应用螺杆泵工作特性曲线优化设计

应用螺杆泵工作特性曲线优化设计

Ξ

杨金贤 , 王少波

(大庆油田有限责任公司第九采油厂 , 黑龙江大庆 163853

摘要 :通过螺杆泵的工作特性曲线 , 分析影响螺杆泵工作特性的主要因素 , 并根据我厂油田实际情况对螺杆泵井过盈量、泵深等进行优化设计 , 尽可能使螺杆泵在螺杆泵工作特性曲线的高效区工作 , 通过在试运行期间对生产参数进一步优化调整 , 使螺杆泵与采油井之间合理匹配 , 从而达到发挥油井产能的目的。

关键词 :螺杆泵 ; 工作特性曲线 ; 优化设计 1前言

螺杆泵生产过程中 , 曾出现定子与转子抱死、定子橡胶脱落、杆柱断脱和举升能力不足等现象 , 造成螺杆泵早期失效。经分析认为 , 除产品质量问题外 , 还与螺杆泵井的施工设计密切相关。如果油井的供液能力强 ,

而泵的排量小、扬程高 , 和总效率低 , 热 , 会加速橡胶老化。 , 的排量过大 , 胶急剧升温 , , 增加了定转子之间的摩

擦力 , 在摩擦热不能及时散发的情况下 , 极易导致橡胶烧焦或定转子抱死 , , 造成螺杆泵早期失效因此 , , 就必 , 泵的容积效率、系统效率及扭矩与举升高度之

间的关系 , 该曲线反映了泵的工作特性 , 也是螺杆泵的设计、制造与合理应用的

重要依据。下图为通过实验绘制的典型螺杆泵的工作特性曲线。

3螺杆泵工作特性的影响因素分析

影响螺杆泵工作特性因素很多 , 主要有两个因素 :一是定子与转子间的过盈量 ; 二是转子的转速。 3. 1过盈量的影响

螺杆泵的工作原理决定了要保证一定的泵效 ,

就必须使定、转子表面的接触线保持充分密封 , 而密封的程度取决于转子与定子间的过盈量。因此 , 过盈量的大小直接影响泵效的高低。一方面 , 过盈量大可获得较高的泵效 , 但是抽油杆的扭矩增加 , 易出现油管、抽油杆断脱现象 , 并

且定子橡胶磨损加剧 , 影响

7内蒙古石油化工 2009年第 16期

Ξ

收稿日期 :2009-05-21

泵的寿命 ; 另一方面 , 过盈量小虽然不易出现上述问题 , 但泵的容积效率过低 , 将降低泵的系统效率。因此 , 要对过盈量进行合理地选择。所谓合理的过盈量 , 就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条件下的过盈量值。

3. 2转子转速的影响

转子的转速决定了螺杆泵的排量 , 在油井产能允许的条件下 , 转子的转速越高 , 排量就越大。但是 , 转速越高 , 抽油杆的离心力就越大 , 抽油杆的弯曲振动就越严重 , 抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之增大 , 同时 , 举升高度也将因沿程损失的增加和定子橡胶磨损的加速而下降。因此 , 转子的转速不宜过高。

除了上述两个因素之外 , 还应注意粘度的影响。一方面 , 粘度增加使得漏失量减小 , 有利于提高泵的容积效率和系统效率 ; 另一方面 , 粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度 , 泵的容积效率和系统效率也随之降低。同时 , 泵的摩擦增大将增加阻力扭矩。

4螺杆泵井优化设计

, 高效区和低效区。 , 必须通过泵型的合理选择、过盈量值的确定、泵深的优化设计等 , 来实现这一目的。

4. 1泵型选择

螺杆泵额定压力包括三部分 :①流程干线回压 ; ②泵举升液体产生的压力 ; ③产液在井下油管内流动产生的沿程阻力损失。

螺杆泵的压头 :

∃ P =P a -P 吸 =P d +P z +P m -P h -P c 螺杆泵的公称排量按下面的公式计算 :

q =〔Q (1440n Γ 〕 ×106

根据泵的额定压力以及泵的单级承压 , 求出泵的级数 ; 根据泵的排量 , 选择泵的公称排量。然后将泵的公称排量与级数相结合 , 组成一个理想泵型

(如 :120-27型螺杆泵 , 如果实际泵型中不包括理想泵型 , 则将所选泵型的公称排量或级数适当加大 , 选与理想泵型最接近的标准泵型作为最佳泵型。 4. 2过盈量值的确定

螺杆泵在井下工作时 , 其过盈值主要由三部分组成 :一是给定的初始过盈值 ; 二是热膨胀造成的过盈值 ; 三是橡胶在原油中 , 由油溶胀造成的过盈值。由于我厂龙虎泡油田平均油层中深 1520m , 油层温度 69℃ , 通过取样做定子橡胶与原油物性配伍性实验 , 发现螺杆泵定子橡胶溶胀率较高 , 如果按常规油田过盈量值配泵 , 将易发生卡泵现象 , 为此 , 根据实验结果将原过盈量值由 0. 45~0. 55mm 确定为适合于龙虎泡油田的 0. 3~0. 4mm 。

4. 3泵深设计

泵深设计应依据油井产能及供液能力综合考虑。油井的供液能力可以用该公式表示 :Q =J (L -H 沉 -L 静 , 由此作出油井供液能力曲线 , 曲线表明油井的日产液量与动液面深度成正比 , 由此可根据油井预计产能 , 来预测油井的动液面深度 , 动液面深度加上沉没度即得泵深。泵深计算公式 :L =Q J + H 沉 +L 静。

其中泵的沉没度一般控制在 200~300m 之间。 4. 4锚定工具设计

态 , 避免支撑卡瓦造成油管易弯。生产参数的优化

螺杆泵采油管柱经过优化设计 , 其工作状态落在高效区 , 但整个系统的机械效率并不一定最高 , 在螺杆泵开井试运行期间 , 要随时注意动液面变化 , 根据油井的动液面及产量合理调整螺杆泵的转速 , 在保证油井产能的前提下 , 最大限度地将工作点调整到系统效率最高点附近。

通过对螺杆泵井进行优化设计 , 并现场推广应用 9口井 , 平均泵效达到 62. 0%, 目前已见到较好效果。

5结论

①通过分析螺杆泵工作特性曲线 , 影响螺杆泵工作特性因素主要是定子与转子间的过盈量和转子的转速。

②螺杆泵井优化设计可以保证螺杆泵的正常工作沉没度 , 改善定转子之间的润滑条件 , 从而提高螺杆泵的使用寿命 , 延长油井的运转周期。

③通过螺杆泵采油井泵型的优选及生产参数的优化调整 , 可以保证螺杆泵的工作点处于高效区 , 进而发挥油井产能。

〔参考文献〕

[1]陈涛平 , 胡靖邦 . 石油工程 . 石油工业出版社 , 2000.

[2]韩修廷 , 王秀玲 , 焦振强 . 螺杆泵采油原理及应用 . 哈尔滨工程大学出版社 , 1998.

17

2009年第 16期杨金贤等应用螺杆泵工作特性曲线优化设计