电动潜油螺杆泵

1、电动潜油螺杆泵目录第一章井下采油单螺杆泵的现状及发展 1第二章电动潜油螺杆泵在疑难井中的应用 3第三章大排量井下电动潜油螺杆泵研究与应用 8第四章大庆油田改变采油技术现状势在必行 10第五章螺杆泵工况测试技术 12第一章 井下采油单螺杆泵的现状及发展摘要 井下采油单螺杆泵因具有较高的系统效率而日益受到重视。 目前已开发的并下单螺杆泵有地面 驱动采油单螺杆泵、电动潜油单螺杆泵、单螺杆波动机单螺杆泵装置和多头螺杆泵。筒述了单螺杆 泵定于衬套选用的材料和转子的表面处至方式，介绍了单螺杆泵在国外的使用情况。指出井下采油单 螺杆泵主要朝增大泵的下井深度， 加大泵的排量， 延长泵的使用寿命和拓宽泵的使用范

2、围等方向发展。 最后就国内开发和推广螺杆泵工作规划提出了建议。20多年的历史。 1986 年大庆油田井下来油单螺杆泵作为一种实用的采油机械应用于石油工业已有 从加拿大 Griffin 公司引进螺杆泵在油田试用，从此国内厂家便开始了较系统地研制井下采油螺杆泵。 螺杆泵的结构非常简单，特别适合于高粘度、高含砂量的油井，并且有较高的工作效率。美国一石油公司曾对螺杆泵采油系统、 电动潜油离心泵和有杆泵抽油系统 3种采油设备， 在水驱采 油井中进行了同样条件下的采油试验。试验结果表明，3种采油系统的效率分别为 634、 524和504， 其中螺杆泵采油系统的效率最高。 此外，螺杆泵采油系统的装备投资费用

3、比另外两种采油装 备低 2030以上。主要结构型式目前，井下采油螺杆泵大致可分为以下 4种结构型式。1 地面驱动采油单螺杆泵 地面驱动采油单螺杆泵是井下来油螺杆泵中最简单的结构型式，也是国内外井下采油单螺杆泵采 用的主要结构型式。 由于是利用抽油杆传递泵所需要的扭矩， 因此在大徘量情况下很难实现深井采油。地面驱动单螺杆泵的驱动头动力主要由电动机或液马达提供。由电动机作动力的驱动头，有的采 用变频调速，有的利用胶带和减速器共同调速，还有的直接利用减速器调速。利用液马达作动力调节 泵的转速非常方便。2电动潜油单螺杆泵电动潜油单螺杆泵的最大特点是不需要抽油杆传递动力，特别适合于深井、斜井和水平井采油

4、作 业。较早开展这种泵的研究工作的是前苏联和法国。近年来，美国等发达国家也开始重视电动潜抽螺 杆泵的开发，并在多砂、高粘深井、定向井、水平井中应用，取得了很好的效果。在某些情况下，电 动潜油螺杆泵的使用寿命甚至比电动潜油离心泵高5倍。电动潜油螺杆泵寿命的提高， 大大降低了采油成本，使一些原经济上无开采价值的油井有了良好的效益。电动潜油螺杆泵由螺杆泵、柔性轴、装有 轴承的密圭寸短节、 齿轮减速器和潜油电动机等组成。为了使泵的旋转速度降到 500r / min以下，有以下3种方案可供选择。(1) 采用6极潜油电动机，在60HZ时，电动机的转速为1000r /min,再利用变速装置，转速可以降到50

5、0r / min 以下。(2) 采用4极潜油电动机，在60HZ寸，电动机的转速为1700r / min，再利用单行星齿轮减速器减速(如传动比4: 1)，转速可降到425r / min以下。(3) 采用2极潜油电动机，转速为3500r /min,配传动比9: 1的双行星齿轮减速器， 可将速度减至400r / min以下。由于选择 4极和6极电动机会降低电动机效率， 减小启动扭矩， 增加装备费用， 因此第 (3) 种方案为 最佳选择。以第(3)种方案研制的电动潜油螺杆泵，在美国Alaskan多口油井使用，其寿命有的达到了480多天，有的达到了 670多天，有些泵目前仍在运行。 美国Amocc公司也

6、研制厂一种带齿轮变速箱的电 动潜油螺杆泵。齿轮变速箱的额定功率为36. 8kW夕卜径为114. 3mm,传动比为4： 1,在采用4极电动机的情况下，可提供的转速约为 425r / min，现场使用也取得了较好的效果螺杆泵采取单螺杆衬套副、多螺杆衬套副串联和两对螺杆衬套副并联等结构形式。串联的目的是 减少螺杆衬套副的制造难度或提高泵的工作扬程,并联的主要目的是为了增大泵的排量,抵消两对螺 杆衬套副工作时所产生的轴向力。3 .单螺杆液动机单螺杆泵装置 这种装置特地面动力液送入并下的顶部螺杆衬套副,驱动顶部螺杆衬套副转动,以顶部螺杆衬套 副作为动力马达,驱动底部螺杆衬套副旋转,由底部螺杆衬套副作为泵

7、来实现采油作业。目前,这种 装置在国卜已投入现场应用,只是数量较少。4 .多头螺杆泵 美国泵服务有限公司研制了螺杆衬套副为 4： 5头的井下来油多头单螺扦泵。与单头单螺杆泵相比, 多头螺杆泵大大地减小了泵的几何尺寸, 提高了泵的排量和压头, 降低了泵的转速, 减轻了泵的振动。 在下泵深度为610m,排量为318m3/ d的相同条件下，要求单头螺杆泵外径 114. 3M长度& 53m而4: 5头的多头螺杆泵外径只需 88. 9mm，长度仅为3. 35m国内辽宁福泰石油机械制造有限公司已生产 了螺杆衬套副为 2： 3头的地面驱动的井下采油单螺杆泵。定子衬套副的材料 泵的工作寿命主要取决于定

8、子衬套材料的性能。定子材料受多种因素的影响,如温度、芳香族化 合物、H2S等,因此深入研究不同环境条件下的定子衬套材料是提高采油螺杆泵性能和工作寿命的关键。 目前国外主要研制了 4种橡胶材料作为螺杆泵定子衬套副的材料,即丁腈橡胶、超高丙烯腈含量橡胶、 氢化丁腈橡胶和含氟橡胶。目前国外开发的高丙烯腈含量橡胶能成功地用于温度为40 C、芳香族化合物含量达 11的油井中；研制的氢化丁腈橡胶能较好地适应二氧化碳、硫化氢和甲烷的环境(C02、 H2S的含量可达2%),且能保持较好的机械性能， 这种橡胶已成功地用于 250C的高温油井中；氟橡胶能适 应较高的温度，但机械性能不够好.因此工作寿命不长。在定子

9、橡胶中加入添加剂对减少螺杆衬套之间的摩擦很有益处,尤其在高含水含气并中。 国内目前主要采用丁腈橡胶作为螺杆泵定子衬套的材料,因此难以适应各种油井环境,大大影响 了泵的工作范围。建议在不同的工作环境条件下采用不同的定子橡胶材料,这是提高井下采油单螺杆 泵寿命的根本途径。转子的表面处理在腐蚀和磨蚀性环境下,表面硼化处理的转子比表面镀铬的转子寿命长得多。试验已证明,在磨蚀性条件下, 表面硼化处理的转子寿命是表面镀铬转子的5倍。表面具有碳化钨层的转子也比传统镀铬的转子好得多。目前国内螺杆泵转子的表面处理主要是镀铬。第二章 电动潜油螺杆泵在疑难井中的应用摘要 电动潜油螺杆泵作为一种新型的无杆采油设备，

10、它在高粘度稠油、 高含砂、 高含气和斜井的原 油开采中具有独特的优势。它从根本上解决了有杆泵在稠油开采中的抽油杆断脱以及在深井、斜井中 应用时杆管偏磨等问题，具有检泵周期长、泵效高、能耗低等优点。在介绍了电动潜油螺杆泵的结构 组成、工作原理及技术参数和性能特点后，详述了在稠油、斜井、高合砂等疑难井开采中的现场应用 情况，并做了经济效益分析。建议要进一步提高减速器的承载能力，研制大排量高扬程螺杆泵，从而 扩大其应用领域。引言 国外较早开展电动潜油螺杆泵研究工作的是前苏联和法国，近年来一些发达国家如美国、加拿大 等国也开始重视该泵的开发和应用 L1i 。随着国内油田开发的进一步深入， 诸如高粘油、

11、 稠油、高含蜡、 含砂原油及一些难动用储量区块等开采比例不断增加，而电动潜油螺杆泵在开采高粘油、稠油、高含 蜡、含砂原油、斜井和高含气原油中具有独特优势，有泵效高、检泵周期长、能耗低等优点，大大降 低开采成本，从而加快了电动潜油螺杆泵采油系统和工艺的发展。经过近几年的研制， 胜利油田成功开发生产出胜利电动潜油螺杆泵系列产品， 并在高粘油、 稠油、 高含蜡、含砂原油、斜井和高含气等疑难井开采中进行了工业性应用，取得了很好的效果。结构组成 及工作原理对出砂、 稠油井，采用螺杆泵优于其它泵， 但地面驱动式螟杆泵由于多种原因未得到广泛的应用， 归纳起来如下：1. 由于依靠纫长杆驱动井下螺杆泵，杆管磨损

12、严重，尤其在斜井上应用受到限制；2 由于受杆强度限制，难以提高泵排量和下深；3 驱动杆的能耗大，一般占系统总能耗的50 以上。基于上述原因，国内外许多采油工程师很早就把眼光放到了开发电潜螺杆泵采油系统上。当前潜 油电机、传动机械、控制和螺杆泵等相关技术的状况为开发电潜螺杆泵提供了良好的技术环境。经多 年研究，成功地开发出第一套电潜螺杆泵采油系统样机。一、电港螺杆泵采油系统的技术特点 电潜螺杆泵采油系统除在出砂、稠油井上具有优势外，与有杆泵相比还具有如下优点。1 节能，油越稠节能降耗越显著；2 不发生气锁，还具有破乳作用；3 抽汲连续平稳，不对油层产生压力激动；4 。无抽油杆，消除了因杆管磨损带

13、来的损失可用更小尺寸油管；5 可用于斜井、定向井及水平井；6 地面占用空间小，井口无泄漏、无噪音管理简单；7 提高泵下深和徘量；8 泵下机组的发热起到泵下加热作用。、开发电漕螺杆泵采油系统的技术关键及解决方式电潜螺杆泵采油系统的核心是将电机放到井下，从而去掉过长驱动杆。开发该技术的关键为:1.泵的低转速高扭矩输入要求；2 .泵的工作轴向力；3 .井下机组高温、高压保护。其相应解决方式为：1 .电潜离心泵的潜油电机和井下电缆技术以及地面供电控制部分可以借用，但井下电机的输出转速高、输出转矩低，与螺杆泵的需要相差 一个数量级，若采用多极电机或降低电源频率，则电机体积太大，电机的性能也太差，在技术和

14、 经济上均不合理，因此专门设计制造了井下减速 器，通过减速器降低转速提高转矩；2 .专门设计制造联轴节以解决输出轴与泵 轴的传动问题和轴向止推力问题；3 .井下机组在远高于地面温度和压力环境 下工作，且自身还发热，为此参考井下电机保护 器原理，1.结构组成电动潜油螺杆泵机组安装示意图见图1。电动潜油螺杆泵采油系统由地面部分、井下部分和图 电动潜靄堺杆泵机组安誤示需田H w-就在辭；2箕骨1 一常iW电於rVh博一W护SL 5 常油域速器（也格威邀：|保护矗丛双万劃节）护罩* 探杆亲；$爆秆蘇捋出去円一引挨电塑订】一愉音；12-勒 力电缆；计一单AH一井一地面电址一惟经禹协一捽制柜（匪变频整削器

15、打和变依髀（或变频控制器）、地面接线盒和井口装置;中问连接部分组成。其中，地面部分包括变压器、控制柜 井下部分包括4极潜油电动机、螺杆泵、电动机保护器、引接电缆和动力电缆； 中间连接部分包括扶正 器、减速器（含减速器保护器）、双万向节、吸入口、单流阀和泄油阀。电动机内的电机油和减速器及其保护器内的齿轮油相互隔离，两种不同的润滑油满足不同的润滑要求。 电动机下端及泵的上端 各有一个扶正器，以减少螺杆泵行星运动产生的 振动对机组其它部件造成的影响。2 .工作原理利用井下动力电缆将电力传送至井下 4极潜 油电动机，潜油电动机通过减速器和双万向节带 动螺杆泵在低速下转动，井液经过螺杆泵增压 后，通过油

16、管举升到地面。井下潜油螺杆泵由转 子和定子（橡胶材料）组成。转子和定子相啮合形 成一个个连续的密封腔室，当转子在定子内转动时，空腔从泵的入口端向出口端移动，空腔内的 液体也随之从泵的吸入端泵送到排出端，通过油 管输送到地面，从而起到泵送作用。技术参数、性能特点及关键技术分析1 技术参数判 F量：10 150m3/ d;扬程： 9002200m；适用套管：139. 7mm(5X英寸);177.8mm(7英寸);含砂：井液含砂小于 3，最大砂粒直径小于 01mm；介质粘度：小于 5000mPa. s/(50oC)；井底温度：小于 150oC；可提供的4极潜油电动机系列有116、143两种，其中11

17、6电动机功率系列从6100kW总长度在2286 8400mm直径为116mm电压290 1436V。143电动机功率系列 6 150kW 总长度1690 7063mm直 径 143mm 电压 360 2670V。减速器分为138和114两种，其中138规格的适应于177. 8mm(7英寸)套管减速比有：i = 4.25 : 1 , i =9: 1，其输出转速为 336或160 r /min，长度2900m,直径138mm 114规格的适应于140mm(5X英寸) 套管；减速比有：i = 4： 1, i = 5: 1, i = 9: 1,其输出转速为 356或285r /min ,长度2670m

18、m直径114mm。2 .性能特点(1) 适合于开采粘度高(5000mPa s)、含固相的流体(固相含量w 3%)，对油井液体使用范围广。(2) 不易发生气锁 (产液中含气量 2 95，溶解气体积百分比 ) ，均匀连续吸液和排液， 还具有 破乳作用。(3) 抽吸连续平稳，对地层不产生压力波动。(4) 适用于直井、斜井(可下入8o/ (30m)斜度井中)、水平井也适用于注聚合物油井。(5) 无抽油杆，消除了因杆管磨损带来的损失，节能降耗，与有杆泵相比节能30%60%。(6) 地面占用空间小，井口无泄漏、无噪声，日常管理简单，且运行成本低，尤其适合海上平台 采油。(7) 与地面驱动螺杆泵相比，它不需

19、要抽油杆传递动力，同时该系统又采用了双万向节配套工艺， 保证了动力传递的高效平稳。 从根本上解决了地面驱动螺杆泵在稠油开采中的抽油杆断脱以及在深井、 斜井中应用时杆管偏磨等问题，泵的扬程范围更大，泵效高，管理费用低。(8) 电动潜油螺杆泵系统配套方面与同类产品相比采用了具有实用新型专利的星型减速器及减速 器保护器，该保护器有高载荷的止推轴承，可承受螺杆泵工作时产生的轴向力，使该系统应用于斜井 和水平井的开采。(9) 采用变频控制技术， 对潜油电动机的启、 停具有很好保护作用， 同时也对整个系统的高效平稳 运行起到了良好的保护和调节作用。3 .关键技术分析 电动潜油螺杆泵需要解决的关键技术在于：

20、如何使潜油电动机和潜油螺杆泵，通过各传动部件及 其响应的保护装置，达到相互匹配、相互协调一致的目的，并能实现相对较高的功率传递效率，传递 平稳，整个电动潜油螺杆泵机组具有检泵周期长，泵效高的预期。(1) 潜油电动机 为适应螺杆泵的运行， 专门设计了 4极潜油电动机。 它是三相鼠笼式异步电动机， 电动机分别适合于177. 8mm(7英寸)和139. 7mm(5X英寸)两种套管。尤其是143四极潜油电动机可以满 足现场不同的电压要求，特别适用于海上平台几口井不同功率而需要同一电压的生产需求。它具有良 好的绝缘性能，有90、120和150oC 3种耐温等级，满足不同油井井况的需求。(2) 电动机保护

21、器 采用特殊的并联胶囊保护器， 具有层层保护的功能， 其主要目的是： 起密封 作用，可防止井液和水进入潜油电动机内；起到电动机呼吸补偿作用；起压力平衡作用；起承 载作用， 对电动机的长期可靠平稳运行起到了很好的保护作用。(3) 减速器及其保护器 通过减速器将潜油电动机的输出转速降至螺杆泵需要的转速，并使输出扭矩提高到泵需要的工作扭矩，减速器是 单级或双级行星齿轮减速器，减速器保护器为胶囊式保护器，里面充满齿轮油，保证减速器在斜井、 水平井中能正常工作。(4) 双万向节 使潜油螺杆泵保护器轴的同心转动满足潜油螺杆泵偏心往复运动的要求，以保证动力的高效平稳传递。(5) 地面变频控制器 由于螺杆泵的

22、启动转矩较大，变频控制器可以根据负载转矩，使启动转矩 提升到最佳值。变频控制器的软启动功能可以根据油井的实际情况设定电动机的启动电压。该启动电 压可在电动机的额定电压的 20 90范围内由操作者调节，在按斜坡启动期间，无线级性地增加到 额定电压。同时机组在运行过程中能随时检测电动机的负载情况，自动调整功率输出，从而使电动机 始终处在最佳运行状态， 对电动机的启、 停具有很好的保护作用， 在整个调速范围内均有很高的效率， 并具有节能效果。现场应用及经济效益分析1 稠油井的应用永88井为高稠油、 含砂井。 该井在使用本公司的电动潜油螺杆泵之前， 曾用过地面驱动螺杆泵， 由于抽油杆断脱等原因而频繁作

23、业， 最后使用抽稠油泵开采， 平均检泵周期为 4个月， 产液28 6m3d ， 含水70 5 %，效果都不理想。该井井液粘度为7700mPas/ (50 C )，总矿化度高达34347mg/ L,含砂0.18 %，采用139. 7mm(51/2英寸)套管。于02年4月19日下潜油电动螺杆泵，泵挂深度 1900m至 今运转良好。目前生产数据为：产液 35. 4ni/d,产油11 . 83t /d,比原采油方式平均日增原油 3. 3t。 这为中高稠度原油、高矿化度油层的接替开采提供了一次性投入费用低、日常维护费用少、经济效益 回报率快,且较完善的工艺技术支持。2 在深斜井中的应用(1) GD821

24、 双井为深斜井和油层出砂井。该井井液粘度为3251mPa- s/(50 C )，含砂0. 1 %，井深1496m,最大井斜为33. 09。(1421m)，造斜点700m 177. 8mm(7英寸)套管。该井是一 口新投产井， 于02年2月12日下电动潜油螺杆泵机组，机组泵挂深度1200m,至今一直运转正常。目前生产数据为：平均产液29m/d，产油2. 75t /d，含水90. 5%,电动潜油螺杆泵在该井的成功投产，填补了浅造斜 点、大斜度、稠油井机械采油工艺的一项空白,为海上稠油油藏依托人工岛原油开发提供了先进的工 艺技术支持。GD821区块是新开发的区块，油稠最高可达5000mPas/(50

25、 C )，电动潜螺杆泵的试用成功， 为GD821 区块和垦东 12及垦东 401滩海区块稠油、斜井的开发提供了有力的技术支持。(2) H5 x15井为大斜度、稠油、出砂严重油井，该井使用电动潜油螺杆泵后，日产液30m5/ d,产油9. 8t /d,这口井成功投产解决了以前抽油机因油稠光杆下不去、杆管偏磨，以及出砂其它工艺设备无法正常开采的技术难题。3 在高拈、出砂油井中的应用(1) 永8 20井属于高粘油井、油层出砂井。该井井液粘度为5000mPa s/(50 C )，含砂2. 5%。原采用抽稠泵开采，生产数据为：产液9m3/d,含水30%，平均检泵周期为3个多月，因效果不理想而采用电动潜油螺

26、杆泵。于 2002年8月22日下机组并正式投产。扬程 1600m,目前产液13. 5m3/d，平均 日增原油 34t 。 02年11月已正常运行 4个多月,机组运转平稳。电动潜油螺杆泵在该井一次投产成功 并正常生产,为高粘油井、出砂油层机械采油工艺提供了先进的技术支持。(2) N4 1 1井为油稠、含砂井。该井停机前用抽油机生产,因抽油杆断而停机。该井液粘度为2464mPas/(50 C )，并且出砂，2002年6月后产液13. 5m3/d，产油6. 8m3/d, 日增原油2. 81,至 今运转正常。该井用电动潜油螺杆泵生产后,较好的解决了有杆泵在该井生产过程中抽油杆断脱,频 繁作业而影响生产

27、的问题。4 经济效益到2002年11月为止,电动潜油螺杆泵已分别在孤东、东辛、现河、滨南和临盘等采油厂推广应用 10多井次,经济效益明显。(1) 增加原油产量 对已采用潜油电动螺杆泵生产的特殊井况的油井, 与以前采用有杆泵生产进行 对比统计，平均日增产原油 2. 6t，到2002年11月为止累计增产原油680t，原油按800元/ t计，增创经 济效益 544万元。(2) 减少作业费用 对采用潜油电动螺杆泵生产的油井与原采用有杆泵生产进行对比统计,油井的检泵周期提高了 1 5 2 5倍,同时提高了油井的开井时率,共减少维护作业6井次,每井次作业费按4万元核算,到 2002年 11 月共节约作业费

28、用 24万元。(3) 增加固作业而损失的原油产量统计1 0井次共减少维护作业 6井次,减少作业增产累计 150to创经济效益 12万元。(4) 一次性投入低、 日常维护费用少 在稠油、 斜井、 高含砂等疑难井开采中应用电动潜油螺杆泵 采油工艺,一次性投入低、日常维护费用少、经济效益回报率快,有较完善的工艺技术支持,具有一 定的经济和社会效益。上述 3项累计直接创经济效益 90 4万元。结论及建议胜利石油管理局无杆采油泵公司研制的电动潜油螺杆泵2002年在胜利油田推广应用,成功用于10余口井,取得了良好的应用效果。现场应用表明,电动潜油螺杆泵作为一种新型的无杆采油设备,在 高粘度稠油、高含砂、斜

29、井和高含气的原油开采中具有独特的优势。它从根本上解决了有杆泵在稠油 开采中的抽油杆断脱以及在深井、斜井中应用时杆管偏磨等问题。具有检泵周期长、泵效高、易于管 理、节能效果明显等优点。建议进一步提高减速器的承载能力,研制大排量高扬程螺杆泵,从而扩大电动潜油螺杆泵的应用 领域,更好的发挥电动潜油螺杆泵的工艺优势。加快电动潜油螺杆泵配套技术,如电加热技术、热洗 井工艺等的研究。 2004.1 (钻采机械)第三章 大排量井下电动潜油螺杆泵研究与应用摘要 针对螺杆泵举升技术存在的问题，开发研制了一种QYLB80 24C DQO 01型电动潜油螺杆泵。它主要由 4极潜油电动机、 保护器、联泵机构和专用螺杆

30、泵总成组成，地面采用电潜泵现有的配套技术。现场试验证明，用井下电动机经井下传动机械驱动螺杆泵是合理的，井下传动机械的设计制造是成功 的。由于它具有低投入和低运行成本优势，对油田开发降低投资和成本具有重要意义，它适合于聚合 物驱举升方式，有望成为聚合物驱采油方式的首选技术。大庆油田自 1986年开始引进和研制地面驱动井下单螺杆泵以来，到1999年全油田在水驱、聚合物驱和三元复合驱井上也只应用了200口井左右。制约螺杆泵大规模推广应用的主要原因是检泵周期短，平均检泵周期不到300d。造成螺杆泵检泵周期短的主要原因是：抽油杆易断脱，定子易脱胶，地面设 备易漏油，井口运行稳定性差和井下管柱易蜡堵。针对

31、螺杆泵举升技术存在的问题，大庆油田经过多年的科研攻关和现场试验，仍60mi/d以下小排量螺杆泵举升工艺已基本过关。但是地面驱动的大中排量螺杆泵采用普通抽油杆易断脱，采用专用抽 油杆虽然抽油杆易断脱问题得到控制，但抽油杆的投资成本上升，能耗也相对较高。尤其是在聚合物 驱油井中，抽油杆偏磨严重，检泵周期也很短。普通电潜泵油井遇到聚合物后效率低，能耗大，所以 研究排量在仍60m/d以上的电动潜油螺杆泵尤为重要。研制电动潜油螺杆泵的技术思路和技术关键1 技术思路目前世界上井下驱动螺杆泵系统中有两种驱动形式，其中井下液压驱动螺杆泵采油系统设备及工 艺复杂，能耗相对较高。井下电动机驱动螺杆泵系统的减速装置

32、磨损严重，寿命较低，特别是轴向减 速在？ 140mr套管中空间受到限制， 国内外还没有在？ 140mn套管中研制出排量在 60m / d以上的潜油电动 机加减速装置的电动潜油螺杆泵。近几年来，笔者在探索新电动潜油螺杆泵工艺方案中，着重考虑了 以下 3方面：(1) 尽可能降低潜油电动机的转数，去掉减速装置，以减少工艺技术复杂性；(2) 研制高性能强耐磨螺杆泵橡胶定子，提高螺杆泵整体使用寿命，延长油井检泵周期；(i) 降低电动潜油螺杆泵的投资成本和运行成本， 最大限度地提高电动潜油螺杆泵举升工艺的经济 效益。2 技术关键(1) 降低电动机转数但其体积不能无限制地增大，必须能满足？ 140mmt管井

33、下作业工艺的要求而电动机本身成本又不能增加太多；(2) 选用耐高温、高强度、强耐磨的定子橡胶；(i) 如何解决在保证传递扭矩的同时又能满足螺杆偏心摆动， 以及较好地解决螺杆轴向载荷的卸载 问题；(4) 井下机组耐高温、高压和密封保护问题。新型电动潜油螺杆泵的设计与开发1 新结构4极潜油电动机的设计2001 年将井下2极潜油电动机改造为 4极潜油电动机，电动机转速由3000r / min降到了 1500r / min。 2002年又与厂家合作将电动机通过加大滑差转速由1500r / min降低到1350r / min，在相关技术参数不变的情况下，4极潜油电动机由两节制成一节，长度由9.6m降为6

34、.4m，产品造价也由13万/台降为6.3万/台。2 .选用zantmand横胶作定于材料为了满足螺杆泵的性能要求，需要在橡胶中加人大量的添加剂，以提高校胶的硬度、强度、耐磨性、耐温、耐压、弹性和抗老化等性能。目前用于抽油和输油的螺杆泵都是由丁腊橡胶作定子的，但是， 在矿场上应用的螺杆泵的转子转速却都在300r / min以下，丁脂橡胶在高转速下是否能满足高性能、强耐磨性的要求。聚氨酯类橡胶具有较好的耐磨性和较好的弹性，但其易水解性能不能满足抽汲中高含 水原油。经过多次试验和筛选，选出 za ntma nd高分子耐磨橡胶作定子材料。将耐磨橡胶与丁脂橡胶在室内进行了物理机械性能及室内螺杆泵高速耐磨

35、对比试验，试验结果见 表1和表2。* I的物理執植性健对比况Wff/Aft-7 mg(kN B斷MP«抽軒M*快%TltttK75444&2S500)512751542358W<30l3*2苒暮胶的內舞料象离運腐对比试况tm/(r * min _l ) g试后压 玉/MM试檢后闿 W d J ,)GLB8001 420192725.5105Zunldoum1 <20194I6BB.SIM强网翳性丁脂橡胶在1420r/ min转速下运行72h发现压头由原来的8. 5MP下降到5.5MPa,徘量由192卅/ d下 降到105m5 / d,起出转子发现型线部位的镀烙层有

36、脱落，定子冲洗液中带有橡胶粉末。则d定子橡胶在一数賂逼遒相同条件下连续运行168h徘量和压头都没 有变化，证明zantmand橡胶定子的耐磨性 能较好。3 .专用联泵机构的设计图2电希机离蛊、禹压栽热示意图|澜常陳护装2电动机外克t 3连按 肢胳骨俺一馬子用一外片，经过油管将液体输送到地面输油管线。研制了专用联泵机构（见图1）,它可保 证在传递扭矩时能满足螺杆偏心摆动，同 时又能较好地解决螺杆轴向载荷的卸载问 题。其原理是：将该泵下入油层顶界，经 动力电缆将电能输送给潜油电动机，电动 机通过润滑保护器的输出轴和下柔轴驱动 螺杆泵旋转，同时该泵的转子带动上柔轴， 驱动螺杆泵旋转，此时井液通过下吸

37、入口 及上吸入口混合器进入螺杆泵，由螺杆泵增压后4.设计专用电动机保护装置井下机组在远高于地面温度和压力环境下工作，且自身还发热，为此参考井下电动机保护器原（见图 2）。2003.理，专门设计了井下机组的润滑保护装置，以解决井下机组的耐高温、高压保护问题S1专用联蠱机枸示意图头$ 2连接头JTHh 4定于鲂 5花一定子泊、1转子訂亠上柔抽订0下柔執第四章 大庆油田改变采油技术现状势在必行1实现无扦系油技术条件基本成熟人庆油田70年代末80年代初，成功地应用丁从国外引进的潜泅电泵技术，为无杆泵采油开创了先 例和条件，它能在井下运行 1. 52a时间。如果我们将潜油电泵更换成既能抽油、水混液，又能

38、抽汲 稠油及油砂很合、油气两相混合流体的螺杆泵，也就等于实现无杆抽油，而且螺扦泵可实现高扬程、 低排量采油。这正是油田挖潜所需要的。2.借助潜油电机驱动螺抒泵大有可能将潜油电机稍加改造就可用来驱动螺杆泵。潜油电机驱动螺杆泵， 在国外也处于研究和试验阶段，下图便是国外试验的示意图。从图中可以清楚地看出，潜油电机直接驱动着螺杆泵，分上左旋、下右 旋两个螺杆。这样的螺杆泵结构简单又安全可靠，能实现高扬程、低排量，可直接采用。要使螺杆泵 实现高扬程、低排量，就必须让螺杆泵大多数工作时间处于低转数。而现时的潜油电机的转数较高， 有必要对其改造，实现潜油电机转数与螺杆泵同步。下文笔者就示意图中有关问题叙述

39、已见。图中没有显示电机与螺杆泵螺扦是怎样联岛区无文献介 绍潜油电机的转数问题。然而，这些正是潜油电机应用在螺杆泵上的技术关键。不过，我们完全可以 加以构思和完善它。潜汹电机与螺扦泵联接处，如用现有潜油电机，则必须要配1个减速器。假设潜油 电机是适应螺杆泵的转数直接联接的，那么，就必须彻底改造现有的潜油电机。按照电机原理要求， 若能适应200 300r / mi n左右的转数，其电机肯定是 16极电机（定子），它的制造技术难度是很大的， 不易实现。笔者贰为，不如加 1个减速器更力现实一些。另外，浴油电机是否带保护器，示意图中也未 显示出来。笔者认为，潜油电机带保护器为好，并且最好使减速器同保护器

40、连通为宜，但必须具有防 止铁屑、铁粉等金属物进入电机的防护设施。3 改造潜油电视转数的技术原理成赡电机转数同电源频率、电机定子极数成比例的。从交流电机转数公式n1= 60/:/八可知（/ I为电源频率，我国规定为 50Hz, JV为定子绕组极数），降低H1可从降低/,和改变孤入手。但/:涉及 到国家规定，不允许随意更改，而八则是制造厂自身的事，完全可以做得到。如果将电机转数降至 700?/mi n左右，再加上1个适当的减速器，就可实现 200 300Vmin 6再如 果电源是可调频的，调速就更简便了，这时不用减速器就可以实现减速。笔者认为，还是以加上减速器比较经济。4I 潜油电视驱动螺抒泵视组

41、要解决的几个关键技术问题 ：（1）降低潜油电机转数 （2）渗油电机取消配套变压器美国的潜油电机电压等级在1000 V以上，若我国照此制造，势必要配套专用变压器，制造成本随之加大。我们宜在吸收、消化国外先进技术基础上，根据我国电压等 级设计、制造。确保电机功率指标是制造厂首先要满足的。从电机功率公式尸=Jp/= J '只=p/'/ j可知（J为电流65/为加在定子线圈两端的电压6只为冠子线圈电阻总和），尸与p/'成正比，与只成反比。由于潜油电机所驱动的螺扦泵排量很小；要求的尸也相应地小。特别是在开采低产低渗透油田时，螺扦 泵负荷要小于最小排量的电潜泵负荷，此时对电机尸的要

42、求就更小。降低尸可从降低p/和只入手。按照我国标准电压 380V设计电机完全可以办得到，而降低只值又可从尽可能选用电阻系数小的导 体和在可能条件下增大导体截面积方面考虑。总之，低压小功率电机是可以制造出来的。假如随着油 田开发需要，要求大排量、高扬程螺杆泵时，可根据我国电压等级标准，将电机电压提高到6000 V不等，也是可以办得到的。 如上一系列措施实现后， 有理由认为潜油电机取消专配变压器是可以实现的。（3）螺杆泵制造和运行中存在的问题据大庆油田有关资料称，螺杆泵在运行中主要问题表现在运行寿命短。其原因是定子与橡胶的粘接持久牢固性差，油浸时定子橡胶膨胀，将燎杆抱死，造成扭断抽 油杆或电机启动

43、负荷过大；再有就是造成“油管”股扣事故。油田对螺仟的要求是高扬程运行，长寿命。葛扬程意味着要求螺杆级数多，长螺杆。国内生产厂 家有能力生产长螺杆。至于油油杆扭断问题在无杆采油系统不存在。余下要解决的是定子橡胶粘结 膨胀问题，笔者认为可迥过生产厂家与科研单位合作攻关解决。不过，潜油电机和螺杆泵机组在井下的钳定器倒是该无杆抽油系统的另个技术关键问题。笔者已设计出一个总装图，正待试验验 证。潜油电机驱动螺杆泵的无杆抽油系统的优点：在斜井、水平井拐弯处没有刚性扦滑动；螺仟泵可 实现高扬程、低排量，并能泵送油、气、固三相混合液；螺仟泵对输送介质要求不高，可输送高粘度 液体，也可输送液、气、固混合介质。如

44、此优点，有理由认为该无杆抽油系统具有生命力，广泛用于 油田挖潜开采存在极大可能。三、经济和社会效益坪估1 一次性投资比抽油机慑据文献1，装设I台抽油机（含安装）一次性总投资要Y 31 o 5万固，而装设I台井下潜油电机驱动 螺杆泵一次性总投资仅Y 23 5万圆，便宜Y 7 45万圆。如果占投资额较大比例的井下电缆日后价格 下降，还能节省一笔费用。2 院用钢材比抽油机少如前所述，12个型号抽油机的平均消耗钢材为 12t /台，而潜油电机驱动螺杯泵的总质量 （含井下 电缆）才2t /台。此外，下潜油电机驱动螟杆泵后，油管将从2十（英寸）换成1 士 V英寸），况且不存在抽油杆。若按1500 m井挂深

45、度计算，仅此两项就节省钢材 4 36十2 62; 7. 48（t /台）V计重过程从 略）。3 节能效果显著据文献1 ； ，拙油机系统效率为 182，而潜油电机驱动螺杆泵的系统效率达56，高出 378。四、结束语 潜油电机驱动螺杆泵无杆抽油技术如能成功，是一项既节约能源，又节省资源，涉及到油田开发 经济效益和社会效益同步提高的重大科研课题，是一举双得的效益型项第五章螺杆泵工况测试技术螺杆泵是近年发展起来的一种新型采油设备，可分为地面驱动和井下驱动两类，目前应用比较多 的是地面驱动螺杆泵。它具有结构简单、质量轻、占地少、价格便宜、泵效高、系统效率高、节能等 特点，可开采高粘、含气、含砂原油。由于

46、螺杆泵井的生产方式与常规抽油机井明显不同，其工况测 试和诊断也不同。本文研究了螺杆泵井测试工艺、测试仪器及配套工具（螺杆泵抽油光杆卡子）。在测试工艺方面研究了既保证生产，又保证测试的工艺流程，并研制开发了与螺杆泵测试仪配套使用的螺 杆泵抽油光杆卡子，还研制了载荷一扭短传感器和螺杆泵测试仪，可测得井口处抽油光杆所受的载荷、扭短为螺杆泵工况诊断提供了可靠的数据。一、测试装置组成螺杆泵工况测试诊断装置由螺杆泵抽油光杆卡子（LBK和LBC方卡于）、载荷感器、螺杆泵测试仪、便据计算机和打印机等组成 （见图1）。二、螺杆泵井测试工艺1 工况测试在对螺杆泵井进行测试时.首先】启匚方卡子栽荷别議传帚誥L&am

47、p;K方卡子由于地面驱动螺杆泵的运动规律是旋转运 动，因此设计了以工况测试和回放诊断为主的两步 工作步骤，即先采集存储抽油光杆静止时的载荷和 运动时的载荷、扭矩数据，然后回放数据，进行工 况诊断。去掉光杆上的备用光杆卡子及接箍。按图1方式安装载荷一扭矩传感器、LBC方卡子和螺杆泵测试仪。 卡紧LBC方卡子，松开1,胀方卡子，上紧固定测 试仪的紧固螺钉，将传感器线插入测试仪面板的传感器插座。开启螺杆泵测试仪约30s，测得井口处光杆承受的静载，然后启动螺杆泵，测得运动时的團丨螺杆录删试*1亞动载和扭矩，运转5min后测试完毕.关闭螺杆泵电源和测试仪电源。按安装本装置的迎顺序，拆卸各仪器。2.回放诊断连接好螺杆泵测试仪、便滨计算机和打印机。回放数据，进行螺杆泵井下工况诊 断和设备工作状况分析，提出应采取的合理措施，并打印诊断结果。三、螺杆泵测试仪器该仪器可同时测试、存储螺杆泵井抽油光杆所受的载荷和扭矩数据，并发送所存储的数据到便携 计算机，为螺杆泵井工况分析诊断提供可靠的数据。1 .教荷一担矩传感器该仪器可同时感应螺杆泵井抽油光杆所受的载