杆管的设计涉及到力学、热学等受力分析。

螺杆泵供液不足的时候，将会导致泵的容积效率下降，不足带走转子产生的摩擦和热能，长时间温度升高将会橡胶碳化。所以有必要研究螺杆泵抽空技术。1980年，加拿大公司发明了防抽空泵的装置，后来开始使用电流和电压同时控制驱动装置。美国公司利用压力传感器检测汽油比，目前仍处于垄断阶段。根据现场数据，在研究该技术的最有效的手段是在井口剂量产液量，同时也面临这一定的确定，就是产液量会随着饱和压力的降低而降低，其中的气将会从液体中分离出来，所以需要在井口设置剂量计算，在流量达到预设时，设置系统发出指令。本文对应用了该理论和设备，在井口进行了现场测试。测试数据为，混香测试含气率为31%、45%、29%，分相标准计量含气率为29%、48%、34%，相对误差为2%、3%、5%，是较为有效的数据。现场一共安装了50口井，并对每一口井的螺杆泵产量进行计算，通过中央控制系统发出指令，将会降低螺杆泵泵体的转速，实现了防抽空保护，延长了泵体的寿命并节约了成本，是一个比较好的保护装置。

四、结论

等壁厚螺杆泵技术的研究近十年来在理论研究和实践中都取得了较为优秀的成绩，技术逐渐完善，能够较好地解决常规泵体地结构上存在地缺点，并节约了成本，提高了工作性能，大大延长了泵的使用寿命。螺杆泵杆管防偏磨技术在选择杆管方面取得了较为成功的结果，本文提出的方案较好地避免了杆管在平时使用会存在的问题，并延长了泵体的使用周期。螺杆泵防抽空技术则是成功地杜绝了因为供液不足而导致的损毁泵体的缺点，在一定程度上延长了泵体的寿命。

参考文献：

[1] 蔡文芳，曹钜昊，王伟，等.姬塬油田西部区块采油工艺探讨[J].辽宁化工，2018，47（9）：897-899.

[2] 孟晓春，韩歧清，韩涛，等.新型节能稠油无杆采油工艺试验与应用[J].石油石化节能，2019，9（2）：22-26+9.

[3] 刘忠辉，廖轩亮，张佳运. 螺杆泵采油工艺及其配套技术的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量，2019，39（1）：255-256.

作者简介：

冷妍明（1973-），女，汉族，从事采油工作。