三螺桿泵采油作為一種新興的人工舉升方式,具有投資少、設備結構簡單、操作方便、節(jié)能效果不錯以及適應性強等特點,能降低采油成本,提升采油效益,由于有抽油機柱塞泵、潛油電泵、水力活塞泵等機采方式無法比擬的優(yōu)點,倍受國內外油田重視,并有望成為油田主要的機采方式之一。
3G三螺桿泵與其它機械采油設備相比,具有以下優(yōu)點:
(1)適用于高含砂井。理論上,不銹鋼三螺桿泵可輸送含沙量達80%的砂漿,在原油中含砂量高達40%的情況下,三螺桿泵仍可正常生產(沙埋情況除外)。
(2)適應高含氣井。三螺桿泵不會氣鎖,因此較適合于油氣混輸,但井下泵入口的游離氣體會影響容積速率。
(3)適合于海上油田縱式井組和水平井。三螺桿泵可下在斜直井段,而且設備占地面積小,因此適合于海上采油。
(4)一次性投資少。單三螺桿泵與電動潛油泵、水力活塞泵和游梁式(鏈條式)抽油機相比,結構簡單,一次性投資低。
(5)泵效不錯,節(jié)能效果不錯,維護費用不高。由于三螺桿泵是螺旋舉升的容積泵,流量無脈動,軸向流動連續(xù),流速平穩(wěn),負載穩(wěn)定,機械損失小,泵效可高達90%,是現有機械采油設備中能耗小、速率較不錯的機種之一。
(6)安裝方便,占地面積小。三螺桿泵地面裝置簡單,安裝方便,可以直接安裝在井口套管四通上,除原井口外,幾乎不另占面積。
(7)適合稠油開采。保溫三螺桿泵可開采的原油的粘度范圍較廣,適合于粘度為8000mPas(50℃)以下的原油開采,因此多數稠油井都可以應用。
但三螺桿泵在使用過程中也要受到如下條件的限制:
(1)排量限制。目前三螺桿泵的大排量一般低于400m3/d,雖然研討人員試圖通過結構參數優(yōu)化、增加運動比值等途徑提升三螺桿泵的排量,但受到研討條件和其它條件的限制,目前實際效果并不明顯。
(2)揚程限制。三螺桿泵的揚程與轉子與定子的過盈值和級數密切相關,增大這兩項參數,勢必會導致扭矩的大幅度增加,工作環(huán)境愈加惡劣,從而增加抽油桿柱斷裂的危險。另外,三螺桿泵的加工工藝也限制了三螺桿泵轉子和定子的長度。目前,國外三螺桿泵的揚程大可以達到2000m以上,而國內大只能達到1500m以下,限制了三螺桿泵應用于深井的開采。
(3)工作溫度限制。三螺桿泵定子襯套一般采用丁睛橡膠,因此三螺桿泵的工作溫度決定于丁睛橡膠的不怕熱性能。
(4)應用條件的限制。不同橡膠的配方對不同的原油物性適應性也不同,這主要是原油中烴的組分對橡膠性能的影響不同造成的。HZS含量高會使橡膠變硬、變脆,降低定子的使用壽命。在采油的增產措施(如三元復合驅等)中使用的化學劑對定子橡膠也會有影響,如溶脹、結垢等。
螺桿泵的運轉過程特點
(1)3G螺桿泵轉子和定子的線型形成原理和過程較復雜,所涉及到的參數多,通過分析確定了形成螺桿泵線型所需的基本參數。
(2)分別分析推導了不銹鋼螺桿泵轉子齒凸接觸點和齒凹接觸點相對定子的相對滑動速度公式,通過對具體模型分析表明,齒凸接觸點的滑動速度在定子內凹處小,在定子內凸中點處大;齒凹接觸點的滑動速度在離開定子內凹處的瞬間大,在定子內凸中點小;齒凹接觸點的滑動速度的大值是齒凸接觸點的滑動速度的小值。
(3)介紹了各種擺線的形成過程、特點及其方程。介紹了螺桿泵線型的設計方法一逆解法的設計過程。介紹了螺桿泵轉子和定子線型的具體設計方法及過程,并推導出型線的方程,進而推導出型面的方程。
(4)將分析一般內擺線型三螺桿泵滑動速度的方法應用于油田普遍采用的單頭普通內擺線型高粘度螺桿泵,使分析過程簡化。之后,較詳細、具體地分析了油田現場常用的GLB800型螺桿泵轉子與定子間的相對滑動速度的大小及分布規(guī)律。
(5)分析了單螺桿泵在運轉過程中,轉子與定子的嚙合過程及規(guī)律,并由轉子與定子骨線間的固定接觸點和流動接觸點,派生定義了轉子齒凸接觸點和轉子齒凹接觸點。
(6)保溫螺桿泵轉子與定子線型的形成原理是外滾法,在形成過程中,相當于轉子不動,定子作行星運動。而螺桿泵實際工作時,是定子不動,轉子作行星運動,為了與螺桿泵的實際運動方式相符,本文是按照種方式對滑動速度數學表達式進行推導的。為此,本文分析推導了這兩種運動方式相關參量的等量關系。
保溫螺桿泵的流量與轉速成線性關系,相對于低轉速的三螺桿泵,多級泵高轉速的螺桿泵雖能增加了流量和揚程,但功率明顯增大,高轉速加速了轉子與定子間的磨耗,相應使螺桿泵過早失效,而且高轉速螺桿泵的定轉子長度很短,易磨損,因而縮短了不銹鋼螺桿泵的使用壽命。
通過減速機構或無級調速機構來降低轉速,使其轉速保持在每分三百轉以下較為正確的范圍內,與運轉的螺桿泵相比,使用壽命能延長幾倍。
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