螺杆泵井合理转速的确定与应用

螺杆泵井合理转速的确定与应用
摘要:螺杆泵采油转子转速大小直接影响泵的效率和寿命,不同的环境因素、不同的工况、不同的泵结构参数以及泵在不同使用时期下,对泵的特性有不同的要求,那么转速也就有不同的选取。

如果选取不合理转速,螺杆泵高效节能优点就发挥不出来,本文从影响螺杆泵转速选取的几个重要因素,从理论和实际应用两方面进行了分析讨论,对螺杆泵转速的合理性进行确定,达到提高螺杆泵井合理化生产的目的。

主题词:螺杆泵合理转速确定
引言
螺杆泵采油技术以其一次性投资少、管理方便、节能效果好等优势,逐渐成为油田注水开采后期一种较为经济有效的机械采油方法之一,尤其适合于稠油、高含气、高含砂油井的开发。

在螺杆泵的日常管理中,转速的确定尤为重要,合理的转速应当与油井的的工况及螺杆泵的结构参数相匹配。

如果转速选择不当,即会使泵效下降,还会影响泵的寿命。

本文针对影响螺杆泵转数的几个主要因素进行讨论,为确定合理转速提供参考依据。

1、螺杆泵井工况分析
螺杆泵的转速应用与油井的工况相匹配,不同的工况对转速有不同的要求。

螺杆泵转速影响较大的因素是原油粘度,原油粘度影响泵的充满系数,当泵的转子旋转时,在泵的吸入口处泵的空腔容积逐渐变大,这时,只要有一定压差,原油便可迅速充满空腔。

泵的转速越高,流道内液流的轴向速度就越大。

若油液粘度较大,则因其流动性差,泵吸入口的水力阻力将变的很大,油液就不能很快充满吸入腔,使泵的容积效率急剧下降。

由于油液不能完全充满泵的密封腔以及油液中大量气泡的产生,造成转子、衬套之间的局部干摩擦,并有剧烈的振动和噪声产生,会对泵的寿命产生严重的影响。

对于地面驱动的螺杆泵,还要克服抽油杆柱在井中旋转所受到的流体阻力。

根据流体力学,假设牛顿流体μ为常量,在等速旋转的条件下,作用在抽油杆上流体转动阻力为:
M=πμd12d22Lω/(d12-d22)(1)
式中,μ为原油粘度,Pa.s;ω为抽油杆旋转角速度,rad/s;L为抽油杆长度,m;d1,d2分别为抽油杆外径、油管内径,m。

由(1)式可见,在粘度较大时,如果转速过高,阻力矩变就很大,不仅会引起泵的机械损失增大,还会对抽油杆的强度造成一定的影响。

所以,当抽吸的油液粘度较高时,泵的转速应低些。

对于地面驱动的螺杆泵采油系统,常用转速一般为50-200r/min。

螺杆泵的转速大小还应与油井的产量相匹配,保证泵的流量不大于油井的产量,如果油井供液不足,采油指数很低,而泵的流量大,井筒内静液面较高,既出现负沉没度,泵中介质不仅有析出气,还有从套管直接吸入的气体,致使泵长期在排气状态下工作。

由于定、转子间没有足够的液体润滑,摩擦热又不能散发,定子橡胶急剧升温,促使橡胶膨胀,增加了对转子的抱紧力,抱紧力又促使摩擦力增加,这种恶性循环使橡胶很快烧焦,导致泵很快失效。

2、螺杆泵的效率
螺杆泵的转速选取与泵效有直接的关系。

大家都知道螺杆泵具有容积泵和离心泵的特点。

容积效率随转速的增大而增大,而机械效率随转速的增大而稍微有所降低。

显然,当转速较高时,容积效率也较高,而机械效率稍低。

但总效率仍较大。

所以,从提高泵效的角度出发,泵的转速应尽可能取得大一些。

我们在平时工作中积累了一些调整转速的经验,对于高沉没度低泵效井采取调大转速的方法,能够提高产量,同时泵效也相应提高。

3、衬套的磨蚀
螺杆泵衬套磨蚀主要有摩擦磨损、疲劳磨损及磨砺磨损等。

研究表明,泵的衬套磨损量与工作转速的平方成正比。

转速越高,转子、衬套之间的滑动速度越大,衬套所受的循环载荷的频率也越大,接触区的温升也越高,这就加剧了摩擦磨损及疲劳磨损的程度。

在高含砂的油井中,过高的工作转速还会加剧磨砺性磨损,造成螺杆衬套橡胶接触面凸出部分的擦伤,引起泵过早失效。

所以,从降低衬套磨损、延长泵的寿命角度来看,泵的转速不宜过高,在含砂较高或易出砂的油井生产中,泵的转速以小于100r/min为宜。

然而,降低泵的转速会对泵的容积效率造成不利的影响。

由螺杆泵的特性曲线(图一)可见,当转速降低时,容积效率也会有较大幅大的降低。

为保证低转速时的高效率,可采用降低泵的工作压力或提高泵的每级承压能力(采用高扬程的泵)的办法来补偿因转速低而引起的容积效率的下降。

这样就可做到低转速速下的高效率,同时也降低了泵的磨损,延长了泵的寿命。

这就要求新井下泵设计时要考虑周全。

另外,螺杆泵的工作转速也应与其结构参数相匹配,对于衬套的初始过盈δ0来说,δ0越大,泵的转速应越低,这样有助于降低衬套的磨损速度及提高泵的机械效率。

另外,在泵的使用初期,泵的转速宜稍取低些。

随着衬套的逐渐磨损,转子、衬套之间的间隙也会逐渐增大,故在螺杆泵的使用后期,可适当地提高转速,补偿因衬套的磨损而造成容积效率的急剧下降。

总之,随着油井的不断开采,产量将不断下降,泵的转速也要相应调节到合适的值,保证泵的实际流量不大于油井的产量,使之始终与油井产量相匹配。

例:以下面2口螺杆泵井转速调整为例,进行分析螺杆泵合理转速的确定与应用,南1-21-257调整前油井产量与工作转速不合理,转速在86 r/min时,油井产能未能充分发挥,沉没度水平高,泵效低,螺杆泵为未起到高效节能的目的;南1-32-251转速在147 r/min时,供液能力不足,沉没度低,泵效低;这2口井调整前均未达到节
能的目的;当分别调到120 r/min和97 r/min时,泵排量与油井产量相匹配较为合理,泵效提高,沉没度稳定,同时满足油井生产需要,工作制度逐步合理。

调整前后对系统效率进行测试对比,系统效率明显增加。

因此,选择泵的适当转速是很必要的。

4、结论
4.1螺杆泵转速的确定是一个非常重要而又复杂的问题,在不同的工作环境、不同工况、不同泵的结构参数以及泵的不同使用时期下,对螺杆泵的特性应有不同的要求,那么转速也就有不同的选取。

4.2若想得到螺杆泵的好的综合特性,就应对上述因素进行综合考虑,确定较为合适的转速,这样既保证一定泵效,又能保证泵的工作寿命。

4.3对于小排量螺杆泵井由于自身排量小,转速最高不宜超过150 r/min,在防止干磨的情况下,建议转速控制在100 r/min左右为宜,新井投产初期应不断调整泵的转速,达到泵与井况的合理匹配,使泵获得较长的寿命。