国外螺杆泵新技术的新进展

国外螺杆泵新技术的新进展

近年来，国外在螺杆泵新技术和新材料的研究和开发方面取得了巨大成功。我国应用螺杆泵进行开采作业也有20多年的历史,但是,就其应用规模和技术水平而言,与国外仍有一定差距。笔者在此介绍国外石油公司几项有代表性的新工艺和新思路,以供同行们借鉴。中气量和排量泵加拿大Weatherford公司开发了一种等壁厚定子螺杆泵,在磨蚀和高压条件下,使用寿命和常规螺杆泵相同,与常规螺杆泵相比,等壁厚螺杆泵的泵体短、扭矩小、易于洗井。截至2002年,中排量等壁厚螺杆泵已经运转2a,并仍在运行;大排量泵运行达1a。应用表明,其工作扭矩非常低,对电动机功率需求低。该型泵具有以下优点:①提高散热效率;②单级泵压差增大,可以缩短泵的长度,减小扭矩和功率;③橡胶溶胀、热胀均匀;④适应范围更广;⑤结构更加优化;⑥转子不需抛光;⑦泵体质量更轻;⑧为洗井和压力监测提供了通道。2.镍/实木改性镍/扩大碳氢水剂泵加拿大CAN-K公司开发了一种金属定子螺杆泵,其定子采用高铬钢材料(铬含量达28%)制作,定子表面采用碳化钨加镍/钴粘合剂,定子表面覆盖8～10mm的尿烷或氟化橡胶。该型泵主要具有以下优点:①使用较少级数实现高压头;②可处理高含砂井液;③发生事故时,不需要起出转子,从而减少了作业费用。目前该工艺还存在以下缺点:①成本较高,是普通螺杆泵的3～4倍,但批量增加可降低成本;②扭矩较高;③由于产生热量高,对气井的适应性不强;④目前仍处于开发阶段,还不成熟。3.复合材料的制备美国G-PEX公司开发了性能类似于金属定子螺杆泵的产品——合成材料螺杆泵,其定子采用专利配方的合成材料制作,耐磨性高于钢铁,其中加入了减少摩擦的试剂,加工精度更高;转子表面覆盖一层聚氨酯,适用于磨蚀条件,力学性能更好,适应流体和烃的范围广,同时采用等壁厚结构,提高系统效率。该型泵的优点是,被磨损的是螺杆,而不是螺杆泵本体。4.新型泵的特点加拿大Weatherford公司对原有插入式螺杆泵的结构进行了改进,新型泵主要具有以下优点:①油管内无障碍;②顶部坐封,在油管和定子内不会沉砂;③采用金属坐封环,坐封力增大;④无须改变管柱即可适应几种规格螺杆泵;⑤可以洗井。5.多hp口螺杆泵美国CORLAC公司针对稠油开采开发了一种专利产品——多吸入口螺杆泵,在泵吸入端磨铣出几个孔,以增加泵的流入面积。该型泵适用于高粘度、流入动态差、吸入段塞、出砂等油井环境中作业,现场试验表明,该泵运行寿命大大延长。旋转式抽油杆东南角旋转器美国R&M公司开发了多种结构的抽油杆扶正器,主要有以下几种。(1)卡装式抽油杆扶正器,其优点是现场安装,磨损率低;其缺点是缚紧应力低,减小过流面积,耐温低(76.7℃)。(2)接箍旋转式抽油杆扶正器,其优点是现场安装,低磨损,能保护抽油杆接箍,减小扭矩;其缺点是减小过流面积,不能扶正杆体,耐温低(60℃)。(3)旋转式抽油杆扶正器,其优点是过流面积大,减小扭矩,高缚紧力;其缺点是室内安装,耐温低(60℃)。(4)耐高温旋转式抽油杆扶正器,其优点是低扭矩,过流面积大,高缚紧力,耐高温204.4℃;其缺点是室内安装,在杆体上旋转。R&M公司开发了适合于法兰连接和螺纹连接的油管旋转器,其优点是:①对于生产油管内圆周均匀磨损提供了一种有效的方法;②减小摩擦损失和流动阻力,提高运行效率,延长泵寿命;③在磨蚀环境下,降低颗粒的流速,减少磨损;④可用于往复抽油泵或螺杆泵;⑤适合于所有API标准的法兰和井口;⑥油管直径最大可达114.3mm;⑦采用扭矩限制器防止油管承扭过大;⑧作业过程中,旋转器固定;⑨可以和抽油杆扶正器配合使用,提高油管防磨效果。使用示例1.螺杆泵井筒引入水平井美国Phillips石油公司在委内瑞拉Hamaca油田使用螺杆泵系统进行开采,应用条件如下:油藏深度609.6～944.9m,地层压力6.2～8.3MPa,生产油气比1750,粘度在54℃时为2500～4400mPa·s;螺杆泵应用于水平井,井筒最大造斜率6°/30.5m,泵下入到水平井造斜段,井斜80°。油田现场应用表明,大排量螺杆泵系统和原来使用的小排量螺杆泵相比,在相同转速下排量增加;在较低转速下可延长运行时间;油井气油比增加时可以保持油井产量不变;可以在高油压条件下进行生产。2.复合橡胶的力学性能法国Kudu公司在蒸汽辅助重力泄油生产井中率先使用螺杆泵。在蒸汽辅助重力泄油条件下,对螺杆泵的主要限制是橡胶的耐高温性能。Kudu公司使用了自己开发的198橡胶,耐温可达165℃,具有良好的耐磨性能和耐H2S、C02、烃性能。设计中对定子的几何参数进行了调整,以适应高温环境。室内及现场试验表明:①耐高温定子橡胶已经接近现场试验要求;②在转速400r/min时,127mm油管排量为800m3/d,171.5mm油管排量为1500m3/d,大排量举升取得成功;③抽油杆柱在大排量下扭矩增加,其适应性需要完善;④系统功率大,需要使用大排量驱动装置(73.6～147.1kW)。螺杆泵新材料在螺杆泵中的应用效果从以上新的技术成果可以看出,国外螺杆泵举升工艺技术的研发工作呈现出以下几个特点:(1)新材