冷妍明 趙永健 高振敦

摘要：螺桿泵是一種機(jī)械采油舉升設(shè)備，能夠適用于含砂量大、含氣量大、含蠟量大的油井，并且具有體積小、安裝較為方便、綠色節(jié)能等優(yōu)秀的特點(diǎn)。近幾十年來(lái)，螺桿泵在國(guó)內(nèi)外得到長(zhǎng)足的發(fā)展。本文通過(guò)結(jié)合前人的研究，和大量現(xiàn)場(chǎng)研究數(shù)據(jù)，并結(jié)合了幾十年來(lái)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，開(kāi)發(fā)了等壁厚螺桿泵，優(yōu)化了扶正器的分布。

關(guān)鍵詞：螺桿泵;等壁厚;偏磨

1920年代，法國(guó)首次提出了螺桿泵原理，并研制出了螺桿泵。1930年，法國(guó)、美國(guó)幾家公司開(kāi)始將螺桿泵投入生產(chǎn)，1950年代，螺桿泵鄭師適用于水利馬達(dá)，到20世紀(jì)初螺桿泵開(kāi)始成規(guī)模應(yīng)用[1]。我國(guó)現(xiàn)在在吉林、遼河等油田均適用了螺桿泵，經(jīng)過(guò)幾年較為不錯(cuò)的應(yīng)用，螺桿泵也成為了油氣開(kāi)采的重要手段和設(shè)備。與其他設(shè)備一樣，螺桿泵采油系統(tǒng)分為地上和地下部分，其核心位于地下。地上設(shè)備主要包括了驅(qū)動(dòng)螺桿泵運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，地下設(shè)備主要包括螺桿泵的重要設(shè)備，包括油管、螺桿泵等工具[2]。井下動(dòng)力源將動(dòng)力通過(guò)管道作用傳遞給地上的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，驅(qū)動(dòng)頭減速后將減速的動(dòng)力回傳給井下設(shè)備，將井下的液體排到地面[3]。螺桿泵有單頭和多頭螺桿泵之分。本文涉及的研究是彈頭螺桿泵，該種螺桿泵由橡膠定子和金屬轉(zhuǎn)子組成，用過(guò)多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng)，定子和轉(zhuǎn)自的螺旋方式配合形成了密閉的腔體。在這密閉腔體旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，將液體從一端傳送至另一端，實(shí)現(xiàn)了傳輸。

一、等壁厚螺桿泵

結(jié)合近幾年現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用情況來(lái)看，從泵的性能方面入手，可能出現(xiàn)的問(wèn)題是泵的承壓力度較小，舉升的壓力非常有限，導(dǎo)致該泵的效能比較低;另外是橡膠定子上的橡膠很容易因?yàn)楦邷靥蓟?，增加了維修和更換的成本。橡膠定子的作用是在螺桿泵轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候起到密封和減振的作用，動(dòng)態(tài)方面應(yīng)該保證在螺桿泵工作旋轉(zhuǎn)的時(shí)候能夠隨著泵體旋轉(zhuǎn)并能夠適應(yīng)螺桿泵的變形，做好變化。

二、等壁厚螺桿泵技術(shù)

由于在現(xiàn)場(chǎng)使用中螺桿泵出現(xiàn)了一些技術(shù)上的難關(guān)，各國(guó)公司都紛紛將重點(diǎn)放在螺桿泵的橡膠定子上。2001年加拿大和美國(guó)公司已經(jīng)設(shè)計(jì)初等壁厚螺桿泵并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該螺桿泵以合金鋼和青銅代替橡膠定子，并在金屬表層留下了一層較薄的橡膠。德國(guó)一家公司將橡膠改成了螺旋型的定子，適應(yīng)螺桿泵的外觀。這種制造工藝有兩種，一種是分段進(jìn)行鍛造，另外一種是將橡膠加工成曲面。但是這兩中加工出現(xiàn)了一些確定，一是成本過(guò)高，精度難以確定，并且難度非常高，由于螺旋桿內(nèi)部是旋轉(zhuǎn)型，這對(duì)內(nèi)表面的噴砂帶來(lái)非常大的難度，更可能連接性不高。

三、等壁厚螺桿泵定子橡膠性能

對(duì)于螺桿泵來(lái)說(shuō)，定子橡膠的傳熱性決定了螺桿泵的使用壽命。橡膠在溫度升高的時(shí)候硬度將會(huì)變低，使用壽命也會(huì)隨之降低 。有研究表示，溫度升高10攝氏度，橡膠的壽命減低百分之五十。由于橡膠是非金屬材料，具有非金屬材料的所有性質(zhì)，包括散熱性較差，延展性較低等。研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的間隙與橡膠的彈性成反比，因此提高螺桿泵的承壓能力就必須從轉(zhuǎn)子硬度入手。在等壁厚螺桿泵中，必須使用硬度較高的橡膠。

結(jié)合近十年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，螺桿泵均會(huì)出現(xiàn)不同程度的桿管偏磨情況。由于螺桿泵舉升工藝較為復(fù)雜，抽油桿和有關(guān)之間發(fā)生摩擦和運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成較為嚴(yán)重的偏磨，從一定程度上增加了投資的成本。本研究本著最小成本原則和合理選擇原則，將會(huì)研制較為合理的桿柱，以延長(zhǎng)使用周期。雖然螺桿泵采油工藝在上個(gè)實(shí)際80年代中期，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外使用的都是小排量螺桿泵，桿管較少發(fā)生問(wèn)題。所以國(guó)內(nèi)外對(duì)螺桿泵桿管技術(shù)研究較少。在螺桿泵的井下部件中，桿管是非常關(guān)鍵的一部分，若設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，則很有可能影響到其他部分。由于桿管是轉(zhuǎn)動(dòng)的唯一部件，所以桿管的設(shè)計(jì)涉及到力學(xué)、熱學(xué)等受力分析。

螺桿泵供液不足的時(shí)候，將會(huì)導(dǎo)致泵的容積效率下降，不足帶走轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的摩擦和熱能，長(zhǎng)時(shí)間溫度升高將會(huì)橡膠碳化。所以有必要研究螺桿泵抽空技術(shù)。1980年，加拿大公司發(fā)明了防抽空泵的裝置，后來(lái)開(kāi)始使用電流和電壓同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)裝置。美國(guó)公司利用壓力傳感器檢測(cè)汽油比，目前仍處于壟斷階段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在研究該技術(shù)的最有效的手段是在井口劑量產(chǎn)液量，同時(shí)也面臨這一定的確定，就是產(chǎn)液量會(huì)隨著飽和壓力的降低而降低，其中的氣將會(huì)從液體中分離出來(lái)，所以需要在井口設(shè)置劑量計(jì)算，在流量達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)發(fā)出指令。本文對(duì)應(yīng)用了該理論和設(shè)備，在井口進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)為，混香測(cè)試含氣率為31%、45%、29%，分相標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量含氣率為29%、48%、34%，相對(duì)誤差為2%、3%、5%，是較為有效的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)一共安裝了50口井，并對(duì)每一口井的螺桿泵產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)中央控制系統(tǒng)發(fā)出指令，將會(huì)降低螺桿泵泵體的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了防抽空保護(hù)，延長(zhǎng)了泵體的壽命并節(jié)約了成本，是一個(gè)比較好的保護(hù)裝置。

四、結(jié)論

等壁厚螺桿泵技術(shù)的研究近十年來(lái)在理論研究和實(shí)踐中都取得了較為優(yōu)秀的成績(jī)，技術(shù)逐漸完善，能夠較好地解決常規(guī)泵體地結(jié)構(gòu)上存在地缺點(diǎn)，并節(jié)約了成本，提高了工作性能，大大延長(zhǎng)了泵的使用壽命。螺桿泵桿管防偏磨技術(shù)在選擇桿管方面取得了較為成功的結(jié)果，本文提出的方案較好地避免了桿管在平時(shí)使用會(huì)存在的問(wèn)題，并延長(zhǎng)了泵體的使用周期。螺桿泵防抽空技術(shù)則是成功地杜絕了因?yàn)楣┮翰蛔愣鴮?dǎo)致的損毀泵體的缺點(diǎn)，在一定程度上延長(zhǎng)了泵體的壽命。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

冷妍明（1973-），女，漢族，從事采油工作。