电动潜油螺杆泵

电动潜油螺杆泵目录第一章井下采油单螺杆泵的现状及发展 (1)第二章电动潜油螺杆泵在疑难井中的应用 (3)第三章大排量井下电动潜油螺杆泵研究与应用 (8)第四章大庆油田改变采油技术现状势在必行 (10)第五章螺杆泵工况测试技术 (12)第一章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。

第二章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组成、工作原理及技术参数和性能特点后，详述了在稠油、斜井、高合砂等疑难井开采中的现场应用情况，并做了经济效益分析。

建议要进一步提高减速器的承载能力，研制大排量高扬程螺杆泵，从而扩大其应用领域。

引言国外较早开展电动潜油螺杆泵研究工作的是前苏联和法国，近年来一些发达国家如美国、加拿大等国也开始重视该泵的开发和应用L1i。

随着国内油田开发的进一步深入，诸如高粘油、稠油、高含蜡、含砂原油及一些难动用储量区块等开采比例不断增加，而电动潜油螺杆泵在开采高粘油、稠油、高含蜡、含砂原油、斜井和高含气原油中具有独特优势，有泵效高、检泵周期长、能耗低等优点，大大降低开采成本，从而加快了电动潜油螺杆泵采油系统和工艺的发展。

经过近几年的研制，胜利油田成功开发生产出胜利电动潜油螺杆泵系列产品，并在高粘油、稠油、高含蜡、含砂原油、斜井和高含气等疑难井开采中进行了工业性应用，取得了很好的效果。

结构组成及工作原理对出砂、稠油井，采用螺杆泵优于其它泵，但地面驱动式螟杆泵由于多种原因未得到广泛的应用，归纳起来如下：1.由于依靠纫长杆驱动井下螺杆泵，杆管磨损严重，尤其在斜井上应用受到限制；2．由于受杆强度限制，难以提高泵排量和下深；3．驱动杆的能耗大，一般占系统总能耗的50％以上。

基于上述原因，国内外许多采油工程师很早就把眼光放到了开发电潜螺杆泵采油系统上。

当前潜油电机、传动机械、控制和螺杆泵等相关技术的状况为开发电潜螺杆泵提供了良好的技术环境。

经多年研究，成功地开发出第一套电潜螺杆泵采油系统样机。

一、电港螺杆泵采油系统的技术特点电潜螺杆泵采油系统除在出砂、稠油井上具有优势外，与有杆泵相比还具有如下优点。

1．节能，油越稠节能降耗越显著；2．不发生气锁，还具有破乳作用；3．抽汲连续平稳，不对油层产生压力激动；4。

无抽油杆，消除了因杆管磨损带来的损失．可用更小尺寸油管；5．可用于斜井、定向井及水平井；6．地面占用空间小，井口无泄漏、无噪音管理简单；7．提高泵下深和徘量；8．泵下机组的发热起到泵下加热作用。

二、开发电漕螺杆泵采油系统的技术关键及解决方式电潜螺杆泵采油系统的核心是将电机放到井下，从而去掉过长驱动杆。

开发该技术的关键为： 1.泵的低转速高扭矩输入要求；2．泵的工作轴向力；3．井下机组高温、高压保护。

其相应解决方式为：1．电潜离心泵的潜油电机和井下电缆技术以及地面供电控制部分可以借用，但井下电机的输出转速高、输出转矩低，与螺杆泵的需要相差一个数量级，若采用多极电机或降低电源频率，则电机体积太大，电机的性能也太差，在技术和经济上均不合理，因此专门设计制造了井下减速器，通过减速器降低转速提高转矩；2．专门设计制造联轴节以解决输出轴与泵轴的传动问题和轴向止推力问题；3．井下机组在远高于地面温度和压力环境下工作，且自身还发热，为此参考井下电机保护器原理，1．结构组成电动潜油螺杆泵机组安装示意图见图1。

电动潜油螺杆泵采油系统由地面部分、井下部分和中问连接部分组成。

其中，地面部分包括变压器、控制柜(或变频控制器)、地面接线盒和井口装置；井下部分包括4极潜油电动机、螺杆泵、电动机保护器、引接电缆和动力电缆；中间连接部分包括扶正器、减速器(含减速器保护器)、双万向节、吸入口、单流阀和泄油阀。

电动机内的电机油和减速器及其保护器内的齿轮油相互隔离，两种不同的润滑油满足不同的润滑要求。

电动机下端及泵的上端各有一个扶正器，以减少螺杆泵行星运动产生的振动对机组其它部件造成的影响。

2．工作原理利用井下动力电缆将电力传送至井下4极潜油电动机，潜油电动机通过减速器和双万向节带动螺杆泵在低速下转动，井液经过螺杆泵增压后，通过油管举升到地面。

井下潜油螺杆泵由转子和定子(橡胶材料)组成。

转子和定子相啮合形成一个个连续的密封腔室，当转子在定子内转动时，空腔从泵的入口端向出口端移动，空腔内的液体也随之从泵的吸入端泵送到排出端，通过油管输送到地面，从而起到泵送作用。

技术参数、性能特点及关键技术分析1．技术参数判F量：10—150m3／d；扬程：900—2200m；适用套管：139．7mm(5×英寸)；177.8mm(7英寸) ；含砂：井液含砂小于3％，最大砂粒直径小于0．1mm；介质粘度：小于5000mPa．s／(50ºC)；井底温度：小于150ºC；可提供的4极潜油电动机系列有116、143两种，其中116电动机功率系列从6—100kW；总长度在2286—8400mm；直径为116mm；电压290—1436V。