代兵 陳鵬 張子鵬 姚婷

摘 要：單螺桿泵在油田集輸系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)展為不可缺少的部分，因具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少，效率高，節(jié)約能源的特點，使其在油氣輸送過程中被廣泛應(yīng)用.然而，螺桿泵的選擇也極其重要，在油氣輸送過程所需泵的排量、進口流量、排量和楊程等因素，都直接關(guān)系到螺桿泵的工作效率。

關(guān)鍵詞：單螺桿泵；集輸系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)原理；流量排量；工作效率

1引言

在油氣田開發(fā)過程中，用于輸送油氣介質(zhì)的單螺桿泵通常被稱混輸泵它是一種內(nèi)合嚙偏心回轉(zhuǎn)螺桿泵，屬轉(zhuǎn)子式容積泵，單頭螺桿轉(zhuǎn)子在螺孔的定子孔腔內(nèi)嚙合，形成若干密閉腔，當轉(zhuǎn)子繞定子軸作行心旋轉(zhuǎn)時，這些密閉腔作螺旋運動在連續(xù)勻速地運轉(zhuǎn)時，容積不變的將密閉腔內(nèi)的介質(zhì)從吸入端送到壓出端，由于轉(zhuǎn)子一定子副嚙合的密封線，將吸入腔和排出腔有效地隔開，且轉(zhuǎn)子在定子孔內(nèi)表面并非完全滑動摩擦運動。

2單螺桿泵的基本結(jié)構(gòu)及原理

2.1單螺桿泵的結(jié)構(gòu)圖

2.2單螺桿泵的基本結(jié)構(gòu)

（1）電動部分：電動機是螺桿泵的動力源，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能一般用防暴型三相異步電機。（2）減速箱部分：主要作用是傳遞動力并實現(xiàn)一級減速它將電機的動力由輸入軸通過齒輪傳遞到輸出軸，輸出軸聯(lián)接光桿，由光桿將動力傳遞到螺桿泵轉(zhuǎn)子。（3）定子和轉(zhuǎn)子部分：定子是由丁睛橡膠澆鑄在鋼體外套內(nèi)形成的襯套的內(nèi)表面是雙螺旋曲面（或多螺旋曲面），定子與轉(zhuǎn)子配合.轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)抽吸功能。

2.3單螺桿泵的工作原理

當由外界的動力原驅(qū)動螺桿泵的螺桿作旋轉(zhuǎn)運動時，螺桿螺旋槽的吸入端周期性地打開，吸入腔的容積V因螺旋凹槽的打開而逐漸增大到V+ΔV。

2. 4螺桿泵動力學(xué)分析

分析模型確定螺桿泵進出口工作壓差一般為5-15Mpa，泵級數(shù)一般為14-40級，即單級承壓能力在0.3-0.6MPa。所謂單級是指一個完整的封閉腔室也即定子的一個完整導(dǎo)程。對轉(zhuǎn)子液壓力的分析僅在一個封閉腔室即可。由于對稱性，可取半個導(dǎo)程即一個轉(zhuǎn)子螺矩t長度范圍內(nèi)進行分析。為計算方便，建立轉(zhuǎn)子空間曲面方程如下：

將定轉(zhuǎn)子分成多個獨立封閉腔室。定轉(zhuǎn)子的線嚙合和點嚙合組成的嚙合線由線嚙合線方程得嚙合線的軸向移動速度，即密封腔室的推移速度。

當轉(zhuǎn)子與定子的嚙合工作長度為定子導(dǎo)程和整數(shù)倍時，封閉腔室的產(chǎn)生和消失同時發(fā)生；當非完整定子導(dǎo)程部分小于轉(zhuǎn)子螺距時，封閉腔室產(chǎn)生和消失不同時發(fā)生；當非完整定子導(dǎo)程部分大于轉(zhuǎn)子螺距時，封閉腔室的產(chǎn)生和消失同時發(fā)生。

2. 5工作參數(shù)對螺桿泵工作特性影響

工作轉(zhuǎn)速對單級承壓能力的影響工作轉(zhuǎn)速與泵的排量成正比，同時由前文所述，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加，可有效減少漏損，增加泵的舉升能力。

2 .6溫度對螺桿泵工作特性的影響

定子橡膠襯套在實際工況環(huán)境下，其體積將發(fā)生熱脹，熱脹的結(jié)果是增加定、轉(zhuǎn)子間的過盈，進而可提高螺桿泵的舉升能力。螺桿泵在不同溫度下測得的單級承壓能力變化曲線?？梢姡瑴囟鹊脑黾訒行嵘e升能力。而實驗發(fā)現(xiàn)，溫度對螺桿泵轉(zhuǎn)子負載扭矩無明顯影響。

2. 7定子型線精度對螺桿泵工作特性影響

（1）橡膠特性定子在制造過程中，定子橡膠要經(jīng)過擠注、硫化等工藝，橡膠自身的熱塑性決定了厚度相差較大的橡膠在每一點處的變形量是不一致的。 （2）芯軸定子襯套的制造是采用在定子鋼體外套與芯軸之間擠入橡膠，經(jīng)硫化后形成的。 （3）溫度由于橡膠的熱脹性，在溫度發(fā)生變化后，其定子襯套橡膠會發(fā)生體積膨脹，同時因為定子橡膠厚度的不均勻性，導(dǎo)致定子型線的變形，使定子型線精度下降。（4）舉升介質(zhì)螺桿泵長期在油氣水三相介質(zhì)中工作，油氣對定子橡膠的物理化學(xué)作用會使定子橡膠發(fā)生溶脹，同樣溶脹會使定子型線發(fā)生變形降低定子型線精度。（5）工作壓力螺桿泵工作腔室的壓力將壓縮定子橡膠，同樣會使定子型線發(fā)生變形降

低定子型線精度。

3現(xiàn)場應(yīng)用

單螺桿泵已經(jīng)全面推廣使用，由于油井原油生產(chǎn)狀況很不穩(wěn)定，在一段時期內(nèi)有可能氣體含量很高，而另一段時期內(nèi)液體含量很高根據(jù)油區(qū)的具體情況，混輸介質(zhì)溫度在8一20℃時，平均粘度在400-1000mpa.s，范圍內(nèi)，單螺桿泵實現(xiàn)降低井口回壓、增加原油產(chǎn)量、提高開發(fā)效益以及達到油氣密閉輸送目的.：在混輸系統(tǒng)設(shè)計中，把如何提高輸送效率、減少電力消耗過程等問題作為攻關(guān)課題，確保油氣集輸系統(tǒng)安全、可靠、科學(xué)

4單螺桿泵的優(yōu)點

4.1 結(jié)構(gòu)和原理

（1）具有泵吸入性能好，泵壓穩(wěn)，擾動小，介質(zhì)無端流和攪動；（2）可以輸送高粘度及含磨蝕性雜質(zhì)和固體顆粒的濃縮物，也可以實現(xiàn)兩相、三相介質(zhì)的混輸，泵量程調(diào)節(jié)性能好，效率高；（3）運送液體的種類和粘度范圍寬廣。輸送介質(zhì)溫度-100C：一1000C（特殊泵可達成1500C），最高粘度15000map.s。 （4）結(jié)構(gòu)堅實，噪音低、安裝保養(yǎng)容易。

4.2 與其他機泵相比

（1）和離心泵相比螺桿泵無需安裝閥門流量，是穩(wěn)定的線性流動；（2）和柱塞泵相比螺桿泵具有自吸能力強、吸入高度強；（3）和隔膜泵相比螺桿泵可輸送各種混合雜質(zhì)含有氣體及固體顆?；蚶w維的介質(zhì)，也可輸送各種腐蝕性物質(zhì)；（4）和齒輪泵相比，螺桿泵可輸送高粘度的物質(zhì)；（5）和柱塞泵、隔膜泵及齒輪泵不同的是，螺桿泵也可用于藥劑填充和計量。

5單螺桿泵的局限性

雖然螺桿泵具有很多優(yōu)點，但在某些方面也存在一定的缺點：（1）定子是橡膠制造，最容易損壞，如定子壽命短，則維修泵次數(shù)多，增加了維修材料費用。（2）泵需要流體潤滑，如果供液不足造成抽空，泵過熱將會引起定子彈性體老化，甚至燒毀。（3）泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。（4）螺桿的加工和裝配要求較高。（5）雖然它操作簡單，若操作人員不經(jīng)常適當操作訓(xùn)練，操作不正確，也會造成泵損壞。

6單螺桿泵在油氣集輸中維護

螺桿泵在使用過程中，應(yīng)該注意檢查、操作及保養(yǎng)項目，確保螺桿泵能正常高效的工作。

（1）檢查螺桿泵及管路及結(jié)合處有無松動現(xiàn)象用手轉(zhuǎn)動螺桿泵，試看螺桿泵是否靈活。（2）向螺桿泵軸承體內(nèi)加人軸承潤滑機油，觀察油位應(yīng)在油標的中心線處，潤滑油應(yīng)及時更換或補充。（3）螺桿泵在運行過程中，軸承溫度不能超過環(huán)境溫度350C ；，最高溫度不得超過800C.（4）定期檢查螺桿泵軸套的磨損情況，磨損較大后應(yīng)及時更換。（5）經(jīng)常調(diào)整螺桿泵填料壓蓋，保證填料室內(nèi)的滴漏情況正常（以成滴漏出為宜）。（6）盡量控制螺桿泵的流量和揚程在標牌上注明的范圍內(nèi)，以保證螺桿泵在最高效率點運轉(zhuǎn)，才能獲得最大的節(jié)能效果。（7）螺桿泵要停止使用時，關(guān)好螺桿泵出水管路的閘閥和出口壓力表及進口真空表。（8）螺桿泵在寒冬季節(jié)使用時，停車后，需將泵體下部放水螺塞擰開將介質(zhì)放凈，防止凍裂。（9）螺桿泵長期停用，需將螺桿泵全部拆開，擦干水分，將轉(zhuǎn)動部位及結(jié)合處涂以油脂裝好，妥善保存。

7結(jié)束語

螺桿泵隨著合成橡膠技術(shù)和粘接技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來目前，油田地面采用油氣水多相混輸技術(shù)已成為油氣集輸?shù)谋厝悔厔?，螺桿泵又是多相混輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，極大地促進螺桿泵油氣集輸技術(shù)的成熟性同時，螺桿泵低投資、低能耗、對介質(zhì)適應(yīng)性強等優(yōu)勢在油田地面挖潛增效的作用日益凸顯。

參考文獻：

[1] 直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動技術(shù)的初探[J]. 劉宏泉.內(nèi)蒙古石油化工. 2017（03）

[2] 大慶油田螺桿泵應(yīng)用現(xiàn)狀與節(jié)能效果評價[J]. 張東陽.化工管理. 2017（24）

[3] 螺桿泵密封性能故障原因及解決對策[J]. 周彪.石化技術(shù). 2017（10）