淺析提高螺桿泵井壽命及效率的措施

摘要：影響螺桿泵的效率和壽命有多種因素，采油轉子轉速大小、泵結構參數、環境因素、運行工況以及泵的生命周期階段特性等等。不同的影響因素下需要配合轉速、泵容量、泵參數的改變，才能充分發揮螺桿泵高效節能的優點，本文從影響螺桿泵轉速選取的幾個重要因素，從理論和實際應用兩方面進行了分析討論，對螺桿泵轉速的合理性、井與泵特性匹配、運行工況進行確定，達到提高螺桿泵井效率和壽命的目的。

主題詞：特性曲線 磨蝕 螺桿泵 合理轉速 工況

引言

螺桿泵作為一種機械采油方法，具有適應高含砂井、適應高含氣井、螺桿泵不會氣鎖、允許井口有較高回壓、適應粘度范圍廣等優勢。在油田注水開采后期被廣泛應用，同時其一次性投資少、節能效果好、管理方便。而如何應用好螺桿泵卻是一個相當復雜的課題，其中確定合理轉速、匹配運行環境、選擇泵型等在各影響量當中尤為重要，合理的轉速應當與油井的的運行環境及螺桿泵的結構參數相匹配。

1.井泵匹配工況

從各油田的使用效果來看，很多運轉了幾年的泵并未在合理匹配工況下工作的。合理的匹配工況是泵工作點落在下圖的Ⅱ區，并在高效點附近。而這需要對井泵的情況進行定期記錄分析，并合理調整才能保證。在這種匹配條件下，泵的效率最高，產生的熱量少，橡膠老化速度減緩；另一方面，原油作為泵的潤滑液體，減輕了磨損，泵的壽命就長。

所以運行人員應詳細記錄井況信息，根據井的采液指數，設定沉沒度，定期調整預定的動液面深度來確定泵掛深度和日產液量，定期調整泵的轉速和產液量，保證泵參數在II區運行，以達到井泵的合理匹配，使泵獲得較長壽命。

2.介質粘度的影響分析

螺桿泵的特性應用與油井的工況應相匹配。對螺桿泵特性影響較大的因素是原油粘度，即在同一凈舉升高度條件下，介質粘度增加，泵的容積效率升高。因為粘度越大，分子間的力就越大，外力破壞其結構就越困難，表現在螺桿泵上，就是密封效果變好。但另一方面，抽油桿在液體介質中作旋轉運動，隨著介質粘度的增加，抽油桿與液體的摩擦力增加，表現為抽油桿的扭矩增加。因此，在實際應用中應充分注意粘度的影響。

3.轉速與壽命、效率關系

螺桿泵具有容積泵和離心泵的特點。容積效率隨轉速的增大而增大，而機械效率隨轉速的增大而稍微有所降低。所以螺桿泵的轉速選取與泵效有直接的關系。轉子的轉速越高，排量就越大，螺桿泵的轉速大小就應與油井的產量相適應。顯然，當轉速較高時，容積效率也較高，而機械效率稍低。但總效率仍較大。但是，高轉速導致抽油桿的離心力增大，進一步導致抽油桿的彎曲振動就越嚴重，抽油桿接箍與油管內壁的摩擦力也就隨之增大。定子橡膠會加速磨損。因此，轉子的轉速一般應小于500 r/min，不易過高。另一方面保證泵的流量應不大于油井的產量，即合理根據產量調整轉速。所以，從提高泵效的角度出發，泵的轉速應盡可能取得大一些。我們在平時工作中積累了一些調整轉速的經驗，對于高沉沒度低泵效井采取調大轉速的方法，能夠提高產量，同時泵效也會相應提高。因為泵在舉升稠油過程中的工作特性與舉升清水時的工作特性將會有很大差別。如果油井供液不足，采油指數很低，但泵的流量大，原油的粘度將使流動阻力增大而降低泵的充滿程度和舉升高度，泵中介質析出的氣體和從套管吸入的氣體，致使泵長期在排氣狀態下工作。沒有了足夠的液體潤滑和氣體較差的導熱特性，定子橡膠急劇升溫，促使橡膠膨脹，增加了對轉子的抱緊力，抱緊力又促使摩擦力增加，這種惡性循環使橡膠很快失效。

4.襯套的磨損

螺桿泵本身對雜質和磨損具有很高的承受能力。而螺桿泵襯套磨損主要有疲勞磨損、摩擦磨損及磨礪磨損等。這些都與螺桿泵的結構有關，使轉子和定子之間必然存在一定的距離（偏心距），導致轉子的運動是一個行星運動，即轉子繞本身的回轉中心的自轉和轉子繞襯套中心的公轉合成軌跡。說明泵的襯套磨損量與工作轉速的平方成正比。因為螺桿泵的定子和轉子間有一定過盈，轉子與定子表面接觸產生擦力，摩擦力的大小除取決于定、轉子間的過盈值以外，還取于決定子轉子表面的粗糙度及轉速，轉子、襯套之間的滑動速度越大，襯套所受的循環載荷的頻率也越大，接觸區的溫升也越高，這就加劇了摩擦磨損及疲勞磨損的程度。在高含砂的油井中，過高的工作轉速還會加劇磨礪性磨損，造成螺桿襯套橡膠接觸面凸出部分的擦傷，引起泵過早失效。

因此從降低襯套磨損、延長泵的壽命角度來看，泵的轉速不宜過高，在含砂較高或易出砂的油井生產中，泵的轉速以小于200r/min為宜。但降低泵的轉速會對泵的容積效率造成不利的影響。由螺桿泵的特性曲線（上圖）可見，當轉速降低時，容積效率也會有較大幅大的降低。螺桿泵的流量與轉速成線性關系，相對于低轉速的螺桿泵，高轉速的螺桿泵雖然能增加了流量和揚程，但功率明顯增大，高轉速加速了轉子與定子間的磨耗，必定使螺桿泵過早失效。為保證低轉速時的高效率，可采用降低泵的工作壓力或提高泵的每級承壓能力（采用高揚程的泵）的辦法來補償因轉速低而引起的容積效率的下降。這樣既可做到低轉速速下的高效率，同時也降低了泵的磨損，延長了泵的壽命。

新泵使用的轉速宜稍取低些，隨著襯套的逐漸磨損，過盈量逐漸減小，轉子摩擦扭矩越小，在螺桿泵的使用后期，可適當地提高轉速，此時由于過盈量小，可以把摩擦放在次要地位，主要考慮補償轉子、襯套之間的間隙逐漸增大引起的容積效率的急劇下降。此外，一般來說，定子內腔表面粗糙度不大于Ra1.6， 轉子表面粗糙度不大于Ra1.8。這樣才能保證螺桿泵有較高的泵效而且扭矩相對較小。螺桿泵的工作轉速也應與其結構參數相匹配，對于襯套的初始過盈δ0來說，δ0越大，泵的轉速應越低，這樣有助于降低襯套的磨損速度及提高泵的機械效率。

例：泵排量應油井產量相匹配，才能提高泵效，同時滿足油井生產需要。以下面2口螺桿泵井為例，分析螺桿泵合理轉速的確定與應用，A油井產能未能充分發揮，沉沒度水平高，泵效低；B井供液能力不足，沉沒度低，泵效低。分別調整這兩口井到130 r/min和95r/min時，調整前后對系統效率進行測試對比，系統效率明顯增加。因此，根據運行工況選擇泵的適當轉速是提高泵效的一個有效途徑。

總之，要保證泵的實際流量不大于油井的產量，使之始終與油井產量相適應。就要隨著油井的不斷開采，泵的轉速也要相應調節到合適的值。

結論

5.1 井與泵的合理匹配可以延長泵的使用壽命。

5.2不同的影響因素下需要配合轉速、泵容量、泵參數的改變，才能充分發揮螺桿泵高效節能的優點。

5.3 同時通過對螺桿泵采油井泵的轉速及生產參數的優化調整，可以保證螺桿泵的工作點處于高效區，進而提高整個采油系統的系統效率，提高螺桿泵的使用壽命。

5.4螺桿泵的工作效率和使用壽命并非沖突的兩個方面，可以發現在提高了泵的工作效率的同時大多數情況下也相應的提高了他的使用壽命。

因此通過優選螺桿泵的工作參數、合理轉速、泵體參數等綜合因素，這樣既可以在延長泵的工作壽命同時又可以提高泵效。