螺桿泵過盈值匹配技術模板的建立與應用

王 歡

中國石油大慶油田有限責任公司第六采油廠 （黑龍江 大慶 163712）

螺桿泵過盈值匹配技術模板的建立與應用

王 歡

中國石油大慶油田有限責任公司第六采油廠 （黑龍江 大慶 163712）

自2009年大慶喇嘛甸油田一直在試驗探索著螺桿泵過盈值的合理匹配問題。針對不同采出液濃度區塊試驗不同過盈值的小過盈螺桿泵，分析試驗效果，統計回歸試驗數據，形成了螺桿泵過盈值匹配技術模板。通過應用螺桿泵過盈值匹配技術模板，大幅度降低了運行扭矩，達到了低故障和節能的效果。

螺桿泵；小過盈值；過盈值匹配

中國石油大慶油田有限責任公司第六采油廠喇嘛甸油田（以下簡稱喇嘛甸油田）共有螺桿泵井2 100口，聚驅螺桿泵井1 354口，平均采出液見聚濃度為373 mg/L，最高見聚濃度為1 203 mg/L。采出液的物性參數由其中所含原油的比例和組分決定，含水量、黏度等參數對螺桿泵定子橡膠的浸蝕作用有差異，也會影響泵的工作特性。造成泵效下降，抽油桿斷脫，偏磨加劇，檢泵周期縮短等一系列問題，限制了舉升潛力的進一步發揮[1]。針對螺桿泵定子與轉子間不同的過盈量匹配值開展研究，建立了螺桿泵過盈值匹配技術模板，分析歸納了應用效果。

1 采出液濃度對螺桿泵井的影響

1.1 采出液濃度與黏度的關系

為確定采出液濃度與黏度的關系，對不同采出液濃度螺桿泵井進行了現場取樣測試，應用旋轉黏度計測試了27口螺桿泵井的采出液。平均濃度648 mg/L，平均黏度 9.7 mPa·s。

根據測試結果繪制了濃度與黏度的關系曲線（圖1），由此可知，隨著采出液濃度的增加，黏度增大，變化呈指數關系。

1.2 采出液濃度與扭矩的關系

式（1）給出了螺桿泵驅動桿桿柱扭矩與采出液黏度之間的計算關系[2]：

式中：Mr為桿柱扭矩，N·m；μ為井液黏度，mPa·s；ω 為驅動桿旋轉角速度，r/s；D 為油管內徑，m；d 為驅動桿外徑，m[3]。

圖1 采出液濃度與黏度的關系曲線

以油管內徑76 mm，驅動桿外徑28 mm的油井為例，由給出的計算關系式，分別對應不同轉數，得出黏度與桿柱扭矩的關系，并根據計算結果繪制了螺桿泵桿柱扭矩與黏度的變化關系曲線 （圖2），隨液體黏度增加,桿液摩擦扭矩增大,變化呈線性關系。

根據濃度與黏度的關系可知，在相同井況條件下，采出液濃度越大桿柱的摩擦扭矩就越大。

扭矩增大后對螺桿泵井主要有以下影響：導致驅動桿因扭矩的增大而旋曲，造成桿管偏磨加劇[4]，檢泵周期縮短；造成桿柱受力增加,桿斷幾率增大[5]。扭矩增大轉換為摩擦熱量，加速了定子橡膠的老化，縮短了使用壽命，還有可能發生轉子抱死和定子脫膠等問題[6]。

圖2 驅動桿摩擦扭矩隨黏度的變化曲線

2 小過盈值螺桿泵的試驗

2.1 室內試驗

為研究減小螺桿泵過盈值對扭矩的影響，加工了一臺過盈量為0.15 mm的GLB500型試驗泵，表1給出了試驗螺桿泵水力特性試驗數據。

從表1試驗數據看，試驗泵過盈量減小，降低了定子與轉子間的摩擦扭矩，改善了泵的功效。從圖3來看，在舉升壓力同為6 MPa下，將0.15 mm試驗泵與0.30 mm的同型號桿泵比較，發現該泵在容積效率（79%）和總效率（72.5%）保持較高的同時，扭矩降低了74 N·m。

2.2 現場試驗

為減小采出液濃度對采出端的影響，應用了小過盈螺桿泵。選用一些供液能力正常的油井，試驗了過盈值分別為0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm和0 mm的小過盈螺桿泵。

表1 GLB500螺桿泵水力特性試驗數據

圖3 螺桿泵的水力特性曲線圖

選用采出液濃度小于600 mg/L的油井，應用過盈值0.2 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于100 mg/L的油井，應用過盈值0.15 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于300 mg/L的油井應用過盈值0.1 mm的小過盈螺桿泵；選用采出液濃度大于600 mg/L的油井應用0 mm過盈螺桿泵。

圖4 不同濃度油井應用小過盈螺桿泵的泵效情況

待油井生產情況平穩后，統計了87口井在應用不同過盈值小過盈螺桿泵后的泵效情況（圖4）。 從圖4中可以看出，應用0.2 mm過盈螺桿泵的井大多數泵效大于60%，只有個別井的泵效偏低，而且采出液濃度為0時大多數油井的泵效也都在60%以上，說明0.2 mm過盈的螺桿泵也適用于水驅油井；應用0.15 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于400 mg/L時泵效大于60%；應用0.1 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于600 mg/L時泵效大于60%；應用0 mm過盈螺桿泵的井，濃度大于800 mg/L時泵效大于60%。

3 螺桿泵過盈值匹配技術模板的建立

通過對4種不同過盈值小過盈螺桿泵的現場試驗，并根據各區塊的不同采出階段加以修正，得出了過盈值采出液濃度的匹配關系：①在供液能力正常情況下，0 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度大于800 mg/L的高濃度聚驅油井；②0.1 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度大于600 mg/L的聚驅油井；③0.15 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度在400～800 mg/L的聚驅油井；④0.2 mm過盈螺桿泵適用于采出液濃度小于600 mg/L的油井。

根據螺桿泵過盈值與采出液濃度的對應關系，建立了螺桿泵過盈值匹配技術模板（圖5）。

螺桿泵過盈值匹配技術模板的建立，優化了螺桿泵過盈值參數的匹配問題，在保證泵效的同時，減小了泵的間隙，降低了桿柱的摩擦扭矩，達到了低事故和節能的效果。

根據建立的螺桿泵過盈值匹配技術模板，匹配不同過盈值螺桿泵135井次，平均運行扭矩下降8.7%。

4 結論與認識

1）相同井況條件下，采出液濃度越高，螺桿泵桿柱的摩擦扭矩就越大，導致偏磨、桿斷等故障，降低了定子的使用壽命，也使容積效率下降。

圖5 螺桿泵過盈值匹配技術模板

2）小過盈值螺桿泵能夠降低桿柱的摩擦扭矩，提高螺桿泵的使用壽命，延長檢泵周期。

3）螺桿泵過盈值匹配技術模板的建立與使用，達到了低事故和節能的效果，對螺桿泵采油技術的發展起到了推動作用。

[1]司江濤.螺桿泵井故障分析與對策研究 [D].北京：中國石油大學,2010.

[2]高艷華.小過盈螺桿泵在聚驅區塊的試驗應用[J].石油石化節能,2014,4（8）：7-8.

[3]韓修廷,王秀玲,焦振強.螺桿泵采油原理及應用[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社,1998：203-207.

[4]史建強,房景奎,郭 穎.采油螺桿泵磨損機理試驗性研究[J].科學技術與工程,2012,12（5）：1151-1154.

[5]鄒艷霞.采油工藝技術[M].北京：石油工業出版社,2006：167-177.

[6]詹升忠.采油用螺桿泵定子橡膠及其性能的改進措施研究[J].中國石油和化工標準與質量,2014（5）：95-95.

Since 2009,Lamadian Oilfield in Daqing has been trying to explore the reasonable matching of screw pump interference value.According to the screw pumps with small interference used in different test blocks with different concentration of produced liquid,the screw pump interference matching technique template was formed by the analysis of test results and the statistical regression of test data.The application of the technique template greatly reduces the running torque of screw pump,and plays an important role in reducing failures and energy saving.

screw pump;small interference;interference matching

王 歡（1983-)，女，工程師，現主要從事統計分析工作。

尉立崗

2017-06-12