試析地面驅動螺桿泵采油技術優化

劉錦

摘要：地面驅動螺桿泵是由地面電動機帶動驅動頭，經減速帶動光桿和抽油桿柱旋轉，驅動螺桿泵轉子旋轉抽油的一種抽油泵。它具有結構簡單、運動件少、故障率低以及價格便宜等特點，因此近年來在我國稠油、高含砂和高氣液比的井開采中有著較為廣泛的應用。然而，我國在地面驅動螺桿泵的實際應用時間較短，經常出現工作參數不匹配，采油工藝選擇不當等方面的問題，導致設備及油井的生產功效得不到充分發揮。本文結合實際工作經驗，從地面驅動螺桿泵的工作原理出發，并著重就其采油技術工藝的優化進行了分析與探討。

關鍵詞：地面驅動螺桿泵；采用技術；優化

地面驅動螺桿泵由于抽油桿自身既需要受到拉力作用，又受到扭力作用，且下入深度較淺，在實際生產過程中如采油技術工藝不當， 往往會造成固定部位的磨損或磨斷油管，以及油管或抽油桿脫扣等問題，這就需要做好對相關工藝技術的優化與匹配，以保證設備的正常、穩定運行。

一、地面驅動螺桿采油工作原理概述

地面驅動螺桿泵采油系統，如下圖 1 所述。地面驅動螺桿泵作為一種容積式泵，其工作原理是由地面驅動裝置帶動抽油桿和轉子在定子橡膠襯套內旋轉，轉子和定子之間的容積均勻上移，從而產生抽汲、推擠作用，而實現連續性的排油。

成。油層的工作特性由綜合 IPR 來描述；井筒中流體則按照多相管流規律進行流動；抽油設備則主要包括了地面驅動裝置、抽油桿柱、井下螺桿泵，用于向井筒中流體提供能量，其自身組成一個復雜的機械系統。可通過正確地選擇泵型和設計抽油參數（如泵深、轉速和抽油桿柱組合等）來控制、調節油井的生產，使得抽油設備系統與油層和井筒的能力相協調，在高效、安全的基礎上獲得較高的產油量和經濟效益。

對地面驅動螺桿泵抽油井采油系統的優化設計，是以整個油井為研究對象，以各子系統的協調運作為基礎，以油井的生產能力為依據， 以油井的產油量（經濟效益）為目標，采用節點系統分析方法，進行抽油井的優化設計，充分發揮油層和抽油設備的潛力。地面驅動螺桿泵采油系統的節點劃分，詳見下圖 2 所示，求解點設置在下泵深度處。

在本文中，主要就地面驅動螺桿泵抽油桿軸向力和抽油桿柱扭矩的優化計算方法，以及抽油桿柱強度理論的計算進行了分析：

1、抽油桿柱軸向力的優化計算

（1） 桿柱載荷的計算

通常我們較常采用的是電纜加熱解堵技術，該技術的原理是通過在 油桿內下入加熱電纜，利用電纜加熱后所生成的熱量使原油凝固問題得 到解決。需要注意的是，該技術在實施過程中，應對井口的油溫進行定 時測量，當檢測到油溫超過原油的凝固點以后，才可將電纜起出。

4、故障診斷技術

地面驅動螺桿泵在采油過程中，如因管理不當、工況不合理或者產品質量等問題時，將會出現一系列故障問題，常見故障有采油井常見故障有抽油桿斷脫、各種堵塞、油管漏失、定子橡膠脫落等。必須采取適當的故障診斷技術，以確保生產的穩定。較常采用的故障診斷技術，主要有電流法和憋壓法兩種。

電流法主要是通過測試驅動電動機的工作電流，通過電動機工作電流的大小，來判斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法較為適用于檢測抽油桿斷脫、油管脫落或漏失、泵漏失、定子橡膠磨損嚴重、輸油管在式中，Fi為抽油桿第i截面上的軸向力，單位為N；Ai是指抽油桿第i截面面積，單位為m2；Mi是指抽油桿第i截面上的扭矩，單位為N·m；Wni是指抽油桿第i截面抗扭截面模量，單位為m3。

三、地面驅動螺桿泵相關采油工藝技術優化

1、防脫優化技術

（1） 油管柱防脫技術

由于螺桿泵的轉子在定子內是順時針旋轉，工作負載直接表現為扭矩，當轉子扭矩作用在定子上時，定子承受的扭矩會使上部的正螺紋油管脫扣，因此對地面驅動螺桿泵的油管柱必須采取防脫措施。當前，油管柱防脫技術主要有兩種，一種是錨定工具，另一種則是反扣油管。通常采用的是錨定工具，與常規油管錨的使用一樣。

（2） 抽油桿防脫技術

由于驅動螺桿泵的抽油桿柱長度很長，當傳遞扭矩時抽油桿柱會儲存一定的彈性變形能，一旦停機，抽油桿內儲存的彈性變形能釋放出來造成抽油桿高速反轉而脫扣或因固定閥失靈停機后油管內液體回流造成抽油桿反轉而脫扣。目前，可采用防脫技術主要有以下幾種：

①采用定向離合器進行防反轉。在定向離合器的外殼上安裝剎車

線堵、結蠟嚴重等故障形式。

（2）憋壓法

憋壓法主要是通過關閉采油樹回壓閘門進行憋壓的方式，來觀測井口 油壓和套壓的變化，進而診斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法主要適用于 檢測抽油桿斷脫、油管脫落、泵嚴重漏失、定子橡膠脫落等故障形式。

總結：

由于我國在地面驅動螺桿泵的實際應用時間較短，經常出現工作參數不匹配，采油工藝選擇不當等方面的問題，導致設備及油井的生產功效得不到充分發揮。本文從地面驅動螺桿泵的工作原理出發，并主要就螺桿泵采油工藝的優化計算，以及相關工藝技術的優化應用進行了分析與探討，以此希望對地面驅動螺桿泵采油系統的實際應用能起到一定的幫助與借鑒。

參考文獻：

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