大慶油田采油螺桿泵應(yīng)用合理轉(zhuǎn)速分析

　　從采油螺桿泵的“機、桿、泵”角度分析，確定螺桿泵的合理轉(zhuǎn)速范圍。在試驗基礎(chǔ)上，對比分析實現(xiàn)同排量的低轉(zhuǎn)速大泵和高轉(zhuǎn)速小泵的額定壓力點扭矩值。探討以較高轉(zhuǎn)速螺桿泵在大慶油田應(yīng)用的可行性，為今后進(jìn)行螺桿泵的合理配套和使用提供技術(shù)支撐。

1、概述

　　采油螺桿泵以其一次投資少、節(jié)能高效、適應(yīng)能力強的特點在大慶油田獲得廣泛的應(yīng)用。在螺桿泵應(yīng)用初期，螺桿泵高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)帶來很多負(fù)面的影響，因此螺桿泵以低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可。然而，通過大慶油田8100 多口螺桿泵井的應(yīng)用分析，螺桿泵的整體應(yīng)用效果優(yōu)勢并不比抽油機等其它機采方式明顯，主要原因之一是由于螺桿泵應(yīng)用的轉(zhuǎn)速偏低，致使螺桿泵采油系統(tǒng)效率低，檢泵周期短，安全性差，維修費用高。大慶油田螺桿泵機采井的平均運行轉(zhuǎn)速約為100r/min，有較大的提升空間。

2、轉(zhuǎn)速對井下螺桿泵的影響分析

　　為驗證轉(zhuǎn)速對螺桿泵的影響， 進(jìn)行了GLB280- 20 和GLB800- 20/K 的試驗對比，數(shù)據(jù)見表1。

　　分析表1 數(shù)據(jù)得出：螺桿泵的排量是隨轉(zhuǎn)速的提高，線性增加的，排量與轉(zhuǎn)速成正比。扭矩隨轉(zhuǎn)速的升高扭矩有波動，但整個過程中扭矩變化不大。轉(zhuǎn)速和排量的增加，對泵的扭矩影響不大。分析表2 中數(shù)據(jù)可知，在壓力相同和排量幾乎相同情況下，GLB800- 20/K 的扭矩是GLB280- 20 泵的2.36 倍。由此可知，在較高轉(zhuǎn)速下使用小排量泵替代大排量泵，而且泵的工作扭矩顯著降低。

　　螺桿泵既是容積泵，又具有部分離心泵的特性。在大慶油田多數(shù)螺桿泵井以低速運轉(zhuǎn)，只是利用了螺桿泵的容積泵特點，而離心泵的特點沒有充分利用，致使螺桿泵的生產(chǎn)制造走向以下兩個誤區(qū)：

　　2.1、為提高揚程和泵效，只得增加螺桿泵定轉(zhuǎn)子的過盈量。增加定轉(zhuǎn)子過盈量又會產(chǎn)生定轉(zhuǎn)子相對扭矩增大，嚴(yán)重的定轉(zhuǎn)子抱死。

　　2.2、為提高揚程，不得已增加螺桿泵的級數(shù)。級數(shù)的增加也會使定轉(zhuǎn)子的相對扭矩增大，增加桿柱和地面驅(qū)動設(shè)備的負(fù)荷。在選用較高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的小排量泵替代大排量泵時，一定要兼顧螺桿泵的定轉(zhuǎn)子過盈量合理設(shè)計，充分利用橡膠的溫脹和溶脹的特性，定轉(zhuǎn)子的磨損量要靠溶脹和溫脹的特性來補償。為防止定子橡膠的溶脹將定轉(zhuǎn)子抱死，適當(dāng)?shù)哪�損可以抵消一部分橡膠的溶脹量。充分利用螺桿泵的離心泵特性，在保證螺桿泵的揚程前提下，確定螺桿泵的合理設(shè)計級數(shù)，避免不必要的投入。采用同排量下采用高轉(zhuǎn)速小泵扭矩的降低而產(chǎn)生了4 個方面的有益效果：

　　a.可以減小地面驅(qū)動裝置的功率，減少設(shè)備成本，節(jié)約能源;

　　b.可以減小抽油桿徑，增加桿、管的環(huán)形空間，減小抽油桿接箍與油管磨損的幾率，提高螺桿泵的檢泵周期。

　　c.抽油桿直徑的減小，降低了驅(qū)動裝置的軸向負(fù)荷，提高驅(qū)動裝置的運行壽命;

　　d.泵扭矩的減小，可以降低桿扶正器對油管作用的徑向分力，減小桿、管的磨損，進(jìn)一步提高螺桿泵的檢泵周期。

　　e. 由于采用高轉(zhuǎn)速小泵使桿柱積累的扭矩和液位差產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)扭矩降低，提高了螺桿泵采油系統(tǒng)的安全性。

　　從井下泵角度分析，提高現(xiàn)有螺桿泵運行轉(zhuǎn)速十分必要的。

3、轉(zhuǎn)速對桿柱的影響分析

　　前面通過試驗， 得出280r/min 的GLB280- 20 泵的排量與150r/min 的GLB800- 20/K 泵相當(dāng)。假設(shè)這兩種螺桿泵應(yīng)用于同一口油井，使用相同的油管，泵掛深度1000m，產(chǎn)量、油壓和套壓相同情況下，動液面500m，井液平均粘度為10mPa.s。假設(shè)GLB280- 20 泵選用CYG22 實心抽油桿， 轉(zhuǎn)速280r/min ;GLB800- 20/K 選用CYG25 實心抽油桿，轉(zhuǎn)速150r/min。通過計算對兩種抽油桿進(jìn)行拉力和扭矩數(shù)據(jù)對比。

4、轉(zhuǎn)速對地面驅(qū)動裝置的影響分析

　　地面驅(qū)動裝置溫升是制約螺桿泵轉(zhuǎn)速提高的主要因素。國內(nèi)螺桿泵驅(qū)動裝置由于制造工藝水平落后，減速箱體等零件加工精度差，致使整機裝配精度不高。因為國內(nèi)螺桿泵運行的低轉(zhuǎn)速必須采用2 級減速結(jié)構(gòu)，即齒輪副和皮帶輪的2 級減速，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計相互作用的摩擦副較多，支撐的軸承組和密封的密封圈以及嚙合的齒輪都增加熱量，使溫度升高。在加載試驗時溫升較高，尤其轉(zhuǎn)速提高到200r/min 以上時，溫升超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。由于采用較高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，一方面可以減小抽油桿的桿徑，從而減輕了桿柱重量加載地面驅(qū)動裝置的軸向負(fù)荷，進(jìn)而減少驅(qū)動裝置的溫升。另一方面降低了扭矩，降低了驅(qū)動裝置的電機功率。目前，提高國內(nèi)驅(qū)動裝置的加工水平是高轉(zhuǎn)速螺桿泵驅(qū)動裝置廣泛應(yīng)用的前提。如果采油螺桿泵采用較高的轉(zhuǎn)速，可以效仿國外的驅(qū)動裝置采用皮帶輪1 級變速，減少了生熱的部位，溫升就能夠滿足規(guī)定要求。

　　在驅(qū)動裝置較高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，許多人有一種偏見：運行轉(zhuǎn)速高，皮帶輪容易飛出，安全性差。在采油廠多次發(fā)生的飛輪事故中都是反轉(zhuǎn)過程中皮帶輪運轉(zhuǎn)超過極限速度時碎裂飛出，沒有一臺驅(qū)動裝置是正轉(zhuǎn)運行時皮帶輪碎裂飛出的。影響驅(qū)動裝置安全性最大的是扭矩積累的勢能而不是運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高低。

5、結(jié)論和認(rèn)識

　　5.1、合理提高螺桿泵的工作轉(zhuǎn)速，可以由小排量泵替代大排量泵，降低了螺桿泵的工作扭矩和軸向負(fù)荷，提高了地面系統(tǒng)的安全性和使用壽命。

　　5.2、通過合理選用抽油桿和桿扶正器，優(yōu)化布置，增大桿管的環(huán)形空間，減小管桿偏磨，可以在較高轉(zhuǎn)速下，達(dá)到延長螺桿泵的檢泵周期目的。

　　5.3、小排量泵較高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，所配的抽油桿直徑小、驅(qū)動裝置功率小，直接降低螺桿泵的一次性投入成本，降低了系統(tǒng)能耗。必要時，可以采用上粗下細(xì)的組合抽油桿也是一個較好的辦法。

　　5.4、通過不斷提高螺桿泵的工藝水平，提高螺桿泵定轉(zhuǎn)子的加工精度，提高螺桿泵定子橡膠的適應(yīng)性。通過優(yōu)化組合、合理配套，國產(chǎn)螺桿泵的應(yīng)用水平一定會有質(zhì)的飛躍。