螺杆泵在石油开采中的优劣性
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2014-09-15T09:59:16.140Z 来源：《科学与技术》2014年第4期下供稿 作者： 赵永仁
[导读] 展望螺杆泵近年来在我国石油行业中发展较快，但是与国外先进技术相比，差距仍较大

中油辽河石油勘探局华油实业公司
赵永仁

摘要：石油的开采过程中，螺杆泵正发挥着越来越大的作用。螺杆泵以其独有的特点发挥着常规抽油机所不能及的技术优势，适用性
广，经济效益佳。设计科学、合理的螺杆泵采油系统，可以为油田快速发展提供强有力的保证，为老油田、低效益油田二次开发提供技术
支持。
关键词：螺杆泵；工作原理；优越性；约束条件石油行业是工业的命脉，近年来我国石油工业得到快速发展，一批新技术、新工艺被
陆续投入到石油生产中，其中，以螺杆泵为代表的新兴举升方式正在大庆、辽河、胜利等各油田快速发展。
螺杆泵以低成本、适应性强、低能耗等优点在油田生产中得到广泛的应用。本文重点介绍螺杆泵的工作原理、优缺点以及约束条件。
1 螺杆泵的工作原理螺杆泵采油系统工作时，由地面动力设备带动抽油杆柱旋转，连接于抽油杆底端的螺杆泵转子随之一起转动，井
液从螺杆泵下部吸入，由上端排出，并从油管流出井口，再通过地面管线输送至计量站。螺杆泵是靠空腔排油，由于定子比转子多一条螺
旋线，所以在转子与定子间形成一个个互不连通的封闭腔室，当转子在定子中旋转时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端均匀地挤到排出端，
同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入，这样，封闭空腔随着转子的旋转而不断变换位置，并呈现周期性的重复出现，且转
子沿着自己的轴线旋转的同时又平行于定子轴线并绕定子轴线沿一定的半径作圆周滚动，从而将井内的流体由底部密封腔逐级推向顶部密
封腔，并逐级提高压力，这样，把杆管环空中的流体连续不断的举升到地面。
定子和转子之间形成一系列的密封腔室，转子运动时（行星运动），密封腔室在轴线方向沿螺旋线运动，按照旋向，输送原油。由于
转子是由金属材料制成，而定子是由弹性材料制成，所以两者组成的密封腔室很容易在入口管路中获得较高的真空度，使泵具有自吸能
力，甚至在气、液混输时也能保持自吸能力。
根据单螺杆泵采油系统的工作示意图，转子转动180°过程中，转子在定子中的位置。连续输液的过程，是以连续不断地打开和关闭密
封腔室而实现的。当定子
-转子副中吸入的第一个密封腔室的容积增加时，在它和吸入端的压差作用下，油流便进入第一个密封腔室，随着
转子的转动，这个密封腔室开始封闭，并向排出端移动。就这样，油液通过一个又一个的密封腔室从吸入端被推挤到排出端，压力不断升
高，排量非常均匀，从而形成稳定的环空螺旋流动。因此，螺杆泵抽油井杆管环空中井液的流动形态与抽油机井不同，是典型的稳定环空
螺旋流动。
2 螺杆泵采油系统的特点2.1 螺杆泵采油系统的优越性螺杆泵与其它机械采油设备相比，具有以下优点：（1）螺杆泵与电动潜游泵、
水力活塞泵以及游梁式（链条式）抽油机相比较而言，结构简单，价格低廉，节省空间，并且一次性投资少。
（2）地面装置结构简单，安装使用方便，可以直接座在井口套管的四通上，占地面积小，除原井口外，不另占面积，可以方便的加上
一个防盗井口房。
（3）能耗低、管理费用低。由于螺杆泵是螺旋式抽油的容积泵，流量无脉动，轴向流动连续，流速稳定，因此它与游梁式抽油机相
比，没有液柱和机械传动的惯性损失。它是现有机械采油设备中能耗最小，效率较高的机种之一。
（4）粘度适用范围广，可以举升稠油。一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000mpa?s（50 °C ）以下的各种含原油流体，因此多数稠油
油田都可以使用。
（5）适应高含砂井。理论上看，螺杆泵可以输送含砂量达80%的砂浆。在原油含砂量高（除砂埋之外）的情况下螺杆泵可以正常生
产。
2.2 螺杆泵采油系统的局限性虽然螺杆泵采油具有很多优点，但是在某些方面也存在一定的缺点。
（1）定子容易损坏，若定子的寿命短，则检泵次数多，每次检泵都必须起下管柱，增加检泵费用。
（2）螺杆泵定转子之间需要有流体润滑，如果仅仅依靠粘度较低的流体润滑工作，那么螺杆泵过热将会引起定子弹性体老化，烧毁。
（3）注蒸汽油井对螺杆泵的定转子橡胶有害。
3 螺杆泵工作约束条件3.1 沉没度的约束条件油井的沉没度过低，泵在供液不足的状况下抽汲时，可产生液击现象，并导致额外的冲击
载荷。液体的冲击载荷与泵径的关系很大，泵径越大冲击载荷越大，液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大，螺旋扭矩也增大，杆、
管断脱的可能性增大。如果油井长期在低沉没度状态下连续工作，原油脱气，粘度增大，容易造成结蜡，加速了杆柱的螺旋扭曲，还会产
生偏磨，这种磨损不仅伤害抽油杆接箍，也严重损坏油管。且再加上沉没度小，油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小，
油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
油井的沉没度过高，油井的流压就增大，当超过了合理界限时，相对一些薄差油层，由于渗透率低或者地层压力低，会抑制该层不出
液，使该井的产液层层间矛盾突出。而且，当沉没度超过合理的沉没度后，油井的产量不再增加。
螺杆泵的容积效率一般控制在30%~90%较合理，容积效率不合理会导致螺杆泵的工作性能优势得不到最好的发挥，因此由式（1）~
（
3）计算沉没度范围的界线值。
3.2 入泵介质对泵体的损害入泵介质在很大程度上影响着井下螺杆泵的正常工作，除满足必要的沉没度外，入泵流体中H2S 的含量对
橡胶定子有着致命性的影响，目前仅有国外几家大公司垄断着高温高压及高酸性条件下的橡胶配方，进口价格高昂。国内有几家高校进行
了相关实验，虽已具备井下橡胶密封件等小块耐
H2S的橡胶产品，但还未见真正意义上的橡胶螺杆泵产品配方，各种耐高温橡胶螺杆泵在
实际油井中生产时间短，经济效益差。
4 展望螺杆泵近年来在我国石油行业中发展较快，但是与国外先进技术相比，差距仍较大。螺杆泵以易管理、适应性强、低耗等诸多
优势在石油工业中广泛应用，只要石油科研工作者以更大的决心改进、提高我国的螺杆泵采油技术水平，螺杆泵举升工艺就可以在我国石
油行业中发挥更大的作用。