單、雙螺桿泵的對比及應用探析

孟憲斌

（大慶油田力神泵業有限公司螺桿泵制造廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

近年來在油田生產作業過程中興起了油氣混輸的生產工藝，該技術主要是針對油井生產中開采出來的油氣水的混合介質，在其未被分離的情況下直接使用混輸泵及混輸管道將其輸送到油氣水集中處理站，然后完成油氣水綜合處理的工藝過程。不僅工藝技術的操作流程非常簡單，而且管理起來也比較方便，可有效控制在生產作業過程中的井口回壓等問題，油氣集輸半徑得到了有效擴展，取消了油田的轉油站，有效利用油井的伴生資源。在油氣混輸工藝的實施過程中，油氣混輸泵是核心內容，目前在油田中比較常用的螺桿泵有單螺桿泵和雙螺桿泵。由于螺桿泵在油田中的廣泛應用，使得針對不同類型的螺桿泵進行原理以及技術特點等的分析對比，則非常得必要。

1 單、雙螺桿泵的工作原理及綜合對比

1.1 單螺桿泵

（1）單螺桿泵是由螺桿、襯套及萬向聯軸節等組成，其轉子斷面上是呈現圓形的一個螺桿，轉子運動是在一個具有特殊形狀的襯套內進行的，轉子在襯套內的運動分為行星運動和沿著定子螺紋的轉動，在沿著定子螺紋轉動的過程中就完成了液體的舉升，在轉子轉動的舉升力作用下液體會從螺桿泵的吸入腔進入，然后不斷的向壓力腔運動，因此在螺桿泵的腔體內液體的流動始終是呈現均勻、無渦流和攪動的狀態。

（2）轉子和定子是間隙配合的關系。螺桿泵的泵套，即定子是由非金屬的彈性材料制造的，通常選用性能優良的橡膠來制作，定子的內孔是一種螺旋狀的槽，螺桿泵的螺桿與泵套之間的配合會形成多個密閉的空腔。當單螺桿泵在運行過程中，螺桿會在泵套中的運動是一種偏心的旋轉運動，這樣密閉腔體就會從泵的低壓區逐漸的向高壓區域運動，這個過程中也就是井下液體從吸入腔進到螺桿泵泵室后，沿著螺桿的軸向方向不斷推進然后從出液口排出。單螺桿泵的主要運行特點就是介質的輸送完全是通過密閉的腔體完成的，只要介質的直徑小于螺桿泵的內腔間隙，單螺桿泵完全能夠輸送固態介質，而且整個輸送過程不會對螺桿泵自身造成損傷，對輸送介質本身也沒有影響。

1.2 雙螺桿泵

（1）雙螺桿泵的結構特點是外嚙合形式。是由主動、從動、2根螺桿及包裹螺桿的襯套組成。介質的輸送是以主動螺桿和從動螺桿的外嚙合來完成的，雙螺桿泵的主動螺桿是由一個原動機來提供動力，而從動螺桿通過一個同步齒輪來與主動螺桿進行連接，由主動螺桿轉動帶動從動螺桿轉動。在2根螺桿上分布著2個可以實現左右方向旋轉的螺桿套，2個螺桿套的旋轉就構成了雙吸泵的基本結構。

（2）井下的油液在進入到泵體的中央后會被泵體平均分配到2個流向，最終傳輸到泵軸的兩端，螺桿在旋轉的過程中，2根螺桿的嚙合以及螺桿與泵體之間形成的配合關系在泵體內形成了若干個密閉的腔體，這些密閉的腔體能吸入油液。2根螺桿不斷的旋轉最終推動液體從螺桿軸向的兩端向中心位置集中，然后通過泵體上的排出口將液體排出，連接2個螺桿的齒輪模數以及齒數都相等，這樣就能避免螺桿在轉動過程中產生接觸，造成螺桿金屬的損耗。

1.3 單、雙螺桿綜合對比

通過對單、雙螺桿泵性能參數以及結構特點對比分析后發現，在螺桿泵前期的制造過程中單螺桿泵的投資相對較少，而且單螺桿泵對輸送介質的要求比較低，針對一些含砂量較大的油井可以很好的完成油液舉升，但是單螺桿泵的維護保養投入比較高；雙螺桿泵的缺點是對含砂量敏感，但在正常的運行過程中需要維修的頻率比較低，因此可以根據單、雙螺桿泵和油井的實際情況來合理的選擇螺桿泵。

2 油田原油情況及存在問題

2.1 單螺桿泵的應用

（1）某油田使用的單螺桿泵是在2010年投產的，螺桿泵的排量為20 m3/h。在該油田應用單螺桿泵后，油田整體的外輸系統抗砂能力得到了極大提升，而且針對單螺桿泵的管理也非常簡單。但在單螺桿泵運行中也發現了一些問題，例如，單螺桿泵運行過程中會產生較大振動，而且非常容易引起周邊設備的共振，這對工藝管線也有很大的影響，容易造成工藝管線的損壞。通過對單螺桿泵振動情況進行統計與對比后發現，單螺桿泵實際產生的振動位移與雙螺桿泵相比較要大很多。產生這種振動的主要原因是因為轉子在泵腔體的轉動是一種偏心的行星回轉，這樣在轉動過程中就會產生一個具有周期性的激振力，而單螺桿泵由于會受到結構上的限制，很難在結構上維持平衡，因此實際的轉動慣量也非常大，導致泵的運行過程中產生很大的振動。

（2）解決措施。①可適當將單螺桿泵的轉速調低，這樣就能控制泵的振動。另外可以將泵的型號適當調大，在配合較低的轉速就能實現配比的合理性；②單螺桿泵的振動會隨著轉子質量的增加而增強，因此選擇強度達到要求的空心轉子能夠有效緩解振動；③已使用的單螺桿泵，不僅要對固定底座進行剛度的提升，還要將進出口位置的管道以及相關的配套設備進行加固，并做好支撐，這樣就能有效控制管道內液體流動時產生的振動。

2.2 雙螺桿泵的應用

（1）某油田在2007年開始使用雙螺桿泵，先后又采購了9臺雙螺桿泵，雙螺桿泵的應用，使“分離、緩沖、加熱、沉降”等功能的油氣分離系統以及油氣的分輸系統的作用不再明顯，基本上取消了中轉站，使油田站內的工藝流程得到了極大簡化，混輸流程實施后，與以往常規的集輸流程相比，在設備的投資上已為油田節省312.52萬元人民幣。

（2）雙螺桿泵在應用中也暴露出不足，特別是在含砂量較大的油井中，其抗砂能力較差。例如，在一些油井中由于井下的含砂量較大，導致雙螺桿在運行過程中出現聲音異常的現象，泵的維修頻率也逐漸增加。在含砂量較高的油井中應用，雙螺桿泵每隔半個月就要進行一次除砂作業。通過對雙螺桿泵油井的含砂量統計后發現，隨著對雙螺桿泵維護除砂作業的進行，砂量在逐漸減少，后期的除砂量基本上接近零。通過分析發現，該區域油井在壓裂施工后的初期階段含砂量較大，含砂量最高的時期甚至導致雙螺桿泵的直接損壞，也一度出現了生產癱瘓的狀態。后期針對含砂量高的情況安裝了除砂器后，使進入雙螺桿泵泵體內的砂量得到控制，含砂量對雙螺桿泵的影響也在減小。而且在后期的開采過程中隨著壓裂施工時間的推進，井下的壓裂砂含量也在不斷降低。為此針對雙螺桿泵含砂量敏感的問題，可通過在含砂量＞2%的油田區塊，特別是壓裂施工區塊加裝除砂器來解決該問題，或使用單螺桿泵來取代雙螺桿泵來進行解決。

3 結束語

（1）螺桿泵在油田得到廣泛應用，主要是可進行油氣的混輸，這是螺桿泵的主要優勢之一，螺桿泵在一些低滲透油田中的應用，使油田前期的開發投資得到了控制，這對一些小油田的開發來說經濟性非常好。

（2）雙螺桿泵針對一些含氣量比較大，以及段塞流較大的油田區塊，其適應性比較強。

（3）單螺桿泵比雙螺桿泵具有更強的耐砂以及雜質等適應性。