当前课程知识点：石油工业概论 > 第五章 油气田开发与开采 > 5.5 常用的采油方法 > 拓展阅读|旋转的工程师——螺杆泵采油技术大解密
经过了几十年的发展，螺杆泵采油技术已经十分成熟可靠。水驱采油井、稠油井以及复杂工况井都能见到它的身影。但是你真的知道它是如何将地层深部的油气源源不断地开采至地面吗？本期石油课堂带你一起深入了解螺杆泵采油技术。
-------------------------------------- 什么是螺杆泵采油？ --------------------------------------
一. 什么是螺杆泵？
螺杆泵又称渐进式容积泵，由定子和转子组成，通过转子的旋转运动实现传输介质。
△螺杆泵定子由丁腈橡胶衬套浇铸，粘接在钢体外套内
△螺杆泵转子由合金钢调质后经防腐耐磨处理，转子在定子内转动，实现抽吸功能
二. 螺杆泵工作原理
沿着螺杆泵，转子的外表面与定子橡胶衬套内表面形成多个密封腔室。
介质在吸入端压差的作用下被吸入，随着转子的转动，逐渐通过各个密封腔室，不断被推挤至排出端。
△螺杆泵工作的实质就是密封腔室的不断形成、推移和消失的过程
三. 螺杆泵采油
螺杆泵采油就是利用螺杆泵举升高粘、含气、含砂原油的方式。
四. 螺杆泵采油系统分类
按不同的驱动形式，螺杆泵采油系统可分为地面驱动和井下驱动两类。
△井下驱动分为井下液压驱动和井下电动驱动
1. 地面驱动螺杆泵采油
螺杆泵位于井下，而提供动力的装置位于地面之上，两者由抽油杆连接。利用抽油杆传递螺杆泵所需要的扭矩，因此在大排量情况下，难以实现深井采油。
△地面驱动螺杆泵采油系统组成：地面驱动部分、井下部分、电控部分和配套工具
△地面驱动设施
△井下部分
△电控部分
2. 井下驱动螺杆泵采油
井下驱动分为电驱动和液压驱动两种形式。
（1）电驱动
螺杆泵和驱动电机都处于地下，因而不需要抽油杆传递动力，适用于深井、斜井和水平井采油作业。
（2）液压驱动
利用地面泵提供具有一定压力和排量的液体，借助导管通向井下液压马达，驱动转子旋转抽油。该驱动装置主要用于油井测试过程中。
五. 螺杆泵采油的特点
与其他机械采油相比，螺杆泵兼具容积泵和离心泵的优点，作为一种人工举升方式，它具有以下优点：
1.螺杆泵运动部件少，结构简单，一次性投资小。
2.螺杆泵可以连续举升介质，工作时负载稳定，机械损失小，效能高，是机械采油中能耗最小、效率最高的方式之一。
3.螺杆泵适用范围广，可用于粘度小于8000mPa·s的稠油、高含砂量的砂浆、高含气量的气井等等。
4.螺杆泵占地面积小，可以下放至斜井段，因此可以用于海上油田水平井和丛式井中。
虽然螺杆泵有诸多优点，也被广泛应用于各大油田，但与常规机采方式相比，螺杆泵采油设备也存在一些不足：
1.螺杆泵中的定子内部为橡胶，因此不宜应用于高温注汽井；而且定子容易损坏，增加了检泵的次数，相应增加检修费用。
2.螺杆泵作业时需要流体润滑，缺少润滑将会导致泵体过热，定子橡胶弹性体老化，甚至烧毁。
3.与其他机采方式相比，螺杆泵的总压头较低。目前大多应用在1000米左右深的井中。当下泵深度超过2000米时，螺杆泵扭矩增大，杆断脱率增高，井下作业难度增加。
-------------------------------------- 螺杆泵选用 --------------------------------------
在实际生产作业中，若要实施螺杆泵采油作业，优选泵型不可或缺。那么该如何选择最佳泵型及配套装置呢？
一. 选用依据
首先，应根据油井产量确定所需螺杆泵的排量；
其次，根据泵的工作曲线确定举升高度，同时还应参考油井的实际条件确定合理的过盈量；
最后，根据泵负载大小选择抽油杆的材料和规格、电动机以及其它附属部件。
二. 配套工具的选择
专用井口：
简化了的采油树，便于使用、维修和保养，同时增加了井口强度，减小了地面驱动装置的振动，起到保护光杆和密封井口的作用。
特殊光杆：
用于连接驱动装置与井底抽油杆。特殊光杆强度大、防断裂、光洁度高，有利于井口密封。
抽油杆防倒转装置：
为了防止在作业过程中抽油杆倒扣，需要在驱动装置中设置机械防反转系统，如棘轮棘爪机构、摩擦式防反转装置、楔块防反转系统、液压防反转系统、电磁式防反转装置等。
△棘轮棘爪机构
-------------------------------------- 螺杆泵采油施工工艺 --------------------------------------
一. 施工前准备
1.了解目前油井生产情况：如日产液、含水、流压、静压等。
2.查看井史资料：历次施工总结，油管、抽油杆记录，查看有无落物、井斜、套损等情况。
3.施工设计：根据油井生产情况、产能、井史资料优化施工设计。
4.清洗下井工具、油管、抽油杆，检查工具不得弯曲、损坏，严格丈量并记录好原始数据。
△下井工具
二、施工过程
1.热铣
2.起原井
3.刮削
4.连接井下工具
5.下管柱
6.下抽油杆柱
7.开始生产
三、螺杆泵采油配套工艺技术
长期实践作业证明，螺杆泵系统的使用寿命不仅取决于螺杆泵自身的质量，还取决于泵型是否匹配油井工况、操作是否合理、井下和地面设施是否完善等情况。为了保证螺杆泵可以长时间、高效率运转，相应的配套工艺也在实践中不断完善和发展。
1.管柱防脱技术
当抽油杆下部驱动扭矩超过了螺纹杆柱的连接扭矩时，会出现管柱脱落。为此必须实施管柱防脱扣技术。常用的管柱防脱技术有反扣油管、防转锚、支撑卡瓦、张力油管锚技术。
△四种常用管柱防脱技术
2.管柱扶正技术
由于螺杆泵转子离心力的作用，定子受到周期性冲击产生振动，为减小或消除定子的振动需要设置扶正器。
△目前扶正器有两种，一种是弹簧式，一种是橡胶式
3.无级调参驱动技术
螺杆泵采油井的理论产液量与螺杆泵转子的转速成正比，因此可以通过螺杆泵的变频无级调速控制系统来调节地面驱动装置的转速，以调整螺杆泵采油井的工况。
4.清防蜡解堵技术
螺杆泵井的清防蜡主要有两种工艺技术：一是定期热洗清蜡工艺，二是采用空心抽油杆定期加清防蜡药剂工艺。解堵则是通过在空心抽油杆内下入加热电缆来实现，也可用于定期清蜡。
四. 保持油田高产率采油
螺杆泵抽油最常见的作业问题是泵不能完全充满，造成生产率低。这是因为泵的容量大于井的产量，这时就需要调整泵的排量与井底的产液量，进而提高效率和降低成本。
针对这一问题，油田采取了一系列措施来保持抽油的高产率，具体做法如下：
1.进行声波液面测定，控制产液面与泵吸入口的相对深度
2. 示功计测定泵充满系数百分率，应用综合数据采集系统可同时获得马达功率和示功数据
△示功图
3.诊断低能效井
通过测量输入原动机的功率、测定井底生产压力和精确的生产测试数据来确定抽油系统总效率。
4.控制螺杆泵排量
可以通过调节柱塞尺寸、冲程度、泵冲数、每日运转时间等参数进行控制。
-------------------------------------- 采油螺杆泵加工 --------------------------------------
一、如何加工螺杆泵？
首先，我们先一览螺杆泵加工厂
△加工转子
△加工定子
在这个群雄逐鹿的时代，涌现出了许多优秀的采油螺杆泵生产厂家。接下来就让我们一起简单地了解一下他们吧。
二、知名采油螺杆泵生产企业
目前国外研制和应用单螺杆泵采油的主要有法国、俄罗斯、美国和加拿大。
法国PCM Pumps 公司
该公司成立于1932年，由螺杆泵发明人莫瓦诺（René Moineau）博士创建。
美国Baker Hughes Centrilift公司
目前该公司生产的螺杆泵采油系统有两类：顶驱螺杆泵和电潜采油螺杆泵。
Schlumberger Reda Pump公司
Weatherford International Artificial Lift Systems（ALS）公司
Weatherford公司是人工举升行业的领头羊，其变频驱动系统能够针对不同工况进行优化螺杆泵采油技术。
Robbin&Myers公司（下属 Energy Systems、Moyno Inc.等）
加拿大Corod和Griffin以及Kudu Industries公司（与法国PCM Pumps 公司合作）
KuDu公司提供不同采油工况下最匹配的螺杆泵采油技术方案，可以应用于不同粘度的原油、煤层气的开采。
国内采油螺杆泵知名企业
胜利油田高原石油装备有限责任公司
该公司成立于1992年，生产的采油螺杆泵包括地面驱动螺杆泵和电动潜油螺杆泵。
北京石油机械厂
该厂成立于1955年，其井下单螺杆泵采油系列产品已经覆盖了中石油、中石化、中海油各大油气田，部分出口至美国、加拿大、古巴、沙特、伊朗、伊拉克、哈萨克斯坦等40余个国家和地区。
-------------------------------------- 螺杆泵采油的发展及应用 --------------------------------------
一. 螺杆泵采油的发展史
螺杆泵采油是一种新型的机械采油方式，但其核心技术——螺杆泵已历经百年的发展。
△20世纪20年代中期法国人勒内·莫依诺发明设计出螺杆泵，起初用于工业领域泵送粘稠液体
1970年首次被用于开采高含砂稠油。
80年代初，螺杆泵被用于石油行业，作为一种代替常规举升工艺的替代技术推向市场。
目前，使用较多的是地面驱动抽油杆传动螺杆泵，井下电机驱动螺杆泵在国外和海上油田使用数量逐渐增多。
我国螺杆泵采油发展历史
我国从80年代中期开始将螺杆泵引入到油田生产当中。
1986年大庆油田从加拿大Griffin公司引进螺杆泵，并在油田试用。
△大庆采油六厂螺杆泵采油
1989年在胜利油田、辽河油田先后进行了电动潜油泵采油技术实验。1998年辽河油田成功将ESPCP系统投入生产试运行。
目前，螺杆泵采油工艺已成为继油梁式抽油机和潜油离心泵后人工举升的主力方式，并已在我国的大庆油田、大港油田、胜利油田、冀东油田等各大油田都有一定规模的应用，并取得了很好的经济效益。
大庆油田
截止2005年年底，大庆油田推广螺杆泵采油技术，用井总数超过3000口，系统效率提高了10.1%，节电27.9%。
辽河油田
辽河油田锦州采油厂先后有数百口井使用螺杆泵采油技术，其中包括井下驱动螺杆泵技术。
冀东油田
冀东油田高104-5区块使用螺杆泵53井次，累计产油5.4万吨。
△安装螺杆泵井口
胜利油田
胜利油田借助螺杆采油技术使100多口停产井恢复了正常生产。
二. 螺杆泵采油发展趋势
1. 生产中常见问题
虽然螺杆泵采油技术广泛应用于各大油田中，但是与传统机采方式相比，由于螺杆泵设备稳定性、可靠性等问题的存在，目前螺杆泵在应用中还存在着以下问题，需要今后在实践过程中不断改进。
（1）抽油杆、油管断脱或脱扣
（2）工作参数设置不当
（3）螺杆泵定子脱落、螺杆泵定子磨损严重、螺杆泵定子溶胀
△转子磨损
△定子老化
（4）油管结蜡严重
为了改善上述问题，目前已有许多商家研发了新型螺杆泵，包括等壁厚定子螺杆泵，金属定子螺杆泵，合成材料螺杆泵，空心转子螺杆泵，插入式螺杆泵和多吸入口螺杆泵等。
PCM公司研制出一种全金属采油螺杆泵，这种泵容易控制，工况温度可达350℃，高低粘度都适合，低汽蚀余量。
△全金属螺杆泵是一种理想的稠油热采人工举升方式
△等壁厚螺杆泵克服了传统马达定子的不足，提高了单螺杆泵的工作效率和使用寿命
贝克休斯研究出的新型螺杆泵橡胶LT4000可以适应148℃， API度40、40%的含气量的条件。
另外贝克还设计研制了“CENesis Curve ”超大曲率柔性电潜泵系统，是业界唯一能安全通过狗腿度超过10°，最高狗腿25°/30米的电潜泵系统。
无论是常规或非常规油气的开采都离不开人工举升设备。在当前低油价的大背景下，如何提降本增效是各大公司面临的共同难题。螺杆泵采油作为一种高效、稳定、低成本的举升技术，已经被各大油田认可。但是随着油井深度不断增加，排量不断增加，螺杆泵采油技术的局限性将会愈发明显，如何进一步提升其适用性，是未来螺杆泵采油技术不断努力的方向。
转自石油课堂
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