应用螺杆泵工作特性曲线优化设计

1、应用螺杆泵工作特性曲线优化设计杨金贤 , 王少波（大庆油田有限责任公司 第九采油厂 , 黑龙江 大庆 163853摘 要 :通过螺杆泵的工作特性曲线 , 分析影响螺杆泵工作特性的主要因素 , 并根据我厂油田实际 情况对螺杆泵井过盈量 、 泵深等进行优化设计 , 尽可能 使螺杆泵在螺杆泵工作特性曲线的高效区工作 , 通过在试运行期间对生产参数进 步优化调整 , 使螺杆泵与采油井之间合理匹配 , 从而达到发挥油井产 能的目的 。关键词 :螺杆泵 ; 工作特性曲线 ; 优化设计 1 前言螺杆泵生产过程中 , 曾出现定子与转子抱死 、定 子橡胶脱落 、 杆柱断脱和举 升能力不足等现象 , 造成 螺杆泵

2、早期失效 。 经分析认为 , 除产品质量问题外 , 还与 螺杆泵井的施工设计密切相关 。 如果油井的供 液能力强 ,a 6040N一_卄1"- T i 十-100*6 «8 10 12而泵的排量小、扬程高，和总效率低，热,会加速橡胶老化。，的排量过大， 胶急剧升温,增加了定转子之间的摩擦力，在摩擦热不能及时散发的情况下，极易导致橡 胶烧焦或定转子抱死,造 成螺杆泵早 期失效因此,就必，泵的容积效率、系统效率及扭矩与举升高度之 间的关系，该曲线反映了泵的工作特性，也是螺杆泵 的设计、制造与合理应用的 重要依据。下图为通过实 验绘制的典型螺杆泵的工作特性曲线 。3螺杆泵工作特性

3、的影响因素分析影响螺杆泵工作特性因素很多，主要有两个因 素：一是定子与转子间的过盈量； 二是转子的转速。3. 1过盈量的影响螺杆泵的工作原理决定了要保证一定的泵效就必须使定 、 转子表面的接触线保持充分密封 , 而密 封的程度取决于转子与定子间的过盈量 。因此 , 过盈 量的大小直接影响泵效的高低 。一方面 , 过盈量大可 获得较高的泵效 , 但是抽油杆的扭矩增加 , 易出现油 管 、 抽油杆断脱现象 , 并且定子橡胶磨损加剧 , 影响7内蒙古石油化工2009 年第 16 期收稿日期 :2009-05-21泵的寿命 ; 另一方面 , 过盈量小虽然不易出现上述问 题 , 但泵的容积效率过低 ,将

4、降低泵的系统效率 。 因此 , 要对过盈量进行合理地选择 。 所谓合理的过盈 量 ,就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条 件下的过盈量值 。3. 2 转子转速的影响转子的转速决定了螺杆泵的排量 , 在油井产能 允许的条件下 , 转子的转速越高 ,排量就越大 。 但是 , 转速越高 , 抽油杆的离心力就越大 , 抽油杆的弯曲振 动就越严重 , 抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就 随之增大 , 同时 , 举升高度也将因沿程损 失的增加和 定子橡胶磨损的加速而下降 。 因此 , 转子的转速不宜 过高 。除了上述两个因素之外 , 还应注意粘度的影响 。一方面 , 粘度增加使得漏失量减小 , 有利于提

5、高泵的 容积效率和系统效率 ; 另一方面 , 粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度 , 泵的 容积效率和系统效率也随之降低。同时 , 泵的摩擦增 大将增加阻力扭矩 。4 螺杆泵井优化设计, 高效区和低效 区 。 , 必须通过泵 型的合理选择 、 过盈量值的确定 、泵深的优化设计 等 , 来实现这一目的 。4. 1 泵型选择螺杆泵额定压力包括三部分 :流程干线回压 ; 泵举升液体产生的压力 ; 产液在井下油管内流动产生的沿程阻力损失 。螺杆泵的压头 :? P =P a尸吸=P d +P z +P m -P h -P c螺杆泵的公称排量按下面的公式计q = Q (1440n r

6、X06根据泵的额定压力以及泵的单级承压 , 求出泵的级数 ; 根据泵的排量 , 选择泵的公称排量。然后将泵的公称排量与级数相结合 , 组成一个理想泵型(如 :120-27型螺杆泵 , 如果实际泵型中不包括理 想泵型 , 则将所选泵型的公称排量 或级数适当加大 , 选与理想泵型最接近的标准泵型作为最佳泵型 。 4. 2 过盈量值 的确定螺杆泵在井下工作时 , 其过盈值主要由三部分 组成 :一是给定的初始过盈值 ;二是热膨胀造成的过盈值 ; 三是橡胶在原油中 , 由油溶胀造成的过盈值。由于我 厂龙虎泡油田平均油层中深1520m ,油层温度69C ,通过取样做定子橡胶与原油物性配伍性实验 , 发现螺

7、杆泵定子橡胶溶胀率较高 , 如果按常规油田过盈量值配 泵，将易发生卡泵现象，为此，根据实验结果将原过盈量值由0. 450. 55mm确定为适合于龙虎泡油田的 0. 30. 4mm 。4. 3 泵深设计泵深设计应依据油井产能及供液能力综合考 虑。油井的供液能力可以用该公 式表示 :Q =J (L -H 沉 -L 静 , 由此作出油井供液能力曲线 , 曲线表明油井的日产液 量与动液面深度成正比 , 由此可根据油井预计产能 , 来预测油井的动液面深度 , 动 液面深度加上沉没度即得泵深 。泵深计算公式 :L =Q J + H 沉 +L 静。其中泵的沉没度一般控制在 200300m 之间。 4. 4

8、锚定工具设计态 , 避免支撑卡瓦造成油管易弯 。 生产参数的优化螺杆泵采油管柱经过优化设计 , 其工作状态落 在高效区 , 但整个系统的机械效 率并不一定最高 , 在 螺杆泵开井试运行期间 , 要随时注意动液面变化 , 根 据油井的 动液面及产量合理调整螺杆泵的转速 , 在 保证油井产能的前提下 , 最大限度地将工作点调整 到系统效率最高点附近 。通过对螺杆泵井进行优化设计 , 并现场推广应用 9 口井 , 平均泵效达到 62. 0%,17目前已见到较好效 果 。5 结论通过分析螺杆泵工作特性曲线 , 影响螺杆泵工作特性因素主要是定子与转子间的过盈量和转子 的转速 。螺杆泵井优化设计可以保证螺杆泵的正常工作沉没度 , 改善定转子之间的润滑条件 , 从而提高螺 杆泵的使用寿命 , 延长油井的运转周期 。通过螺杆泵采油井泵型的优选及生产参数的 优化调整 , 可以保证螺杆泵的工 作点处于高效区 , 进 而发