螺杆泵采油系统

螺杆泵采油系统
一、国内外现状、技术发展趋势
目前，国外研制和应用单螺杆泵采油的国家主要有苏联、美国、法国和加拿大等。

地面驱动螺杆泵的使用率在加拿大已达到全部油井总数的10%，在美国也超过了2%。

有权威人士预言，地面驱动螺杆泵将在中浅井油田和低产油田普遍取代常规抽油机，而成为主要的机械采油设备。

法国PCM Pumpes公司、美国Baker Hughes Centrilift公司、Schlumberger Reda Pump公司、Weatherford International ALS、Robbins & Myers公司(下属Energy Systems、Moyno Inc.等)、加拿大Corod和Griffin以及Kudu公司(与法国PCM Pumpes公司合作)都已称为生产地面驱动螺杆泵的全球大企业。

加拿大约40％的稠油井使用螺杆泵采油；印尼的Melibur油田从1990年开始用螺杆泵代替电潜泵采油35口，泵挂深度1220m，最大排量318 m3/d；在阿根廷，使用螺杆泵的最高井温高达到127℃。

国内目前专业提供地面驱动螺杆泵12家，有30多个系列品种，其理论排量3～720m3/d，最大扬程2200m。

截至2005年底，大庆油田推广螺杆泵采油技术，在用水驱螺杆泵采油井1031口，在用聚驱螺杆泵采油井499口，用井总数超过3000口，同抽油机相比，单井可节约投资25.5%，系统效率提高10.1个百分点，节电27.9%；胜利油田在223口长期停产的稠油地产井、出砂严重的油井和丛式井中应用地面驱动螺杆泵采油，累计增产原油14.1万吨，使100多口停产井恢复了正常生产；辽河油田锦州采油厂近两年先后有92口油井采用螺杆泵生产，平均延长检泵周期64天；冀东油田高104-5区块共推广应用螺杆泵53井次，日产油由279吨上升到634吨，累计增油5.4万吨。

地面驱动单螺杆泵采油技术在国内外得到了长足的发展，未来发展趋势主要体现在：
1、高扬程、大排量螺杆泵。

2、新型螺杆泵：金属定子螺杆泵、等壁厚定子螺杆泵、合成材料螺杆泵、插入式螺杆泵和多吸入口螺杆泵。

3、螺杆泵杆柱卸扭技术：螺杆泵停机后，尽管驱动装置可以卡住光杆防止反转，但杆柱储存的弹性能量，以及油套管液位压差造成的螺杆泵马达效应，会造成起杆柱或拆卸井口过程中光杆高速旋转，乃至甩弯光杆，形成安全隐患，需
要研发相应的停机时杆柱卸扭技术。

4、螺杆泵智能化控制技术：在螺杆泵无限工况测试诊断技术的基础上，研发螺杆泵井过载保护和无液流保护智能化控制技术以及转速在线调整、供排关系智能检测的螺杆泵智能化控制技术，确定井下泵在水力高效区运行。

5、螺杆泵定子橡胶适应性研究：针对各油田不同区块原油物性的特点，研制和优选螺干泵定子橡胶，使其与原油物性相匹配。

使螺杆泵应用有针对性和目的性，延长螺杆泵定子橡胶的使用期限，提高螺杆泵整体检泵周期。

6、螺杆泵专用抽油杆、定向井柔性杆及海洋采油平台低矮型地面驱动装置。

二、生产需求和市场前景
提高低渗特低渗储层的原油采收率是延长及全国各油田企待解决的重大问题。

延长油田位于鄂尔多斯盆地中部，由于特殊的地层特点，自然产能低，是一个特低渗、异常低压、低丰度的“三低”岩性油藏。

随着油田开发不断深入定向井在延长油田愈来愈多，井下情况日趋复杂，井筒环境愈趋恶劣，同时许多难动用储量相继投入开发，使常规抽油设备遇到了诸如干抽、管杆偏磨严重、不能根据油井供液能力自动调整抽汲参数等问题以及设备投资、运行费用高等问题。

螺杆泵采油系统不仅适合于高粘度、高含砂、大油气比、低产油田的开发，而且对于普通油藏、水驱油藏后期高含水开采阶段及海洋平台采油也表现出很好的适应性。

螺杆泵采油系统具有体积小、节省钢材、重量轻、维修方便、与抽油机比投资少、节能等优点。

随着其配套技术日益完善，螺杆泵采油技术的应用有着广泛的前景。

据统计，到2007年底全国各油田共有地面驱动螺杆泵采油系统生产油井8000余口，已成为我国油田主要的机械采油方式之一。

目前，各油田使用的螺杆泵，其中也包括从美国和法国等国引进的螺杆泵，都有早期磨损过快、橡胶过早掉块、脱胶，甚至橡胶烧焦等失效现象。

一般都认为这是厂家制造质量问题。

我们经过长期的研究和下井试验验证，认为螺杆泵系统的使用寿命不仅取决于生产厂家的设计和制造质量，而且还取决于泵型是否符合油井工况，操作是否合理以及井下和地面配套设备的系统设计完善与否等。

因此，开展螺杆泵采油在延长油田定向井中研究与试验，探索螺杆泵采油在延长油田定向井的应用技术、完善螺杆泵在定向井中采油配套技术和装置，进行螺杆泵在定向井中采油的先导性试验研究是生产的需求，将为延长油田定向井采
油提供一种新的开发方式。

因此，具有广阔的市场前景。

三、关键技术
1．无级调参驱动技术
由于螺杆泵采油井的产液量跟螺杆泵转子旋转的转速成正比，所以通过与螺杆泵系列相配套的变频无级调速控制系统调节地面驱动装置转速可完成螺杆泵采油井的工况调整。

采用转矩、转速、运行电流及井口液量压力等实时检测信号和变频器控制系统可实现上述要求，并满足井下螺杆泵运动和动力的要求，同时具有过载与欠载保护、过载与欠载停机、降压启动和降速启动等功能。

根据供液要求和能力，通过在线实测电流与工频运行电流进行比较。

当液面下降电流增加，根据预先设定变频器会自动调小频率；当液面上升电流会减小，变频器自动调高频率；实现螺杆泵转速在一定范围的自动运转。

转矩是螺杆泵采油必备的特征参数，针对采用电流法对其进行间接计算，因受电网影响产生误差等缺点，采用转矩作为控制参数。

装在地面驱动螺杆泵扭矩卡子下的光杆转速一扭矩传感器把实时测得的光杆转速、扭矩等生产参数经过信号调理、转换转变成为数据采集器可以接受的数字信号，并存储于存储器中;将采集处理过的转速、扭矩信号送至调节器，与预先根据油井的提液要求设定的光杆转速、扭矩值进行比较，当螺杆泵井的光杆扭矩远低于设定时，变频装置将自动提高螺杆泵转速;当实际扭矩接近或到达设定值时，螺杆泵转速保持平稳;当光杆承受的实际扭矩远超过设定值时，变频装置自动将螺杆泵转速减小，使螺杆泵井能安全、高效地生产。

该自动控制系统具有软启动、软停机功能。

2、螺杆泵专用抽油杆、柔性抽油杆短节及扶正技术
地面驱动螺杆泵是由地面动力驱动抽油杆带动其螺杆在衬套内旋转，实现将原油从井下举升到地面。

抽油杆柱是连接地面与泵的唯一的转动件，是抽油系统中的关键部分，
在正常工作时受拉压、扭、摩、疲劳等作用力和腐蚀影响，尤其是在定向井中抽油杆柱在油管内旋转由于离心力及惯性力作用会产生振动和弯曲、还有在井斜较大的井或斜直井，抽油杆杆柱与油管管柱将产生偏磨的问题，因此必须对抽油杆柱采取扶正措施避免杆柱与油管直接接触产生偏磨，消除振动。

从抽油杆受力、设计、保护等不同的角度，通过三维井眼轨际模拟、有限元分析计算；螺杆泵专用抽油杆、柔性抽油杆短节、扶正器等选型设计方面入手，对杆柱组合、扶正位
置个数进行设计。

3、选泵与单井设计技术
螺杆泵采油的选井选泵技术是根据油井的产能、原油物性、油层深度、螺杆泵特性等来合理选择螺杆泵的泵型、确定泵的工作参数，使螺杆泵处于高效工作区、机杆泵井达到最佳匹配。

使螺杆泵采油系统既实现了合理举升，又达到了节能降耗的目的，并根据单井生产动态及时进行工作参数的调整，确保螺杆泵在合理区域内工作。

4、工况检测及故障诊断技术
螺杆泵采油井常见故障有抽油杆断脱、油管断脱、油管漏失严重、油管结蜡严重、螺杆泵定子脱落、螺杆泵定子磨损严重、油井漏失、螺杆泵定子溶涨、工作参数设置偏低、工作参数偏高等，利用扭矩测试仪直接测试扭短、转速和轴向力，用扭矩法进行分析诊断，同时结合电流、压力等其它油井生产数据，综合电流法和憋压法等常规诊断方法，进行综合分析诊断，使得螺杆泵工况分析与诊断技术由定性走向了定量。

四、技术经济指标
1.定向井泵挂深度600—1500m；
2.产液量范围1-50m3/d；
3.设备投资减少20—40%；
4.运行费用与同井抽油机相比减少40%。

五、应用前景和经济效益预测
根据供液要求和能力，利用多参数的变化来调整螺杆泵转速，对螺杆泵变频调速自动闭环控制系统；通过杆柱组合和扶正措施降低抽油杆扭断和脱扣事故的几率；该系统可实现单井自动化控制，避免了油井抽空事故的发生，达到了高效和安全的目的。

可明显改善开发效果，螺杆泵采油系统具有体积小、节省钢材、重量轻、维修方便、与抽油机比投资少、节能等优点。

同抽油机相比，地面驱动螺杆泵单井可节约设备投资20-40%左右，系统效率提高10.1个百分点，节电40%左右，占地面积减少1/10；在延长油田定向井和非定向井中应用，必将产生较大的经济效益。