热采工艺中螺杆泵定子橡胶的研究与应用摘要：随着各大油田对稠油开发日益受到重视，螺杆泵热采工艺已成为各油田针对稠油开采的一个重要的研究方向。

稠油井以蒸汽吞吐开采为主，注气后井温较高，为200摄氏度以上，而普通螺杆泵耐温仅为90摄氏度，致使注气后不能直接下泵生产，螺杆泵应用受到很大局限。

近年来我国在高温螺杆泵研制方面获得突破性进展，通过在多个油田现场应用，性能基本达到设计及生产要求。

关键词：稠油高温螺杆泵橡胶
由于螺杆泵是一种用于传送多种化学物质及不同物态液体的举升设备，因此要求定子橡胶具有良好的物理化学性能，主要技术参数包括：抗拉强度好、弹性好、硬度高、耐高温、化学抗腐蚀能力强、溶胀性能及粘接性能好等。

下面从高温橡胶研制、螺杆泵型面设计及压胶工艺、定转子配合间隙、室内检测、现场应用等方面对高温螺杆泵的研制进行探讨。

一、高温橡胶的研制
螺杆泵在稠油热采中的主要部件是橡胶衬套，因此高温螺杆泵的研制其核心就是高温橡胶的研制，稠油热采对橡胶的耐温要求至少在150℃以上，普通的丁腈橡胶在90℃以下物理机械性能稳定，是螺杆泵理想的衬套材料，超过120 ℃普通的丁腈橡胶物理机械性能急速下降，在3#标准油120℃条件下其拉伸强度几乎没有，扯断伸长率为零，说明其完全老化。

氟橡胶是既耐油又耐高温的橡胶材料，在250℃条件下其拉伸强度、扯断伸长率没有明显变化，耐磨
性能很好。

但由于其内聚力较大，门尼粘度较高，在制造螺杆泵橡胶衬套时必须经过其他配合剂的改性，降低门尼粘度。

同时氟橡胶耐高温水蒸气的性能不佳，我们经过反复试验性能有所改进，但没有达到最佳状态。

在普通丁腈橡胶的基础上，经改性使之成为高饱和度的氢化丁腈橡胶既保持了普通丁腈橡胶优良的耐油及耐水蒸气性能，又使氢化丁腈橡胶的耐高温性能提高到150℃以上，在油类介质中更能耐至170℃以上，氢化丁腈橡胶还具有耐硫化氢的性能。

综合两种橡胶的性能，油井温度在170℃以下，氢化丁腈橡胶是高温螺杆泵理想的衬套材料，其物理机械性能与普通丁腈橡胶在90℃以下的性能相差无几，能适合高温油井长期开采的要求。

二、螺杆泵型面设计及压胶工艺
氟橡胶、氢化丁腈橡胶、普通丁腈橡胶的门尼粘度各不一样，氟橡胶最高，氢化丁腈橡胶次之，普通丁腈橡胶门尼粘度最低。

为了顺利完成螺杆泵注胶，保证螺杆泵质量，我们做了几方面的研究工作。

1.调整设计参数，保证定子内腔型面的质量。

氟橡胶、氢化丁腈橡胶的收缩率与普通丁腈橡胶的收缩率不相同，因此在设计定子模具时适当调整参数，保证定子硫化定型后内腔截面形状达到设计要求。

2.加各种配合剂，既保证橡胶性能不受影响，又最大限度地降低橡胶门尼粘度，保证注胶顺利完成。

螺杆泵定子是细长型管子最
长的达到7米左右，要保证橡胶充满内腔，又不致管子压弯或爆裂，降低橡胶的门尼粘度是必须解决的问题，我们作了大量的试验，添加了各种配合剂，既保证橡胶性能不受影响，又使橡胶的门尼粘度降到50以下，使注胶顺利进行。

3.注胶时给定子外壳加热，保证橡胶的工艺流动性。

4.采用特种橡胶粘结剂，保证在高温下定子橡胶与金属壁的剥离强度达到12kn/m。

三、定转子配合间隙的研究
蒸气注采初期井底温度很高达到200度左右，工作一段时间后，温度逐渐下降，这对螺杆泵定转子的配合提出一个问题，由于橡胶与金属的热膨胀系数不一样，氟橡胶的热膨胀系数为0.021cm/度，氢化丁腈橡胶的热膨胀系数为0.006cm/度，而金属转子的膨胀系数可以不计，按常规定转子的配合，在现场运用中很可能出现前期泵抱死和后期泵漏失严重等现象，针对这种情况我们在实际运用中采取一台泵配两根转子的方法可以有效避免以上两种情况的发生。

四、室内检测
我国研制的螺杆泵检测装置，它不仅能测出不同温度、不同压力、不同转速下泵的流量、轴功率及扭矩，还能通过压力变送器、流量变送器和扭矩传感器把信号传到计算机计算出泵的容积效率
和总效率。

某公司研制的第一台glb90-25高温螺杆泵研制完成后在150度油温下进行泵性能试验。

然后把压力升到13mpa连续运转200小时再进行泵性能试验。

试验结果显示：通过室内检测各项指
标达到设计要求。

五、现场运用
2000年10月某公司第一台高温螺杆泵在新疆某油田现场运用，该油田原油粘度达到40000到70000 mpa.s，采用蒸汽吞吐螺杆泵采油，井下温度达到150度以上，我们用氢化丁腈高温螺杆泵现场试验，检泵周期达到400天，各项性能指标达到用户要求。

六、结论
高温螺杆泵的研制成功拓宽了螺杆泵的使用范围，为油田特稠油开发提供了理想的采油工艺，也为螺杆泵的进一步推广使用打下了坚实的基础，但影响橡胶性能的因素很多，评价其工作特性的性能指标也很多，采油螺杆泵的定子橡胶的工况环境与工作条件苛刻，要求其具有较强的适应性和较长的使用寿命。

因此，要在理论和试验研究的基础上，找出影响螺杆泵定子橡胶工作特性的主要因素，并定量地掌握其影响规律，从而确定能够综合反映高温螺杆泵定子橡胶工作特性的综合性能指标，以准确评价定子橡胶的质量。