螺杆泵采油工艺 常规配套技术及日常生产管理 2011年5月 一 国内外应用现状及发展趋势二 螺杆泵采油系统三 螺杆泵采油配套技术四 螺杆泵井日常生产管理五 目前螺杆泵需进一步完善和解决的问题 目录 螺杆泵又叫渐进容积式泵 由定子和转子组成 两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体 通过转子的旋转运动实现对介质的传输 什么是螺杆泵 一是 一次性投资少 与电动潜油泵 水力活塞泵和游梁式抽油机相比 螺杆泵的结构简单 一次性投资最低 二是 泵效高 节能 维护费用低 由于螺杆泵工作时负载稳定 机械损失小 泵效可达70 以上 系统效率高 设备结构简单 体积小 维护方便 三是 占地面积小 螺杆泵的地面装置简单 安装方便 四是 适合稠油开采 一般说来螺杆泵适合于粘度为8000mPa s以下的原油开采 因此多数稠油井都可应用 螺杆泵采油的技术特点是什么 五是 适应高含砂井 理论上螺杆泵可输送含砂量达80 的砂浆 在原油中含砂量达40 的情况下也可正常生产 六是 适应含气量较高井 螺杆泵不会发生气锁 因此较适合于油气混输 但井下泵入口的游离气会影响容积效率 七是 适合于海上油田丛式井组和水平井 螺杆泵可下在斜直井段 而且设备占地面积小 因此适合于海上采油 螺杆泵采油的技术特点是什么 一 国内外应用现状及发展趋势 本章主要内容 一 螺杆泵采油技术的发展历程 二 国内外螺杆泵应用现状 三 螺杆泵采油技术的发展趋势 从20世纪30年代法国人发明了单螺杆水力机械原理以来 单螺杆泵在石油工业领域得到了广泛的应用 地面驱动螺杆泵采油起源于20世纪80年代初期 法国 加拿大 美国和德国等相继开发并形成了排量为2 300m3 d 扬程为500 2000m的系列产品 并得到广泛应用 一 螺杆泵采油技术的发展历程 地面驱动螺杆泵采油系统 一 螺杆泵采油技术的发展历程 地面驱动螺杆泵采油系统 我国自20世纪80年代中后期开始研发地面驱动螺杆泵采油系统以来 目前已形成排量为2 240m3 d 扬程为500 1800m的系列产品 并已在国内 外油田推广应用 大庆油田自1986年到1992年开展GLB120 27型螺杆泵的研制 初期由于螺杆泵定子质量不过关及其配套工艺技术不完善 导致现场试验井抽油杆断脱 油管脱落及泵定子脱胶现象时有发生 螺杆泵使用寿命较短 1993年至1998年针对大庆油田三次加密井采油和排液的需要 先后完成了GLB40 42和GLB75 40型螺杆泵机组的研制 针对聚合物驱油田举升的需要完成了GLB500 14和GLB800 14型螺杆泵机组的研制 2000年至2002年针对高产液井举升和电泵井转型的需求完成了GLB1200 14型螺杆泵机组的研制 针对长期困扰螺杆泵采油技术推广应用的清防蜡和测压问题 完成了KGLB500 14及以下型空心转子螺杆泵机组的研制 目前空心转子已形成系列化 排量 扬程和使用寿命均达到了同型号常规螺杆泵的应用水平 稠油井应用 加拿大约40 的重油井使用螺杆泵采油 其中一石油公司采用PCM IFP联合公司生产的地面驱动螺杆泵采油系统 井下部分连续运转了两年 地面部分5年 扬程2000m 排量240m3 d 驱动功率小 节约电耗60 75 投资与维护保养费用均较低俄罗斯的螺杆泵主要应用在巴什基里亚 古比雪夫和西西伯利亚等油矿 油井最长的检泵周期为二年九个月 在姆哈诺夫斯克油田 气油比高达400m3 m3 油井最长的检泵周期为477天 在粘度为1400mPa s的油井条件下 油井最长的检泵周期达340天 中 小排量螺杆泵的泵效达到70 二 国内外螺杆泵应用现状 1 国外应用现状 二 国内外螺杆泵应用现状 稀油井应用 印尼的Melibur油田 原油粘度8 3mPa s 从1990年开始用螺杆泵代替电潜泵采油35口 泵挂深度1220m 最大排量318m3 d 结果表明 在满足产量不变的情况下 使用螺杆泵与电潜泵相比电费减少了70 维护费减少了35 缓解了油田电力供应紧张的矛盾苏丹大尼罗公司在稀油井中 应用大排量螺杆泵80口井 平均产液量320m3 d 泵挂深度1200m 如 稀油井中应用螺杆泵同样有降低电力损耗 减少维护费的作用 1 国外应用现状 复杂工况井应用 加拿大 井下螺杆泵被应用于含水90 水中含盐180000mg l 含CO212 和含硫7 的油井中螺杆泵还用于水平井排砂 油井完井深度450 750m 用盘管注入 螺杆泵采出的方法成功地清除了水平井段的砂堵螺杆泵应用于含砂高达20 体积比 的油井 使用寿命达到6个月阿根廷 使用螺杆泵的最高井温达到127 利比亚 螺杆泵在芳烃含量11 65 的油井得到成功应用螺杆泵有着广泛的应用前景 1 国外应用现状 2 国内应用现状 螺杆泵作为一种机械采油设备 它具有其它抽油设备所不能替代的优越性 国内在制造 应用等方面都取得了长足的进步 井下泵已基本形成系列化 但是 与国外石油公司相比 我国在螺杆泵的整体技术发展和应用等方面还存在着一定差距 应用范围 扬程可达到1800m KGLB75 50 排量可达到240m3 d GLB2000 12扬程600m 油品性质 稠油 含砂 高含水 聚驱 三元等 KGLB500型及以下偏心测试井 套管外径139 7mm 斜度不大于30度的斜井 二 国内外螺杆泵应用现状 大庆油田自1986年引进螺杆泵以来 经历了引进 消化吸收 自主开发三个阶段 九五 期间 主要攻克了螺杆泵定转子抱死和定子橡胶脱胶等技术难题 十五 期间 主要攻克了螺杆泵热洗清蜡 驱动装置漏油 杆柱断脱和测试诊断等技术难题 十一五 期间完善了扶正器优化设计及杆 泵匹配技术 推广应用了螺杆泵电参数在线监测技术及泵况综合诊断方法 加深了偏磨机理的研究 加大了防偏磨成熟技术的应用力度 到目前为止 地面杆式驱动螺杆泵采油技术已基本成熟配套 成为继游梁式抽油机和潜油离心泵之后的主力人工举升方式 而且在聚合物驱 三元复合驱油井上表现出良好的适应性 与其它人工举升方式相比 螺杆泵低投资 低能耗 对介质适应性强等优势在油田高含水后期挖潜增效的作用日益凸显 2 国内应用现状 大庆油田螺杆泵应用 螺杆泵采油技术日渐成熟配套应用规模逐步扩大 螺杆泵系列逐步完善 形成了从GLB40 42到GLB2000 12的大中小系列螺杆泵 排量范围2 240m3 d 扬程500 1800m 螺杆泵井检泵周期得到了有效延长 大庆油田螺杆泵井生产情况统计 目前 大庆油田在聚合物驱采油井上采用螺杆泵采油已达到一定规模 在用聚驱螺杆泵采油井2845口平均泵效57 49 平均沉没度474 22米平均检泵周期505天 聚合物驱采油井应用 2 国内应用现状 辽河油田通过多年的应用研究和实践 在螺杆泵稠油开采方面取得了丰富的经验 以海外河油田为例 2000年以来通过螺杆泵应用优化设计 确定合理的工作参数 间歇式棘爪防反转装置的研制与应用 有效地防止了螺杆泵停机后的驱动杆高速反转及杆柱断脱现象的发生 变频器在螺杆泵井上的应用 实现了螺杆泵的软启动和软停机控制和油井产液量的合理调整等技术配套措施 使螺杆泵在稠油开采方面取得了良好的应用效果 投入产出比达到1 11 2 海外河油田应用螺杆泵冷采20余口井 平均检泵周期达1年 稠油井应用 经验 一是 二是 三是 井下泵采用小过盈多级数 设计扬程为1200米的井下泵要求举升压头400 600米时 泵效65 70 采用低速 平均转速为50转 分 合理改变井下泵的结构 把普通的定位销改成侧开口定位销 再把下部铣扁的转子下放到开口定位销内部 螺杆泵工作时 转动的转子一直对定位销里的含砂液体产生扰动 减少了砂子沉积 四是 采用泵挂深度置于射孔段下方 保证定子散热良好 避免烧泵 稠油井应用 主要包括以下几种泵 金属定子螺杆泵 等壁厚定子螺杆泵 合成材料螺杆泵 插入式和多吸入口螺杆泵 高转速螺杆泵 地面油管驱动螺杆泵等 杆式驱动螺杆泵在水平井及大斜度井上应用受到了限制 大排量螺杆泵井杆管偏磨日益严重 螺杆泵井的拓宽应用受到制约 开发应用电潜螺杆泵从根本上解决上述问题 电动潜油螺杆泵采油系统由地面控制系统 下井电缆 螺杆泵 保护器 减速器和电机等组成 目前国内多个油田都在研发和试验过程中 存在主要问题是螺杆泵排量及减速器寿命 三 螺杆泵采油技术的发展趋势 1 电动潜油螺杆泵 2 探索新型螺杆泵 3 电机直驱螺杆泵采油技术 4 螺杆泵智能化监测 诊断 控制技术 5 螺杆泵定子橡胶适应性研究 永磁电机直驱螺杆泵系统 实现电机的低转速 高力矩 改变了常规驱动头使用减速器 皮带的传动方式 较好地解决了常规驱动装置存在的技术缺陷和安全隐患 与常规驱动装置相比可节电30 以上 同时降低了维护成本 方便日常生产管理 在螺杆泵工况测试诊断技术的基础上 研发螺杆泵井过载保护和无液流保护智能化控制技术 以及转速在线调整 供排关系连续监测自动控制技术 确保井下泵在水力高效区合理工况下运行 针对各油田不同区块原油物性的特点 尤其是聚合物驱和三元驱 研制和优选螺杆泵定子橡胶 提高其配伍性和稳定性 延长橡胶的使用期限 提高螺杆泵整体检泵周期 一 国内外应用现状及发展趋势二 螺杆泵采油系统三 螺杆泵采油配套技术四 螺杆泵井日常生产管理五 目前螺杆泵需进一步完善和解决的问题 目录 二 螺杆泵采油系统 本章主要讲解的内容 一 螺杆泵基础知识 一 螺杆泵基础知识 二 螺杆泵采油系统的种类 组成及工作原理 三 螺杆泵泵型及结构参数 采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种 是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用 螺杆泵的转子 定子副 也叫螺杆 衬套副 是利用摆线的多等效动点效应 在空间形成封闭腔室 当转子和定子作相对转动时 封闭腔室能作轴向移动 使其中的液体从一端移向另一端 实现机械能和液体势能的相互转化 从而实现举升作用 螺杆泵有单头 或单线 螺杆泵和多头 或多线 螺杆泵之分 1 2结构2 3结构3 4结构4 5结构 一 螺杆泵基础知识 井下单螺杆泵由哪几部分组成 1 下接头 2 限位销 3 定子 4 转子 5 上接头 井下单螺杆泵由定子和转子组成 定子由钢制外套和橡胶衬套组成 转子由合金钢的棒料经过精车 镀铬并抛光加工而成 转子有空心转子和实心转子两种 螺杆泵定子是用丁腈橡胶衬套浇铸粘接在钢体外套内而形成的一种腔体装置 定子内表面呈双螺旋曲面 与转子外表面相配合 沿着螺杆泵的全长 在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室 随着转子的转动 在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室 并向排出端推移 最后在排出端消失 液体在吸入端压差的作用下被吸入 并由吸入端推挤到排出端 压力不断升高 流量非常均匀 螺杆泵工作原理是什么 螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成 推移和消失的过程 螺杆泵定 转子的线数 目前所应用的螺杆泵线数均采用N N 1形式 即定子的线数总是比转子的线数多一线 这是由空间啮合理论所决定的 螺杆泵的线数与螺杆数量是两个根本不同的概念 不应混为一谈 一 螺杆泵基础知识 1 2结构2 3结构3 4结构4 5结构 螺杆泵有哪些结构参数 e 转子偏心距 mmD 转子截圆直径 mmT 定子导程 mm 单头螺杆泵三个重要的结构参数 在螺杆泵参数设计过程中 这三个基本结构参数的合理选择及相互之间的合理配比显得尤为重要 它们直接影响着螺杆泵的工作特性和使用寿命 螺杆泵型号表示方法 DKGLBX 例如 DKGLBX500 14型螺杆泵表示 等壁后定子 空心转子结构 杆式驱动多头螺杆泵 泵每转公称排量500ml 总级数为14级 单头螺杆泵定 转子型线结构图 转子结构图 定子结构图 y1 2e 2e x1 R t O1 x1 y1 O1 2e 2e R A A 由单头螺杆泵原理可知 转子的任一截面都是半径为R的圆 每一截面的中心相对整个转子的中心位移一个偏心距e 转子的螺距为t 则定子导程T 2t 当螺杆泵转动一周 2 时 封闭腔中的液体将沿井筒向上方向移动2t的距离 在任意横截面中液体占有的面积为衬套面积与转子面积之差为4eD 因此