螺杆泵井低泵效原因及对策研究 第10页|气田试井论文|免费论文
式中 ——扶正器间杆柱的横向弯曲刚度。
根据杆柱发生旋曲的临界状态，则有 得到抽油杆柱的临界转速为:
（5-8）
关于抽油杆柱间扶正器安放位置的计算方法很多，可求得螺杆泵井杆柱扶正器的优化布置方式。由于聚驱井的沉没度高，液体黏度高，密度大，上顶力增加，导致抽油杆在液体中的重量降低，呈悬浮状态。另外，受黏滞力的影响，抽油杆在转动时，与液体的磨阻扭矩增加，抽油杆呈蛇型旋转，导致偏磨。从抽油杆扭矩情况分析，中和点下部下入加重抽油杆，使杆柱呈直线旋转，减少偏磨的现象。另外，安装抽油杆扶正器减少偏磨，采用空心抽油杆避免运动失稳， 具体计算公式如下：
（5-9）
式中 ——扶正器间距，cm；
——钢的弹性模量，2.06×10 kN/cm ；
——空心抽油杆外径，cm；
——空心抽油杆内径，cm；
g——重力加速度，m/s ；
——最下一级抽油杆截面积，m ；
——产出液体密度，kg/m ；
在不改变抽油杆强度和传送扭矩的情况下，对于新井采用均匀非连续的安装扶正器措施。例如120根抽油杆，按照常规每5根安一个扶正器，安装24个，可分为三段，每段40根，最下部每三根杆安装1个，中间每5根杆安装1个，最上部每10根杆安装1个，也是安装24个，也不改变杆柱的受力，同时可以加强下部杆柱的扶正效果，减少下部抽油杆及油管的偏磨现象。
目前大庆油田针对螺杆泵杆管磨损问题，采取的主要措施就是杆柱扶正，特别是对聚合物驱磨损严重的螺杆泵井，从理论与实践相结合出发，采取全井杆柱扶正措施，起到了较好的防磨损作用，聚驱螺杆泵井平均检泵周期由2003年的377 d提高到2004年的445 d。
（2）采用实心杆，缩小抽油杆杆径
螺杆泵举升液体与抽油机井和电潜泵井不同，在油管内，液体中的每个质点都循一条绕轴的螺旋线以一定的角速度和轴向速度运行，即在旋转和生产压差两种力作用下产生螺旋线流动。特别是举升聚驱粘弹性流体，这种流动更为明显。根据流道间隙与举升液体对杆管磨损的影响分析，在油管管径一定的情况下，提高抽油杆的强度以缩小杆径是一项防止杆管磨损的有力措施。
2004年，在喇嘛甸油田试验了外壁加厚的实心锥扣SHY级工艺杆，提高杆的抗扭强度，以往GLB1200螺杆泵一般与38mm空心杆匹配，经过室内试验，28mm实心锥扣SHY级抽油杆抗扭强度超过了38mm空心杆。目前在大庆喇嘛甸油田已经现场试验8口井，最长正常运转周期已经达到500d，现场测试运转扭矩比原来降低20%以上，轴向力降低25%，起到了较好的防磨损作用。
（3）降低转速
根据上述分析，螺杆泵转速与流体摩擦阻力矩、杆柱所受的弯矩和振动有关，适当降低转速可以提高螺杆泵系统的安全系数，也在一定程度上延缓了杆管磨损，但是举升相同的液体，低转速就意味着其它举升参数的增大，而且分析表明，当螺杆泵转速低于90r/min时系统能耗升高明显。因此，适当降低转速也是解决螺杆泵井杆管磨损的措施之一。
5.2 螺杆泵定子橡胶溶胀对容积效率的影响及对策
在油井高温、高压条件下，原油或其中的某些化学物质通常会渗透到螺杆泵定子橡胶内部，使橡胶膨胀，体积增大，增大部分占据了空腔体积，使实际储存油液的空腔体积变小，导致容积效率降低。从而影响泵的系统效率。
5.2.1 原因分析
5.2.1.1 螺杆泵定子橡胶溶胀对容积效率的影响原理分析
螺杆泵容积效率是实际空腔体积与设计空腔体积之比的百分数。在油井高温、高压条件下，原油或其中的某些化学物质通常会渗透到螺杆泵定子橡胶内部，使橡胶膨胀，体积增大，增大部分占据了空腔体积，使实际储存油液的空腔体积变小，导致容积效率降低[14]。如图5-1所示。
橡胶溶胀面积及溶胀率的计算公式为
（5-10）
（5-11）
式中 ——橡胶溶胀面积；
——橡胶溶胀率；
——定子偏心距；
——定子导程；
——转子半径；
——定子外壳内径；
δ——溶胀厚度。
图5-1 单螺杆泵定子横截面图
根据螺杆泵的基本原理，定子在一个导程 内与转子形成一个完整的腔室，体积为：
（5-12）
橡胶溶胀体积为：
（5-13）
则泵的容积效率损失为：
（5-14）
例如对于GLB120—27螺杆泵， =5mm； =19mm； =38mm。通过室内实验得出橡胶溶胀率为3%-5%，即可计算出橡胶溶胀厚度 =1.63-2.72mm；因溶胀而造成泵的容积效率损失为15.93%-26.55%。
5.2.1.2 资料论证
验时选择GLB120—27型螺杆泵3台，其定子橡胶为NBR (丁腈橡胶)。试验在2003年2月到2004年6月期间完成。泵下井前进行室内水力特性检测，下井运转半年后取出，在相同实验条件下再进行水力特性检测，检测数据见表5-7，容积效率曲线见图5-2。橡胶溶胀造成泵容积效率损失见表5-8。
图5-2 压力-容积效率变化曲线
表5-7 号螺杆泵下井前后室内检测数据
泵出口压
力/MPa 容积效率/% 扭矩/ (N•m) 转速/
(r•min )
下井前 下井后 差值 下井前 下井后
0.00 100.00 75.86 24.14 43.50 256.69 150.81
1.02 95.83 72.41 23.57 87.72 258.06 150.89
2.20 91.67 69.73 21.94 124.88 256.52 150.54
3.41 88.45 68.65 19.80 158.75 280.03 150.86
4.95 84.76 66.66 18.10 203.69 291.40 150.86
6.13 82.20 65.52 16.68 230.36 303.26 150.79
10.82 70.67 63.60 7.07 256.06 335.33 150.91
13.85 50.45 62.83 -12.38 296.69 359.74 150.80
表5-8 橡胶溶胀造成泵的容积效率损失
泵号 1号 2号 3号 平均
橡胶溶
胀厚度δ/mm 计算值 1.63-2.72 1.63-2.72 1.63-2.72 2.18
测试值 2．0 2．5 1．7 2．1
零压力时容积效率损失% 计算值 15．93-
26．55 15．93-
26．55 15．93-
26．55 21．24
测试值 24．14 30．89 20．53 25．19
10MPa时容积效率/% 下井前 70．67 62．50 71．30 68．15
下井后 63．60 63．32 71．84 66．25
下井后扭矩增加值/ (N•m) 213．19 106．77 114．59 144．85
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