高轉(zhuǎn)速螺桿泵采油技術(shù)研究

　　針對低轉(zhuǎn)速、大結(jié)構(gòu)螺桿泵井在生產(chǎn)過程中存在的桿管偏磨和能耗高兩個主要問題，在理論分析和總結(jié)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了高轉(zhuǎn)速、小結(jié)構(gòu)螺桿泵技術(shù)研究，重點對驅(qū)動系統(tǒng)和泵的橡膠配方等方面進行了有針對性的調(diào)整。在滿足螺桿泵井理論排量的前題下，可減小光桿扭矩，減緩磨損，降低能耗，提高系統(tǒng)效率，最終形成適應(yīng)于大排量產(chǎn)液井的螺桿泵舉升工藝技術(shù)。

1、高轉(zhuǎn)速螺桿泵結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)優(yōu)勢

　　1.1、高轉(zhuǎn)速螺桿泵結(jié)構(gòu)原理

　　高轉(zhuǎn)速螺桿泵由泵系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成。

　　1.1.1、高轉(zhuǎn)速螺桿泵泵系統(tǒng)

　　高轉(zhuǎn)速螺桿泵的泵系統(tǒng)，其舉升液體的原理與普通螺桿泵相同，但高轉(zhuǎn)速下普通泵系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)尺寸大、能耗高、偏磨嚴重等問題，針對上訴問題，我們研究出能夠適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的泵系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用了新橡膠配方和高溫粘接劑，并且新橡膠配方的機械性能指標有所提高，粘接劑耐溫強度也由150℃上升到170℃，附膠率由98%提高到100%。泵系統(tǒng)的突出特點是在高速運轉(zhuǎn)條件下，由于離心力的作用，能夠減小定、轉(zhuǎn)子間過盈量，泵容積效率和單級承壓不受影響，摩擦扭矩降低，從而提高了泵的系統(tǒng)工作效率。根據(jù)泵的特性曲線可知，由于泵的抽吸能力在泵壓較低時高轉(zhuǎn)速螺桿泵與低轉(zhuǎn)速螺桿泵的性能幾乎相同，但隨著泵壓的提高，由于高轉(zhuǎn)速螺桿泵橡膠硬度的增強，其特性明顯好于低轉(zhuǎn)速、大結(jié)構(gòu)的螺桿泵。

　　1.1.2、高轉(zhuǎn)速螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)

　　在高轉(zhuǎn)速螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)研究中，地面直驅(qū)裝置及其密封問題的解決是技術(shù)關(guān)鍵。普通螺桿泵的驅(qū)動系統(tǒng)采用二級減速原理，并且驅(qū)動頭由于自身設(shè)計等原因轉(zhuǎn)速提高不上去，不適合高轉(zhuǎn)速螺桿泵的運轉(zhuǎn)。高轉(zhuǎn)速螺桿泵地面直驅(qū)裝置采用液壓剎車驅(qū)動，液壓剎車驅(qū)動裝置是由原動機，液壓電機和液壓傳動部分組成。采用皮帶傳動一級減速原理，傳動效率大于93%，與在用驅(qū)動相比提高10%以上。并設(shè)有液壓防反轉(zhuǎn)裝置，當反轉(zhuǎn)時，緩慢釋放抽油桿倒轉(zhuǎn)速度，液壓控制光桿反向扭矩自動釋放機構(gòu)的防反轉(zhuǎn)效果非常顯著。整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、成本相對較低。

　　高轉(zhuǎn)速螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)采用填料密封與正作用密封組合的新型密封結(jié)構(gòu)。填料密封部分分六道盤根進行密封，由于最上部和最下部的磨損最為嚴重，故其耐磨性和抗硬化性能突出;中間部位的密封帶膠心，具有彈性補償功能，自潤滑和柔韌性突出。正作用密封在支撐座的填料密封腔的下部，能有效的阻止密封液體沿光桿上移至填料密封腔。

　　1.2、高轉(zhuǎn)速螺桿泵的技術(shù)優(yōu)勢

　　與相同排量的大泵型螺桿泵運行時相比，高轉(zhuǎn)速螺桿泵具有下述幾點優(yōu)勢。

　　1.2.1、能夠降低能耗，減輕地面設(shè)備負荷

　　低轉(zhuǎn)速、大泵型的螺桿泵在生產(chǎn)過程中，表現(xiàn)出能源消耗大、抽油桿的尺寸大、地面設(shè)備負荷高等問題。而高轉(zhuǎn)速螺桿泵是對定子橡膠配方有針對性進行調(diào)整，使螺桿泵運行轉(zhuǎn)速可達到250 r/min，用∮28的實心桿代替∮42空心桿，降低了能耗，減輕了地面設(shè)備負荷。

　　1.2.2、系統(tǒng)效率提高

　　高轉(zhuǎn)速螺桿泵匹配的地面直驅(qū)驅(qū)動裝置，其傳動效率大于93%，與L5型驅(qū)動相比提高10%以上。與同排量大結(jié)構(gòu)、低轉(zhuǎn)速螺桿泵相比，系統(tǒng)效率提高8%以上。

　　1.2.3、可以有效地緩減桿管偏磨

　　對近年來檢泵井中桿管偏磨井統(tǒng)計分析表明，泵型較大井，偏磨較嚴重，占偏磨總井數(shù)的83.3%。而運行高轉(zhuǎn)速螺桿泵，在相同的排量要求下，可以選擇較小一級泵型，在不增加螺桿泵頭數(shù)的同時，降低了匹配的抽油桿桿徑，增大了液體過流面積，減小了液體的流動阻力，有效地緩減桿管偏磨。

2、高轉(zhuǎn)速螺桿泵現(xiàn)場試驗及應(yīng)用效果

　　2.1、高轉(zhuǎn)速螺桿泵井參數(shù)選擇原則

　　高轉(zhuǎn)速螺桿泵需要匹配專用的驅(qū)動裝置，其下井施工時參數(shù)選擇跟普通螺桿泵一樣，由于它轉(zhuǎn)速高，因此在相同的排量要求下，它可以選擇較小一級泵型，相應(yīng)的桿柱選型也可以減小，扶正器數(shù)量也可適當減少。在下泵設(shè)計選擇參數(shù)時，根據(jù)油井產(chǎn)能，在滿足供排要求的前提下，選擇合適的泵型、桿徑以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

　　2.2、高轉(zhuǎn)速螺桿泵井試驗情況

　　目前地面直驅(qū)高轉(zhuǎn)速螺桿泵研究現(xiàn)場試驗正在進行當中，250 r/min以下高轉(zhuǎn)速井下泵由于對泵的橡膠配方進行了有針對性的調(diào)整，前期選擇5口井進行試驗，其中有2口井是抽油機轉(zhuǎn)螺桿泵井，1口井是電泵轉(zhuǎn)螺桿泵井，轉(zhuǎn)后電流都明顯下降，泵效有所提高，產(chǎn)量變化不大。

　　以X-5井為例，該井泵型由1600調(diào)整為500，轉(zhuǎn)數(shù)由103r/min上調(diào)為210r/min，調(diào)運行電流下降了10A，泵效提高了24.8%，達到了83.4%。

　　現(xiàn)場試驗表明高轉(zhuǎn)速螺桿泵由于提高了生產(chǎn)轉(zhuǎn)速，井下泵型變小，運行電流和扭矩降低，驅(qū)動桿可降級使用，以800型高轉(zhuǎn)

　　速螺桿泵250 r/min運轉(zhuǎn)，可代替目前常規(guī)的2000型低轉(zhuǎn)速螺桿泵100 r/min情況下生產(chǎn)，雖然理論排量相同，但運行電流最少降低8A，扭矩降低10%以上，螺桿泵井系統(tǒng)效率提高8%以上。

3、效益分析

　　3.1、經(jīng)濟效益

　　3.1.1、節(jié)約成本

　　一是降低配套設(shè)備的成本：高轉(zhuǎn)速螺桿泵匹配的地面直驅(qū)驅(qū)動裝置在4萬元以內(nèi)，與常規(guī)L5型驅(qū)動裝置每臺6萬余元相比，每臺可節(jié)省成本費用2萬余元。二是節(jié)省桿泵費用。高轉(zhuǎn)速螺桿泵井下泵泵型變小，驅(qū)動桿可降級使用，由∮28實心桿代替∮38或∮42mm空心D級桿，每米分別節(jié)省費用8.77或20.87元，每口井桿按1000米計算，可分別節(jié)省0.877或2.087萬元。因此，投產(chǎn)一口高轉(zhuǎn)速螺桿泵帶來的經(jīng)濟效益為：2.0+1.92+2.09=6.01萬元。

　　3.1.2、節(jié)約能源

　　應(yīng)用高轉(zhuǎn)速螺桿泵舉升工藝技術(shù)前，平均單井日耗電為365.76KWh，轉(zhuǎn)后平均單井日耗電為275.28kWh，即平均單井日節(jié)電為90.48KWh，年節(jié)電3.3×104kWh。電費以0.5142元/kWh計算，年可節(jié)約電費1.69萬元。

　　3.2、社會效益

　　驅(qū)動桿降級使用后螺桿泵的桿管匹配變得合理，液流通道加大，桿柱的受力狀態(tài)得到改善，桿管偏磨有效降低，減少檢泵次數(shù)，為螺桿泵正常生產(chǎn)提供保障。

4、結(jié)論及認識

　　(1)在相同理論排量的情況下高轉(zhuǎn)速螺桿泵有望解決普通大泵型螺桿泵井存在的能耗高、泵效低、桿管偏磨嚴重等問題，適應(yīng)于大排量油井生產(chǎn)，將是今后螺桿泵井的發(fā)展趨勢。

　　(2)高轉(zhuǎn)速螺桿泵采用了新橡膠配方和新型密封結(jié)構(gòu)，其配套技術(shù)的研究成功對完善螺桿泵技術(shù)具有重要意義。

　　(3)目前應(yīng)用高轉(zhuǎn)速螺桿泵還處于摸索、試驗階段，下一步，我們會對試驗井繼續(xù)進行現(xiàn)場跟蹤，多獲取現(xiàn)場第一手資料，不斷豐富、完善高轉(zhuǎn)速螺桿泵采油技術(shù)。