螺杆泵采油提产增效技术研究

　　[摘 要]通过统计油田螺杆泵井和抽油机井近10年沉没度现状，发现螺杆泵井平均沉没度比抽油机井平均沉没度高212m。制约螺杆泵采油的2个主要影响因素分别是：在螺杆泵理论排量、定子管直径相同情况下，1：2型线结构螺杆泵因导程长易漏失，导致泵效降低，又因偏心距大，导致杆管偏磨能耗增加，严重时会导致杆管损坏检泵，降低产量；螺杆泵常规驱动装置传动效率低，参数调整不方便。根据各项影响因素制定实施了相应解决措施，研制了3：4型线单螺杆泵、螺杆泵井下防偏磨装置、螺杆泵地面直接驱动装置措施应用后，平均单井日产液量明显增加，系统效率显著提高。
　　[关键词]螺杆泵；型线结构；采油；影响因素；系统效率
　　中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0109-01
　　1、前言
　　随着螺杆泵在油田应用规模逐年扩大，其已经迅速发展成一种通用的人工举升方式，但是在应用的过程中也暴露出一系列问题，其中比较突出的问题是沉没度偏高。沉没度增高会使油井流压增大，当超过合理界限时，一些薄差油层由于渗透率低或者地层压力低，就会抑制该层不出液，使该井产液层层间矛盾突出，影响油井产液量。因此，降低螺杆泵井沉没度，提高螺杆泵井产量，对完善螺杆泵采油技术水平，实现螺杆泵采油井高效举升，降低采油成本具有积极现实意义。
　　2、现状分析
　　统计油田开发2003～2012年螺杆泵井和抽油机井沉没度情况，发现螺杆泵井平均沉没度比抽油机井平均沉没度高212m。
　　目前各油田对于螺杆泵井降沉没度的方法基本上都是靠上调转速来实现，但是转速越高，抽油杆、油管、螺杆泵的使用寿命越短。如果发生检泵，不但增加作业费用，沉没度也会上升到井口，会直接影响产液量，而且各油田还存在一部分无论怎样上调转速沉没度都不下降的井。
　　3、产量影响因素分析及治理对策
　　3.1螺杆泵型线结构影响及治理对策
　　油田广泛应用的螺杆泵为1∶2型线结构螺杆泵。该结构螺杆泵理论排量与定子导程大小有直接关系，而导程越长越容易漏失，最终导致实际产量降低。因此，在螺杆泵理论排量、定子管直径相同情况下，增加螺杆泵的产液量不能单独靠增大导程来实现，可通过增加螺杆泵线性比的办法来解决。此外，螺杆泵的自身结构决定了在转子运动过程中，转子中心线会和定子中心线之间存在一定距离，即偏心距。偏心距的存在必然会导致井下杆管接触，能耗增加，严重时会导致杆管损坏检泵，降低产量。目前，各油田治理偏磨问题基本上都是在抽油杆上安装扶正器，目的是为了减轻杆管间的磨损，但是考虑到下入时的通过性能，扶正器外径需要小于油管内径一定值，所以杆管磨损并不能完全被克服。此外，还应注意到，扶正器是与油管本体不确定的某处相磨损，因此油管被磨漏、抽油杆被磨断是不可避免的。
　　3.1.1研制3∶4型线单螺杆泵
　　不同型线结构螺杆泵，螺杆泵线性比越大，密封腔越多，偏心距越小。
　　为了进一步提高螺杆泵各项技术指标，开发研制了3∶4型线单螺杆泵。3∶4型线单螺杆泵与普通单头螺杆泵相比，具有排量大、扬程高、散热好、偏心距小等特点。此外，3∶4型线单螺杆泵还可降低转子在定子衬套中的滑动速度，减轻定转子磨损，延长使用寿命。因此，开展3∶4型线单螺杆泵研究具有积极的现实意义和重要的应用价值。参照常规螺杆泵结构参数，建立3∶4型线单螺杆泵的三维实体模型，再根据螺杆泵线型理论，确定螺杆泵定子、转子的骨线和等距线方程；然后确定定子螺旋线的形状，并采用无瞬心包络铣削加工螺杆泵定子模芯和转子；最终加工出3∶4型线单螺杆泵。
　　3.1.2研制螺杆泵井下防偏磨装置
　　为了进一步减轻杆管磨损问题，开发研制了螺杆泵井下防偏磨装置。该装置分3个部分：横向力化解器、限位耐磨接箍、限位耐磨轴。该装置是在定子上部连接一根油管短接，短接上面连接限位耐磨油管接箍，限位耐磨油管接箍上面连接油管，转子上端连接横向力化解器，在横向力化解器上面连接限位耐磨轴，限位耐磨轴上面连接抽油杆，装置下井后，限位耐磨轴与限位耐磨接箍正好相对，在螺杆泵工作时，抽油杆转动，驱动螺杆泵转子转动采油。横向力化解器可化解转子偏心转动，限位耐磨轴与限位耐磨接箍防止离心力上传，其上部的抽油杆在油管内是同轴转动，无偏心力，避免了杆管接触磨损。
　　3.2地面驱动装置影响因素分析及治理对策
　　常规螺杆泵地面驱动装置是由电动机通过皮带轮带动双面螺旋齿轮，由输出轴带动抽油杆旋转驱动螺杆泵实现抽吸井下流体。常规驱动头通过皮带轮间接驱动螺杆泵工作，启动扭矩大，功率损耗大，系统效率低。螺杆泵地面直接驱动装置由力矩电机、专用驱动器、轴向承载装置以及机械密封等4部分组成。力矩电机采用空心轴设计，抽油杆直接穿过空心轴，通过卡子与电机轴连接，电机轴转动实现扭矩传递。螺杆泵地面直接驱动技术较好地解决了驱动装置传动效率低、参数调整不方便等不足，由于電机控制系统采用转速闭环控制和负载自动跟踪调整技术，系统实现了高效节能，同时减少了地面传动部件，装置运行安全系数也大幅提高。螺杆泵地面直接驱动装置同原有驱动方式对比，具有以下优势：
　　①节能效果显著。由于螺杆泵地面直接驱动装置取消机械减速器和皮带，减少了传动环节，使传动效率大幅提高，与常规螺杆泵相比，节电率达到23.59%。
　　②现场操作简单灵活，实现起机、停机一键操作。螺杆泵在不停机的情况下，在驱动器上根据需要随时可以调节泵转速，并且承载扭矩、泵转速可在线直读，不必进行螺杆泵扭矩人工停机测试，显著降低了岗位工人的劳动强度。
　　③安全性能提高。常规的传动方式由于电机皮带轮的高速运转，井口维护工作存在安全隐患。同时由于防反转装置的使用，使螺杆泵停止时抽油杆储存了部分弹性能量，作业施工时抽油杆弹性能释放，易发生危险。直接驱动装置井口抽油杆直接穿过电机空心轴，不存在其他传动环节，电机最高转速为200r/min，安全性能明显提高。同时停机时，采用柔性电磁制动方式防反转，抽油杆弹性势能完全释放，施工作业无危险。
　　④故障率低。由于没有高速运转部件，并且减少了减速箱、皮带等部件，整体故障率降低。同时根据油层动态的形势可以随时调整转速，延长了井下泵的使用寿命。
　　4、结论
　　通过分析，得出制约螺杆泵采油的影响因素主要有2个方面：
　　①在螺杆泵理论排量、定子管直径相同情况下，1∶2型线结构螺杆泵因导程长易漏失，导致泵效降低，又因偏心距大，致使杆管偏磨后能耗增加、时率降低；
　　②螺杆泵常规驱动装置传动效率低，参数调整不方便；
　　针对目前油田广泛使用的1∶2型线结构螺杆泵因导程长易漏失，导致泵效降低，又因偏心距大，致使杆管偏磨后能耗增加、产量降低的情况，研制了3∶4型线单螺杆泵和螺杆泵井下防偏磨装置；针对螺杆泵常规驱动装置传动效率低，参数调整不方便的情况，研制了螺杆泵地面直接驱动装置，措施应用后，平均单井日产液量明显增加，系统效率显著提高，达到了增加螺杆泵井产量、提高系统效率的目的。
　　参考文献
　　[1]万朝晖.多线式单螺杆采油泵的结构特性分析[J].石油机械，2003，31（2）：6-8.

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