螺杆泵井转速对泵效影响研究与应用

螺杆泵井转速对泵效的影响研究与应用

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摘要：螺杆泵井转速对油井的容积泵效影响较大，但其影响关系各方面的意见却不尽一致。本文全面阐述螺杆泵井转速对泵效的影响机理，并通过分别分析转速对泵漏失、泵充满度的影响关系，拟合出其理论计算公式，得出了转速越高泵效越低的最终结论，并通过室内试验与现场应用的验证，为通过合理增大泵排量、降低转速方式来提高泵效与系统效率提供理论指导。

主题词：螺杆泵采油；转速；泵效

1 引言

随着国内各油田各螺杆泵采油的广泛应用，如何提高泵效成为采油技术人员的重要研究课题之一，在影响泵效的各相关因素中，只有转速是可以在油井的工作中可根据井况灵活调整，所以研究转速对泵效的影响，确定合理的转速，对螺杆泵井的产量提高与节能增效具有重要的实际意义。

许多人认为螺杆泵井转速与泵效的关系是正比的关系，即转速越高，泵效越高，而高转速又会加速泵与杆柱的磨损，所以对于转速的高与低存在两难的选择。其实转速越高泵效越高仅仅是在对螺杆泵进行地面水力测试试验得出的结论，而在井下泵的实际工作中，在综合油井的各项影响因素后，结论正好相反，即转速越低，泵效越高。

2 螺杆泵生产井泵效和转速的关系数据统计与分析

为了明确螺杆泵井转速对泵效的影响关系，通过螺杆泵生产的月度数据报表中的相关数据进行了统计工作，以下为以具体实例：

统计数据来源：随机选取单月生产数据。

统计条件：

符合统计条件的螺杆泵井共374井，数据统计结果如下：

统计结论：转速越高，泵效越低。

统计结论分析：在螺杆泵井的工作过程中，转速主要通过两个方面对泵效的施加影响，即泵的漏失与泵的充满程度，且影响结果相反：一方面是转速越高，漏失越少，致使泵效越高；另一方面是转速越高，泵的充满程度越差，致使泵效越抵。井下泵工作中的泵效综合了这两种影响，但其中漏失的影响程度小于泵充满程度的影响，所以转速越高，泵效越低。

3 泵的漏失与转速的关系分析

3.1 转速对漏失的影响定性分析验证

在螺杆泵的地面水力测试中，只有漏失影响泵效，所以研究转速与漏失的影响只需研究地面水力测试中泵效随转速的的变化。下图为某泵的不同转速下的水力测试泵效曲线，从曲线中可获得两点认识，一是转速越高，泵效越高；而是泵压差越大，转速对泵效的影响越显著。

3.2 转速对漏失的影响的定量计算

通常泵工作压差与泵承压能力的关系用临界压差临界P 来表示，我们将螺杆泵水力测试中泵容积效率降到90％时所承受的压差定义为该泵的临界压差（临界P ），其值与泵定转子过赢成正比。

为了定量的分析转速对泵漏失的影响，我们将其影响归结为转速对临界压差的影响，经过相关数据分析与拟合，得出转速与临界压差影响关系可用下式体现：

)100(024.01-*+⨯=n k P

δ临界

（公式1）

式中：δ -----泵的定转子过盈值，（mm ）

n ------泵转速，（r/min ）

通过对大量泵水力测试数据的统计与分析，我们拟合出漏失影响的泵效η计算公式为：

在泵压差<临界压差时：

%100)1

.01(*∆-=P P 临界

η （公式2）

在泵压差>临界压差时:

%10081.0)(*+∆-=

P P a 临界η （公式3）

式中：a 为与临界压差有关的变量（拟和取值为0.12）

P ∆-----泵工作压差，（Mpa ）

3.3 转速对井下泵漏失的影响分析

通过上节分析可知，只有当泵的工作压差大于临界压差时，及漏失量达到一定规模时，转速对漏失的影响才会显著。而在井下泵的实际工作中，由于溶胀等因数的导致过盈增大，多数情况下都是临界压差大于泵的工作压差，而此时井下泵的漏失量受转速的影响幅度不大。

4 泵充满度与转速的关系分析

在地面进行的水力测试中，由于液体为水或机械油，粘度低，流动性好，所以在转速高时也能将泵空腔及时充满，而在井下泵的工作中，转速越高使流动性较差的原油越难以及时充满泵空腔，使泵效下降。

影响泵充满度的因素除了转速外，还有原油粘度、含水、沉没度等，通过数据拟合得出的泵充满度影响泵效μη的理论计算公式如下：

n P f cm w ++⨯-+

=

460500

)3.05

()100/1(303025.0μημ （公式4）

式中 μ -----原油粘度；

n -----泵转速；

w f -----含水率； cm P -----沉没压力；

5 转速对泵效的综合影响分析与应用

5.1 转速对泵效的综合影响计算

应用上面所述公式，我们将以一口井下泵过盈0.5mm，工作压差5Mpa的油井进行不同转速下的泵效计算，其影响关系如下表：

由此可见，转速对泵效的综合影响为反比关系，即转速越高，泵效越低。

5.2 现场实际应用效果

根据以上研究结果，我们将一些小泵高转速的螺杆泵井实施了换大泵调低转速的工艺措施，其平均泵效提高了4.7%，措施效果明显。

6 结论

6.1 转速对泵效的综合影响为反比关系，即转速越低，泵效越高。

6.2合理增大泵排量、降低转速不仅可以提高螺杆泵井泵效，而且能降低能耗、提高系统效率、减少杆泵的磨损、延长检泵周期。