試析地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油技術(shù)優(yōu)化

劉錦

摘要：地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵是由地面電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭，經(jīng)減速帶動(dòng)光桿和抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)抽油的一種抽油泵。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)件少、故障率低以及價(jià)格便宜等特點(diǎn)，因此近年來(lái)在我國(guó)稠油、高含砂和高氣液比的井開(kāi)采中有著較為廣泛的應(yīng)用。然而，我國(guó)在地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短，經(jīng)常出現(xiàn)工作參數(shù)不匹配，采油工藝選擇不當(dāng)?shù)确矫娴膯?wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備及油井的生產(chǎn)功效得不到充分發(fā)揮。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的工作原理出發(fā)，并著重就其采油技術(shù)工藝的優(yōu)化進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵；采用技術(shù)；優(yōu)化

地面驅(qū)動(dòng)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中如采油技術(shù)工藝不當(dāng)， 往往會(huì)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(wèn)題，這就需要做好對(duì)相關(guān)工藝技術(shù)的優(yōu)化與匹配，以保證設(shè)備的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

一、地面驅(qū)動(dòng)螺桿采油工作原理概述

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)，如下圖 1 所述。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵作為一種容積式泵，其工作原理是由地面驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)抽油桿和轉(zhuǎn)子在定子橡膠襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子之間的容積均勻上移，從而產(chǎn)生抽汲、推擠作用，而實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的排油。

成。油層的工作特性由綜合 IPR 來(lái)描述；井筒中流體則按照多相管流規(guī)律進(jìn)行流動(dòng)；抽油設(shè)備則主要包括了地面驅(qū)動(dòng)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(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。可通過(guò)正確地選擇泵型和設(shè)計(jì)抽油參數(shù)（如泵深、轉(zhuǎn)速和抽油桿柱組合等）來(lái)控制、調(diào)節(jié)油井的生產(chǎn)，使得抽油設(shè)備系統(tǒng)與油層和井筒的能力相協(xié)調(diào)，在高效、安全的基礎(chǔ)上獲得較高的產(chǎn)油量和經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油井采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是以整個(gè)油井為研究對(duì)象，以各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作為基礎(chǔ)，以油井的生產(chǎn)能力為依據(jù)， 以油井的產(chǎn)油量（經(jīng)濟(jì)效益）為目標(biāo)，采用節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法，進(jìn)行抽油井的優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮油層和抽油設(shè)備的潛力。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)劃分，詳見(jiàn)下圖 2 所示，求解點(diǎn)設(shè)置在下泵深度處。

在本文中，主要就地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油桿軸向力和抽油桿柱扭矩的優(yōu)化計(jì)算方法，以及抽油桿柱強(qiáng)度理論的計(jì)算進(jìn)行了分析：

1、抽油桿柱軸向力的優(yōu)化計(jì)算

（1） 桿柱載荷的計(jì)算

通常我們較常采用的是電纜加熱解堵技術(shù)，該技術(shù)的原理是通過(guò)在 油桿內(nèi)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(wèn)題得 到解決。需要注意的是，該技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)對(duì)井口的油溫進(jìn)行定 時(shí)測(cè)量，當(dāng)檢測(cè)到油溫超過(guò)原油的凝固點(diǎn)以后，才可將電纜起出。

4、故障診斷技術(shù)

地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵在采油過(guò)程中，如因管理不當(dāng)、工況不合理或者產(chǎn)品質(zhì)量等問(wèn)題時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一系列故障問(wèn)題，常見(jiàn)故障有采油井常見(jiàn)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(dāng)?shù)墓收显\斷技術(shù)，以確保生產(chǎn)的穩(wěn)定。較常采用的故障診斷技術(shù)，主要有電流法和憋壓法兩種。

電流法主要是通過(guò)測(cè)試驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電流，通過(guò)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小，來(lái)判斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法較為適用于檢測(cè)抽油桿斷脫、油管脫落或漏失、泵漏失、定子橡膠磨損嚴(yán)重、輸油管在式中，F(xiàn)i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(qū)動(dòng)螺桿泵相關(guān)采油工藝技術(shù)優(yōu)化

1、防脫優(yōu)化技術(shù)

（1） 油管柱防脫技術(shù)

由于螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，工作負(fù)載直接表現(xiàn)為扭矩，當(dāng)轉(zhuǎn)子扭矩作用在定子上時(shí)，定子承受的扭矩會(huì)使上部的正螺紋油管脫扣，因此對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的油管柱必須采取防脫措施。當(dāng)前，油管柱防脫技術(shù)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(guī)油管錨的使用一樣。

（2） 抽油桿防脫技術(shù)

由于驅(qū)動(dòng)螺桿泵的抽油桿柱長(zhǎng)度很長(zhǎng)，當(dāng)傳遞扭矩時(shí)抽油桿柱會(huì)儲(chǔ)存一定的彈性變形能，一旦停機(jī)，抽油桿內(nèi)儲(chǔ)存的彈性變形能釋放出來(lái)造成抽油桿高速反轉(zhuǎn)而脫扣或因固定閥失靈停機(jī)后油管內(nèi)液體回流造成抽油桿反轉(zhuǎn)而脫扣。目前，可采用防脫技術(shù)主要有以下幾種：

①采用定向離合器進(jìn)行防反轉(zhuǎn)。在定向離合器的外殼上安裝剎車

線堵、結(jié)蠟嚴(yán)重等故障形式。

（2）憋壓法

憋壓法主要是通過(guò)關(guān)閉采油樹(shù)回壓閘門進(jìn)行憋壓的方式，來(lái)觀測(cè)井口 油壓和套壓的變化，進(jìn)而診斷螺桿泵工作狀況的方法。該方法主要適用于 檢測(cè)抽油桿斷脫、油管脫落、泵嚴(yán)重漏失、定子橡膠脫落等故障形式。

總結(jié)：

由于我國(guó)在地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間較短，經(jīng)常出現(xiàn)工作參數(shù)不匹配，采油工藝選擇不當(dāng)?shù)确矫娴膯?wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備及油井的生產(chǎn)功效得不到充分發(fā)揮。本文從地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的工作原理出發(fā)，并主要就螺桿泵采油工藝的優(yōu)化計(jì)算，以及相關(guān)工藝技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討，以此希望對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能起到一定的幫助與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王國(guó)慶，師國(guó)臣，等.大慶油田螺桿泵機(jī)采井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀及對(duì)策[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011（7）.

[2] 武云松.提高螺桿泵井系統(tǒng)效率的措施研究[J].油氣田地面工程，2009（7）.