直驅螺桿泵偏心測試可行性研究

閆新玲（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

直驅螺桿泵偏心測試可行性研究

閆新玲（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

常規直驅螺桿泵具有節能效果顯著，設備運轉平穩，操作簡單，維護費用低等技術優勢。因直驅電動機外徑尺寸偏大和普通偏心井口偏心孔眼小，無法留有測試通道，不能進行偏心測試，限制了其應用范圍。通過建立直驅電動機外徑、井口高度、測試通道與豎向夾角角度及偏心孔眼到油管中心的距離四個變量的函數關系式，改進直驅電動機和偏心井口，確定四個變量的最佳協調點，改進直驅螺桿泵，現場偏心測試試驗成功，且改進直驅電動機節能效果顯著，拓展了直驅螺桿泵的應用范圍。

直驅螺桿泵 偏心測試 可行性

直驅螺桿泵驅動系統通過永磁電動機直接帶動光桿轉動，功率因數接近1，轉子無銅、鐵損，效率比同容量異步電動機高 5%～12%，電動機啟動轉矩大，為額定轉矩的3～4倍，同時取消了皮帶傳動、減速箱齒輪二級減速驅動裝置，提高了驅動力矩和傳動效率，有效解決了螺桿泵地面驅動設備負荷重、能耗高的問題，所有的功能由智能控制器在軟件的控制下，實現軟啟、軟停、防反轉、電動機的保護、無級調速等電子控制，日常維護簡單。

但因直驅螺桿泵不能進行偏心測試，限制了其應 用 范 圍[1]， 原 因 主 要 有 以 下 兩 點 ： 一 是 直 驅 電 動機外徑尺寸偏大，達到 500～550mm，對測試儀器的起下造成阻礙；二是普通偏心螺桿泵井口的偏心孔眼小，測試通道與豎向夾角最大只能達到 12°～15°，不能適用于直驅螺桿泵見圖1。

1 技術方案

1.1建立函數關系式

如圖1直驅螺桿泵偏心測試示意圖所示，當測試儀器以與豎向夾角角度最小的情況下進行測試時，與垂直通過偏心孔眼中心點的直線和電動機外徑組成一個直角三角形，以此直角三角形建立如下函數關系式：

圖1 直驅螺桿泵偏心測試示意圖

式中：

a——直驅電動機外徑，mm；

H ——井口高度，mm；

α——測試通道與豎向夾角，（°）；

d——偏心孔眼到油管中心的距離，mm。

由公式可知， a、 H 、 α及 d是相互聯系和制約的。同時這四個變量受直驅螺桿泵結構限制，不能任意改變：以目前直驅電動機設計加工水平，其外徑很難縮小；井口高度涉及到整個地面裝置結構的穩固性和外觀的協調性，不能無限抬高；測試通道與豎向夾角受管柱結構和測試儀器制約不能隨意減小；偏心孔眼到油管中心的距離受偏心孔眼外徑和井口四通裝置限制，也不能任意增加，所以直驅螺桿泵偏心測試可行性研究的關鍵在于求出四個變量之間的最佳協調點。

1.2確定變量值

通過對直驅螺桿泵結構研究和上述公式分析，縮小直驅電動機外徑尺寸、提高井口高度、改進普通螺桿泵偏心井口和設計出合理的測試通道可以實現直驅螺桿泵的偏心測試。

1.2.1 確定偏心孔眼到油管中心的距離

普通螺桿泵偏心井口的偏心孔眼外徑越大，測試儀器起下越容易，偏心孔眼到油管中心的距離越大，直驅電動機的許用外徑越大，但受井口四通裝置尺寸限制，不能無限增大，常規螺桿泵偏心井口孔眼外徑為 ? 30mm，通過優化設計封井器、井口四通和測試孔眼位置及測試封井器位置，經測算和改進，設計直驅螺桿泵偏心井口偏心孔眼外徑為? 33mm，到油管中心距離 d 為 94.5mm，工作壓力不大于15MPa。

1.2.2 確定直驅電動機外徑

直驅電動機外徑最理想的尺寸是直驅電動機半徑等于偏心孔眼到油管中心的距離d，此時夾角α等于0，直驅電動機的外徑對測試儀器不構成任何阻礙，測試儀器可垂直下入。直流無刷串勵直驅電動機采用特殊線圈纏繞方式，優化電動機內部結構，同時采用 44EH優質磁鋼，在保證扭矩的情況下減少磁鋼用量，采用進口優質錫鋼片，在空間縮小情況下保證散熱，從而成功減小電動機外形尺寸，保證測試儀器起下不受電動機阻礙。改進后直驅電動機外徑由 500mm縮小為 300mm，驅動裝置檢測密封盒承壓 4.0MPa無泄漏，扭矩、承壓檢測合格。因此偏心直驅螺桿泵采用外徑為 300mm 的直流無刷串勵直驅電動機，電動機功率為22kW。

1.2.3 確定夾角角度和井口高度

測試儀器與豎向夾角α的角度越小，起下越容易 ， 因配重桿和測試儀本身具有一定 的 彈 性[2]， 經 室內試驗測試，測試儀器與豎向夾角最小可達到4.2°，因此偏心測試時，設計測試儀器以夾角 α 為 4.2°安裝下入。將 α 為 4.2°，電動機外徑 a 為 300帶入公式 （1），確定井口高度 H 為 760mm。

2 現場試驗

將改進的外徑為 300mm 直驅電動機、偏心孔眼外徑為 ? 33mm 和井口高度為 760mm 的螺桿泵偏心井口安裝在 L4-PS2525直驅螺桿泵井上，電壓和電流運行平穩。在保證正常生產的情況下，進行偏心測試現場試驗，測試儀器以與豎向夾角為4.2°的角度通過直驅螺桿泵井偏心井口，進入油套環空，經過定子上部的油管扶偏器和偏心油管錨提供的測試通道后，進入油層實現了井下壓力和產液剖面的測試，測試資料合格，儀器起下順利，見圖2。

圖2 L4-PS2525井偏心測試曲線

改進的直流無刷串勵直驅電動機，與改進前的直驅電動 機相比，系 統 效 率 由 42.23% 提 高 到 了48.08%，提高了 5.85 個百分點，有功節電率提高了5.67 個百分點，節能效果顯著。

3 結論與認識

1） 通過建立直驅電動機外徑、井口高度、測試通道與豎向夾角角度及偏心孔眼到油管中心的距離四個變量的函數關系式，改進直驅電動機和偏心井口，確定了四個變量的最佳協調點，并研制偏心直驅螺桿泵。

2） 現場試驗表明，改進的直驅電動機和偏心井口在保證直驅螺桿泵正常生產的情況下，能成功的實現偏心測試，且改進的直驅電動機節能效果顯著，大大拓展了直驅螺桿泵的應用范圍。

[1]李海金.采油工藝——抽油井測試專輯[C].潛江:江漢采油工藝研究所,1981:223.

[2]吳士華.用小直徑測井儀測試有桿泵抽油井[J].油氣田開發工程譯叢,1984(10):162-171.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.005

2012-11-12）

閆新玲，工程師，2005年畢業于大慶石油學院 （石油工程專業），現從事采油 工 程 方案設計工作 ， E-mail：yanxinling@petrochina.com.cn， 地址：黑龍 江 省 大慶油田有限 責 任 公司第六采 油 廠工程技術大隊，163114。