电潜螺杆泵

第二章电潜螺杆泵

第一节井下采油单螺杆泵的现状及发展

摘要井下采油单螺杆泵因具有较高的系统效率而日益受到重视。目前已开发的并下单螺杆泵有地面驱动采油单螺杆泵、电动潜油单螺杆泵、单螺杆波动机—单螺杆泵装置和多头螺杆泵。筒述了单螺杆泵定于衬套选用的材料和转子的表面处至方式，介绍了单螺杆泵在国外的使用情况。指出井下采油单螺杆泵主要朝增大泵的下井深度，加大泵的排量，延长泵的使用寿命和拓宽泵的使用范围等方向发展。最后就国内开发和推广螺杆泵工作规划提出了建议。

前言

井下来油单螺杆泵作为一种实用的采油机械应用于石油工业已有20多年的历史。1986年大庆油田从加拿大Griffin公司引进螺杆泵在油田试用，从此国内厂家便开始了较系统地研制井下采油螺杆泵。螺杆泵的结构非常简单，特别适合于高粘度、高含砂量的油井，并且有较高的工作效率。

美国一石油公司曾对螺杆泵采油系统、电动潜油离心泵和有杆泵抽油系统3种采油设备，在水驱采油井中进行了同样条件下的采油试验。试验结果表明，3种采油系统的效率分别为63．4％、52．4％和50．4％，其中螺杆泵采油系统的效率最高。此外，螺杆泵采油系统的装备投资费用比另外两种采油装备低20％—30％以上。

主要结构型式

目前，井下采油螺杆泵大致可分为以下4种结构型式。

1．地面驱动采油单螺杆泵

地面驱动采油单螺杆泵是井下来油螺杆泵中最简单的结构型式，也是国内外井下采油单螺杆泵采用的主要结构型式。由于是利用抽油杆传递泵所需要的扭矩，因此在大徘量情况下很难实现深井采油。

地面驱动单螺杆泵的驱动头动力主要由电动机或液马达提供。由电动机作动力的驱动头，有的采用变频调速，有的利用胶带和减速器共同调速，还有的直接利用减速器调速。利用液马达作动力调节泵的转速非常方便。

2．电动潜油单螺杆泵

电动潜油单螺杆泵的最大特点是不需要抽油杆传递动力，特别适合于深井、斜井和水平井采油作业。

较早开展这种泵的研究工作的是前苏联和法国。近年来，美国等发达国家也开始重视电动潜抽螺杆泵的开发，并在多砂、高粘深井、定向井、水平井中应用，取得了很好的效果。在某些情况下，电动潜油螺杆泵的使用寿命甚至比电动潜油离心泵高5倍。电动潜油螺杆泵寿命的提高，大大降低了采油成本，使一些原经济上无开采价值的油井有了良好的效益。电动潜油螺杆泵由螺杆泵、柔性轴、装有轴承的密封短节、齿轮减速器和潜油电动机等组成。为了使泵的旋转速度降到500r／min以下，有以下3种方案可供选择。

(1)采用6极潜油电动机，在60HZ时，电动机的转速为1000r／min,再利用变速装置，转速可以降到500r

／min以下。

(2)采用4极潜油电动机，在60HZ时，电动机的转速为1700r／min，再利用单行星齿轮减速器减速(如

传动比4：1)，转速可降到425r／min以下。

(3)采用2极潜油电动机，转速为3500r／min，配传动比9：1的双行星齿轮减速器，可将速度减至400r ／m in以下。

由于选择4极和6极电动机会降低电动机效率，减小启动扭矩，增加装备费用，因此第(3)种方案为

最佳选择。以第(3)种方案研制的电动潜油螺杆泵，在美国Al askan多口油井使用，其寿命有的达到了480多天，有的达到了670多天，有些泵目前仍在运行。美国Amoco公司也研制厂一种带齿轮变速箱的电动潜油螺杆泵。齿轮变速箱的额定功率为36．8kW，外径为114．3mm，传动比为4：1，在采用4极电动机的情况下，可提供的转速约为425r／min，现场使用也取得了较好的效果.

螺杆泵采取单螺杆衬套副、多螺杆衬套副串联和两对螺杆衬套副并联等结构形式。串联的目的是减少螺杆衬套副的制造难度或提高泵的工作扬程，并联的主要目的是为了增大泵的排量，抵消两对螺杆衬套副工作时所产生的轴向力。

3．单螺杆液动机—单螺杆泵装置

这种装置特地面动力液送入并下的顶部螺杆衬套副，驱动顶部螺杆衬套副转动，以顶部螺杆衬套副作为动力马达，驱动底部螺杆衬套副旋转，由底部螺杆衬套副作为泵来实现采油作业。目前，这种装置在国外已投入现场应用，只是数量较少。

4．多头螺杆泵

美国泵服务有限公司研制了螺杆衬套副为4：5头的井下来油多头单螺扦泵。与单头单螺杆泵相比，多头螺杆泵大大地减小了泵的几何尺寸，提高了泵的排量和压头，降低了泵的转速，减轻了泵的振动。在下泵深度为610m，排量为318m3／d的相同条件下，要求单头螺杆泵外径114．3M，长度8．53m、而4：5头的多头螺杆泵外径只需88．9mm ，长度仅为3．35m。国内辽宁福泰石油机械制造有限公司已生产了螺杆衬套副为2：3头的地面驱动的井下采油单螺杆泵。

定子衬套副的材料

泵的工作寿命主要取决于定子衬套材料的性能。定子材料受多种因素的影响，如温度、芳香族化合物、H2S等，因此深入研究不同环境条件下的定子衬套材料是提高采油螺杆泵性能和工作寿命的关键。目前国外主要研制了4种橡胶材料作为螺杆泵定子衬套副的材料，即丁腈橡胶、超高丙烯腈含量橡胶、氢化丁腈橡胶和含氟橡胶。目前国外开发的高丙烯腈含量橡胶能成功地用于温度为40℃、芳香族化合物含量达11％的油井中；研制的氢化丁腈橡胶能较好地适应二氧化碳、硫化氢和甲烷的环境(C02、H2S 的含量可达2％)，且能保持较好的机械性能，这种橡胶已成功地用于250℃的高温油井中；氟橡胶能适应较高的温度，但机械性能不够好．因此工作寿命不长。

在定子橡胶中加入添加剂对减少螺杆—衬套之间的摩擦很有益处，尤其在高含水含气并中。

国内目前主要采用丁腈橡胶作为螺杆泵定子衬套的材料，因此难以适应各种油井环境，大大影响了泵的工作范围。建议在不同的工作环境条件下采用不同的定子橡胶材料，这是提高井下采油单螺杆泵寿命的根本途径。

转子的表面处理

在腐蚀和磨蚀性环境下，表面硼化处理的转子比表面镀铬的转子寿命长得多。试验已证明，在磨蚀性条件下，表面硼化处理的转子寿命是表面镀铬转子的5倍。表面具有碳化钨层的转子也比传统镀铬的转子好得多。目前国内螺杆泵转子的表面处理主要是镀铬。

第二节电动潜油螺杆泵在疑难井中的应用

摘要电动潜油螺杆泵作为一种新型的无杆采油设备，它在高粘度稠油、高含砂、高含气和斜井的原油开采中具有独特的优势。它从根本上解决了有杆泵在稠油开采中的抽油杆断脱以及在深井、斜井中应用时杆管偏磨等问题，具有检泵周期长、泵效高、能耗低等优点。在介绍了电动潜油螺杆泵的结构