梁策（中國(guó)石油集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

螺桿泵轉(zhuǎn)速對(duì)節(jié)能降耗的影響分析

梁策（中國(guó)石油集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

螺桿泵是目前油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種采油設(shè)備，其泵效的高低關(guān)系到系統(tǒng)效率、節(jié)能降耗、工作壽命等。針對(duì)提高井下螺桿泵泵效，分析了螺桿泵轉(zhuǎn)速對(duì)油井的泵效影響，通過(guò)公式及曲線的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，合理增大螺桿泵排量，可以提高螺桿泵的泵效，在一定程度上還可減少螺桿泵的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。

螺桿泵轉(zhuǎn)速泵效

引言

螺桿泵又稱漸進(jìn)容積式泵，作為一種機(jī)械采油設(shè)備，它具有一定的優(yōu)越性。螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過(guò)盈配合形成連續(xù)密封的腔體，通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的傳輸。

螺桿泵具有占地少、能耗低、成本噪音低、采出平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，在采油廠生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。由于其應(yīng)用廣泛，如何提高泵的生產(chǎn)效率成為一項(xiàng)重要課題［1］。

從螺桿泵的泵效計(jì)算公式中可知，泵效受泵徑、產(chǎn)液量和轉(zhuǎn)速影響，而產(chǎn)液量和設(shè)計(jì)泵徑的選擇則受井下固有情況影響，如泵的沉沒(méi)度、產(chǎn)液黏度、產(chǎn)氣量、轉(zhuǎn)子和定子的過(guò)盈值。其中泵徑、產(chǎn)液量人為很難調(diào)整，只有通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，才能提高泵效，達(dá)到增產(chǎn)的目的。但這種方法只適用于螺桿泵進(jìn)行地面水力測(cè)試的試驗(yàn)環(huán)境中。

在井下，泵的運(yùn)行也受到泵的充盈度影響，而泵的充盈度直接受含氣量和采液黏度的影響。如轉(zhuǎn)速越慢，泵越有時(shí)間充滿，充盈度增大可提高泵效，還降低了做功的損耗，使系統(tǒng)效率提高。因此，對(duì)充盈度、泵效、轉(zhuǎn)速的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析，選擇出最佳轉(zhuǎn)速，提高螺桿泵的運(yùn)行效率。

1　轉(zhuǎn)速對(duì)泵效的影響分析

在日常生產(chǎn)中，根據(jù)螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作情況選擇轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速不合理，會(huì)使泵效下降，或者造成機(jī)身噪音過(guò)大，機(jī)身晃動(dòng)等情況，影響螺桿泵的使用壽命，甚至產(chǎn)生安全問(wèn)題。

以大慶油田采油三廠第一油礦水驅(qū)螺桿泵為例，選擇其中3種泵型進(jìn)行生產(chǎn)對(duì)比，見(jiàn)表1、表2、表3。

表1　GLB300型螺桿泵月度生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表2　GLB500型螺桿泵月度生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表3　GLB800型螺桿泵月度生產(chǎn)數(shù)據(jù)

從表中看出，螺桿泵轉(zhuǎn)速越高則泵效越低，其原因是螺桿泵工作時(shí)主要受泵的漏失量和充盈度影響。泵的漏失量是指液體從泵入口向上舉升時(shí)，沿定子與轉(zhuǎn)子結(jié)合面回流出去的部分。如果泵的出口壓力升高，定子轉(zhuǎn)子充盈值會(huì)降低，轉(zhuǎn)速降低，泵的漏失量就會(huì)增大；如果液體的黏度升高，產(chǎn)氣增高，轉(zhuǎn)速越快，則泵的充盈度越低（泵的充盈度是指泵的入口處液體對(duì)泵腔體的充滿程度）。

綜上分析，轉(zhuǎn)速對(duì)泵效的影響歸結(jié)為：轉(zhuǎn)速升高，漏失量減少，泵效升高；轉(zhuǎn)速升高，充盈度降低，泵效降低。實(shí)際生產(chǎn)中泵漏失量的影響程度小于泵充盈度的影響。轉(zhuǎn)速升高會(huì)降低泵效。

2　轉(zhuǎn)速與漏失量的關(guān)系

螺桿泵轉(zhuǎn)速與漏失量的關(guān)系見(jiàn)圖1。圖1中直線為扭矩曲線，拋物線為系統(tǒng)效率曲線，曲線為容積效率曲線。定、轉(zhuǎn)子嚙合點(diǎn)無(wú)間隙，即δ=0時(shí)，漏失量為零，封閉腔室完全密封；因受工作壓力的影響，故增加泵級(jí)數(shù)會(huì)降低每個(gè)密封腔室的密封壓力，從而減少漏失；因嚙合線處的間隙δ是由工作壓力ΔP產(chǎn)生的，所以增加定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈會(huì)有效減少間隙，從而達(dá)到減小漏失的作用；提高螺桿泵工作轉(zhuǎn)速n會(huì)有效補(bǔ)償漏失，這就是螺桿泵的離心泵特性。將泵的容積效率降到90%時(shí)，所承受的差壓定義為該泵的臨界壓差，這個(gè)值與定子、轉(zhuǎn)子的充盈值成正比，與泵的承壓能力成正比。由于漏失量達(dá)到一定量是在工作壓差大于臨界壓差時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)漏失量的影響才明顯。在實(shí)際工作中，泵的臨界壓差大于工作壓差，同時(shí)受到定子橡膠運(yùn)行產(chǎn)生熱脹的影響，使充盈值增大，臨界壓差會(huì)增大，所以轉(zhuǎn)速對(duì)漏失量的影響很小。

圖1　螺桿泵排量特性曲線

3　轉(zhuǎn)速與充盈度的關(guān)系

螺桿泵轉(zhuǎn)速對(duì)充盈度的影響見(jiàn)圖2。螺桿泵工作時(shí)，由于采出液黏稠，流動(dòng)性差，表面張力大，若轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，就沒(méi)有充分的時(shí)間使采出液充滿泵腔，充盈度降低，能舉升上去的原油就會(huì)減少，泵效降低。

同時(shí)，泵的充盈程度與采出液的含水量、黏度、泵的沉沒(méi)度都有關(guān)系。泵的充盈度與泵效的關(guān)系公式：

式中： μ為砂油黏度，mPa·s；n為泵轉(zhuǎn)速，r/min； fw為含水率，%； pcm為沉沒(méi)壓力，MPa。

圖2　螺桿泵轉(zhuǎn)速對(duì)充盈度的影響曲線

其中，黏度是泵效最大影響因素，若其流動(dòng)性差，那泵的吸入處的阻力變大，泵腔充不滿液體還導(dǎo)致大量氣體的產(chǎn)生，會(huì)造成定子、轉(zhuǎn)子，以及泵桿的局部摩擦或震動(dòng)，將影響螺桿泵的壽命［2］。

4　轉(zhuǎn)速對(duì)泵效影響的應(yīng)用

漏失量與充盈度對(duì)泵效的影響程度曲線見(jiàn)圖3。由圖3可知，轉(zhuǎn)速對(duì)泵效的綜合影響成反比。結(jié)合研究結(jié)果，對(duì)第一油礦的5口螺桿泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速下調(diào)試驗(yàn)，見(jiàn)表4。

圖3　漏失量與充盈度對(duì)泵效的影響

表4　調(diào)參效果對(duì)比

由表4得出，降低轉(zhuǎn)速對(duì)泵效的提高是顯著的。如果將部分螺桿泵換成大一級(jí)泵徑，再降低其轉(zhuǎn)速，那么既可以維持產(chǎn)液量不變，又能增加泵效，提高螺桿泵的使用年限。

5　結(jié)論

1）在螺桿泵的生產(chǎn)中，有2個(gè)因素影響轉(zhuǎn)速對(duì)泵效的作用：泵漏失量和充盈度。雖然轉(zhuǎn)速與漏失量成正比關(guān)系，與充盈度成反比關(guān)系，但是綜合實(shí)際生產(chǎn)中的影響，漏失量產(chǎn)生的影響小于充盈度產(chǎn)生的影響，因此轉(zhuǎn)速高時(shí)泵效低。

2） 泵效升高，系統(tǒng)效率就會(huì)升高，所以研究轉(zhuǎn)速與泵效的關(guān)系對(duì)提高系統(tǒng)效率節(jié)能降耗有一定意義。如果增大泵徑來(lái)提高理論排量，并降低轉(zhuǎn)速，這樣既提高泵效和系統(tǒng)效率又減少機(jī)械磨損，延長(zhǎng)作用周期，節(jié)約能耗和作業(yè)經(jīng)費(fèi)。

［1］萬(wàn)德鑫.螺桿泵采油的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，1997（5）：29-31.

［2］胡茂軍，王軍，高原.螺桿泵井合理轉(zhuǎn)速的確定與應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2009，28（11）：38-39.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.003.012

2014-10-22）

梁策，2010年畢業(yè)于黑龍江省科技大學(xué)（電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)），從事油田節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作，E-mail：maha-2002@ 163.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號(hào)，163453。