螺杆泵合理转速研究

螺杆泵合理转速研究
摘要：油气井测试公司地面计量作业部有螺杆泵排液设备两套，本人换班回来后使用螺杆泵设备，2014年在唐海冀东油田已经进行了四井次的施工，近期在唐71X2井进行排液作业。

螺杆泵采油作为一种重要的机械举升方法，具有很明显的特点和优势，其应用数量与水平正呈明显的上升趋势。

分析和研究螺杆泵合理转速范围，对协助油田实际生产、实现节能降耗有着重要工程实际意义。

本文通过对螺杆泵应用现状及工作中遇到的问题，结合螺杆泵结构及工作原理，对螺杆泵工作特性及其特点进行了分析；理论分析了影响螺杆泵泵效和系统效率的主要因素，主要有定子与转子间配合间隙、温度及转速；通过现场试验对抽油杆进行了受力分析，给出了确定螺杆泵合理转速范围的方法，结果表明本方法有效、可行。

关键词：螺杆泵工作特性转速泵效系统效率
螺杆泵采油是近十多年迅速发展的一种新型机采方式，特别适合高粘度、高含水、高含沙、高含气的地产油气井的原油开采，能有效克服气锁、砂卡等现象的出现。

其增产节能的优越性正日益显现。

螺杆泵试油系统也因为节能高效、体积小、重量轻、安装方便、井口占地位置小、检验周期长、一次性投资及运行费用低便于管理等优点，广泛使用于冀东油田的油气井测试作业中。

螺杆泵在使用过程中，如何能合理运用泵效，高效的生产油气，我们通过转速的调节进行分析和研究。

首先，螺杆泵的工作原理是由直驱驱动头带动抽油杆柱旋转，连接于抽油杆底端的螺杆泵转子随之一起转动，井液从螺杆泵下部吸入，由上端排出，并从油管流出井口，再通过地面管线输送至计量站。

螺杆泵是靠空腔排油，由于定子比转子多一条螺旋线，所以在转子与定子间形成一个个互不连通的封闭腔室，当转子在定子中旋转时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端均匀地挤到排出端，同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入，这样，封闭空腔随着转子的旋转而不断变换位置，并呈现周期性的重复出现，且转子沿着自己的轴线旋转的同时又平行于定子轴线并绕定子轴线沿一定的半径作圆周滚动，从而将井内的流体由底部密封腔逐级推向顶部密封腔，并逐级提高压力，这样，把杆管环空中的流体连续不断的举升到地面。

其次，螺杆泵的工作压力取决于它的级数和每级能够承受（实现可靠密封）的压力大小。

在螺杆泵结构参数确定的前提下，其级数取决于其长度，长度越大，级数越多。

而每级能够承受的压力大小，则取决于定子和转子的配合间隙（过盈）。

从而，我们发现泵的容积效率随压力升高而降低，机械效率随压力升高而升高。

因为在压力较低时，橡胶密封性能较好，液体漏失量很小，转子和定子橡胶几乎直接接触摩擦，由于橡胶的摩擦系数较大，摩擦损失也较大，机械效率低；当压力升高到有一些液体漏失时，容积效率缓慢降低，干摩擦变为有润油的摩擦，
机械效率升高；当压力继续升高，有大量液体漏失时，容积效率开始大幅度下降，转子、定子间的摩擦变为液体之间的摩擦，摩擦损失很小，机械效率很高，螺杆泵系统效率的高效区变宽，它的最高点大约在容积效率曲线的拐弯处附近。

在这一区域，泵开始被“击穿”，容积效率急剧下降，但还不是大量下降，机械效率己接近达到最大值，所以系统效率最高。

其中温度的影响对螺杆泵有好的一面，也有坏的一面，不利的因素占的比例大。

温度高，使油流特性变好，结蜡减缓，粘度降低，油流沿程损失降低，使螺杆泵的举升压头降低。

但是温度增高，会使定子橡胶发生温胀加快损坏，降低螺杆泵的举升性能，减少了螺杆泵的使用寿命，温度越高，定子与转子之间的摩擦力增加量越大，也使得螺杆泵的系统工况变差。

最后，我们发现螺杆泵工作时，受环境温度的变化因素主要有下面几个方面：
1.地层。

螺杆泵下入深度越深，即下泵深度越大，环境温度越高；
2.螺杆泵举升流体与橡胶摩擦产生大量的热量。

流体与定子橡胶摩擦产生的热量，会使螺杆泵的定子橡胶急剧升温，升温的幅度与螺杆泵抽汲油量、流体的粘度、摩擦力的大小、举升压差等多方面的因素有关。

3.油井作业时，也会使螺杆泵的温度发生变化。

如注蒸汽，可使螺杆泵定子橡胶的温度大幅度升高；如注水、泥浆等都会使螺杆泵的温度下降。

螺杆泵的定子橡胶温度受综合因素的影响。

螺杆泵不工作时，允许的温度偏高，螺杆泵在工作的过程中不允许存在超过定子橡胶的许用温度。

下泵后，螺杆泵定子橡胶的温度变化是一个重要的因素，不容忽视。

螺杆泵试油井工作过程中，管柱受力状况与抽油机井不同，由于螺杆泵连续稳定地抽汲原油，管柱不承受交变的液柱载荷。

抽油杆所受的轴向力有5种：抽油杆的重力、抽油杆在井液中的浮力、螺杆泵进出口压力差作用在转子上的轴向力、井液向上流动对抽油杆产生的摩擦力及温度效应所引起的轴向力。

经过分析研究，可以看出，转速与螺杆泵容积效率、系统效率的关系非常复杂。

为了提高螺杆泵泵效或系统效率，有时一味地增加螺杆泵转速并不能达到目的，并且往往“事与愿违”。

这就要求我们应该在深入了解螺杆泵基本工作原理的基础上，根据螺杆泵工作特性曲线来判断当前泵工作点所处区域，再结合具体情况进行增加或减小转速的调整。

同时，通过现场施工作业，我们还可以得出以下一些规律：
1.如果泵的工作点落在合理工作区外的左侧或者虽然落在最佳工作区内偏左的区域，但沉没度较高，在500m以上，且当前泵的转速较低（60r/min～100r/min），则可适当增加转速以提高系统效率，但同时泵效会有所下降，但产液量会有所增加，则沉没度会降低，趋向合理沉没度区。

对这样的情况来说，具
体调整转速的规律为：若此时沉没度在500m～700m，转速增加20 r/min左右较为合适，若沉没度在700m以上，则转速可增加得更高一些，但转速调整最高不要超过120r/min，否则杆断的可能性大大增加。

2.如果泵的工作点落在合理工作区外的右侧或者落在合理工作区内偏右的区域，但沉没度较低，在250m以内，且当前泵的转速较高（在100r/min以上），则可适当减小转速以提高系统效率，同时泵效也会有所提高，但产液量会有所降低，则沉没度会增加，趋于更合理。

对这样的情况来说，具体调整转速的规律为：若此时沉没度在100m～250m，转速减小20 r/min左右较为合适，若沉没度在100m以下，则转速可减小得更大一些。

3.如果泵的工作点已经落在靠近理论上泵系统效率曲线最高点的区域内尤其是最佳工作区内偏右的区域，则我们可以认为目前该泵的转速就是最佳的。

螺杆泵工艺在唐海四井的施工中取得了巨大的成功，为唐海油气井测试提供了重要的技术支持。

我们通过施工过程中对螺杆泵工艺的深入研究，提出了一些合理化建议，对延长螺杆泵寿命、指导螺杆泵井生产有一定应用价值。

建议：
1.螺杆泵井生产时，如果井下泵的下泵深度已经接近或超过该型泵的理论扬程，则最好采用中低转速（20r/min～100r/min），以尽量降低井下的能量损耗，有利于延长泵的寿命。

2.螺杆泵井生产时，保证在中低转速下（20r/min～100r/min）、沉没度处于200m～400m这个合理的范围内，有利于延长泵的寿命。

3.不是所有情况下增加螺杆泵转速都能达到增加泵效或系统效率的目的，应该经过计算，再根据螺杆泵工作特性曲线，并结合实际情况，具体问题具体分析、处理。