高转速螺杆泵采油技术研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)冀东油田工程技术处采油工程科 作者:刘培军

  针对低转速、大结构螺杆泵井在生产过程中存在的杆管偏磨和能耗高两个主要问题,在理论分析和总结实践经验的基础上,提出了高转速、小结构螺杆泵技术研究,重点对驱动系统和泵的橡胶配方等方面进行了有针对性的调整。在满足螺杆泵井理论排量的前题下,可减小光杆扭矩,减缓磨损,降低能耗,提高系统效率,最终形成适应于大排量产液井的螺杆泵举升工艺技术。

1、高转速螺杆泵结构原理及技术优势

  1.1、高转速螺杆泵结构原理

  高转速螺杆泵由泵系统和驱动系统两大系统组成。

  1.1.1、高转速螺杆泵泵系统

  高转速螺杆泵的泵系统,其举升液体的原理与普通螺杆泵相同,但高转速下普通泵系统存在结构尺寸大、能耗高、偏磨严重等问题,针对上诉问题,我们研究出能够适应高转速的泵系统,此系统采用了新橡胶配方和高温粘接剂,并且新橡胶配方的机械性能指标有所提高,粘接剂耐温强度也由150℃上升到170℃,附胶率由98%提高到100%。泵系统的突出特点是在高速运转条件下,由于离心力的作用,能够减小定、转子间过盈量,泵容积效率和单级承压不受影响,摩擦扭矩降低,从而提高了泵的系统工作效率。根据泵的特性曲线可知,由于泵的抽吸能力在泵压较低时高转速螺杆泵与低转速螺杆泵的性能几乎相同,但随着泵压的提高,由于高转速螺杆泵橡胶硬度的增强,其特性明显好于低转速、大结构的螺杆泵。

  1.1.2、高转速螺杆泵驱动系统

  在高转速螺杆泵驱动系统研究中,地面直驱装置及其密封问题的解决是技术关键。普通螺杆泵的驱动系统采用二级减速原理,并且驱动头由于自身设计等原因转速提高不上去,不适合高转速螺杆泵的运转。高转速螺杆泵地面直驱装置采用液压刹车驱动,液压刹车驱动装置是由原动机,液压电机和液压传动部分组成。采用皮带传动一级减速原理,传动效率大于93%,与在用驱动相比提高10%以上。并设有液压防反转装置,当反转时,缓慢释放抽油杆倒转速度,液压控制光杆反向扭矩自动释放机构的防反转效果非常显著。整个装置结构简单、稳定性好、成本相对较低。

  高转速螺杆泵驱动系统的密封结构采用填料密封与正作用密封组合的新型密封结构。填料密封部分分六道盘根进行密封,由于最上部和最下部的磨损最为严重,故其耐磨性和抗硬化性能突出;中间部位的密封带胶心,具有弹性补偿功能,自润滑和柔韧性突出。正作用密封在支撑座的填料密封腔的下部,能有效的阻止密封液体沿光杆上移至填料密封腔。

  1.2、高转速螺杆泵的技术优势

  与相同排量的大泵型螺杆泵运行时相比,高转速螺杆泵具有下述几点优势。

  1.2.1、能够降低能耗,减轻地面设备负荷

  低转速、大泵型的螺杆泵在生产过程中,表现出能源消耗大、抽油杆的尺寸大、地面设备负荷高等问题。而高转速螺杆泵是对定子橡胶配方有针对性进行调整,使螺杆泵运行转速可达到250 r/min,用∮28的实心杆代替∮42空心杆,降低了能耗,减轻了地面设备负荷。

  1.2.2、系统效率提高

  高转速螺杆泵匹配的地面直驱驱动装置,其传动效率大于93%,与L5型驱动相比提高10%以上。与同排量大结构、低转速螺杆泵相比,系统效率提高8%以上。

  1.2.3、可以有效地缓减杆管偏磨

  对近年来检泵井中杆管偏磨井统计分析表明,泵型较大井,偏磨较严重,占偏磨总井数的83.3%。而运行高转速螺杆泵,在相同的排量要求下,可以选择较小一级泵型,在不增加螺杆泵头数的同时,降低了匹配的抽油杆杆径,增大了液体过流面积,减小了液体的流动阻力,有效地缓减杆管偏磨。

2、高转速螺杆泵现场试验及应用效果

  2.1、高转速螺杆泵井参数选择原则

  高转速螺杆泵需要匹配专用的驱动装置,其下井施工时参数选择跟普通螺杆泵一样,由于它转速高,因此在相同的排量要求下,它可以选择较小一级泵型,相应的杆柱选型也可以减小,扶正器数量也可适当减少。在下泵设计选择参数时,根据油井产能,在满足供排要求的前提下,选择合适的泵型、杆径以及相应的转速。

  2.2、高转速螺杆泵井试验情况

  目前地面直驱高转速螺杆泵研究现场试验正在进行当中,250 r/min以下高转速井下泵由于对泵的橡胶配方进行了有针对性的调整,前期选择5口井进行试验,其中有2口井是抽油机转螺杆泵井,1口井是电泵转螺杆泵井,转后电流都明显下降,泵效有所提高,产量变化不大。

  以X-5井为例,该井泵型由1600调整为500,转数由103r/min上调为210r/min,调运行电流下降了10A,泵效提高了24.8%,达到了83.4%。

  现场试验表明高转速螺杆泵由于提高了生产转速,井下泵型变小,运行电流和扭矩降低,驱动杆可降级使用,以800型高转

  速螺杆泵250 r/min运转,可代替目前常规的2000型低转速螺杆泵100 r/min情况下生产,虽然理论排量相同,但运行电流最少降低8A,扭矩降低10%以上,螺杆泵井系统效率提高8%以上。

3、效益分析

  3.1、经济效益

  3.1.1、节约成本

  一是降低配套设备的成本:高转速螺杆泵匹配的地面直驱驱动装置在4万元以内,与常规L5型驱动装置每台6万余元相比,每台可节省成本费用2万余元。二是节省杆泵费用。高转速螺杆泵井下泵泵型变小,驱动杆可降级使用,由∮28实心杆代替∮38或∮42mm空心D级杆,每米分别节省费用8.77或20.87元,每口井杆按1000米计算,可分别节省0.877或2.087万元。因此,投产一口高转速螺杆泵带来的经济效益为:2.0+1.92+2.09=6.01万元。

  3.1.2、节约能源

  应用高转速螺杆泵举升工艺技术前,平均单井日耗电为365.76KWh,转后平均单井日耗电为275.28kWh,即平均单井日节电为90.48KWh,年节电3.3×104kWh。电费以0.5142元/kWh计算,年可节约电费1.69万元。

  3.2、社会效益

  驱动杆降级使用后螺杆泵的杆管匹配变得合理,液流通道加大,杆柱的受力状态得到改善,杆管偏磨有效降低,减少检泵次数,为螺杆泵正常生产提供保障。

4、结论及认识

  (1)在相同理论排量的情况下高转速螺杆泵有望解决普通大泵型螺杆泵井存在的能耗高、泵效低、杆管偏磨严重等问题,适应于大排量油井生产,将是今后螺杆泵井的发展趋势。

  (2)高转速螺杆泵采用了新橡胶配方和新型密封结构,其配套技术的研究成功对完善螺杆泵技术具有重要意义。

  (3)目前应用高转速螺杆泵还处于摸索、试验阶段,下一步,我们会对试验井继续进行现场跟踪,多获取现场第一手资料,不断丰富、完善高转速螺杆泵采油技术。

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