应用螺杆泵工作特性曲线实现优化设计

来源：华佗小知识

　　油气田地面工程第25卷第11期(2006111)　　35

应用螺杆泵工作特性曲线实现优化设计

孙成岩　姚华梅　吴玺廷

11前言

(大庆油田采油九厂)

螺杆泵生产过程中,曾出现定子与转子抱死、

定子橡胶脱落、杆柱断脱和举升能力不足等现象,造成螺杆泵早期失效。经分析认为,除产品质量问题外,还与螺杆泵井的施工设计密切相关。如果油井的供液能力强,而泵的排量小、扬程高,会造成泵机械效率和总效率低,大部份机械能在定转子之间变成摩擦热,会加速橡胶老化;如果井的供液能力不好,而泵的排量过大,泵的充满系数很低,这时会导致定子橡胶急剧升温,促使橡胶膨胀,增加了定转子之间的摩擦力,在摩擦热不能及时散发的情况下,极易导致橡胶烧焦或定转子抱死,甚至定子脱胶,造成螺杆泵早期失效。因此,要想提高螺杆泵井的系统效率,就必须重视螺杆泵井的优化设计。

21螺杆泵工作特性的影响因素分析螺杆泵的工作特性曲线通常是指在不同工作参数下,泵的容积效率、系统效率及扭矩与举升高度之间的关系,该曲线反映了泵的工作特性,也是螺杆泵的设计、制造与合理应用的重要依据。

影响螺杆泵工作特性因素很多,主要有两个因素:一是定子与转子间的过盈量;二是转子的转速。

(1)过盈量的影响。螺杆泵的工作原理决定了要保证一定的泵效,就必须使定、转子表面的接触线保持充分密封,而密封的程度取决于转子与定子间的过盈量。因此,过盈量的大小直接影响泵效的高低。

一方面,过盈量大可获得较高的泵效,但是抽油杆的扭矩增加,易出现、抽油杆断脱现象,并且定子橡胶磨损加剧,影响泵的寿命;另一方面,过盈量小虽然不易出现上述问题,但泵的容积效率过低,将降低泵的系统效率。因此,要对过盈量进行合理的选择。所谓合理的过盈量,就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条件下的过盈量值。

(2)转子转速的影响。转子的转速决定了螺杆泵的排量,在油井产能允许的条件下,转子的转速越高,排量就越大。但是,转速越高,抽油杆的离

心力就越大,抽油杆的弯曲振动就越严重,抽油杆接箍与内壁的摩擦力也就随之增大,同时,举升高度也将因沿程损失的增加和定子橡胶磨损的加速而下降。因此,转子的转速不宜过高。

除了上述两个因素之外,还应注意粘度的影响。一方面,粘度增加使得漏失量减小,有利于提高泵的容积效率和系统效率;另一方面,粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度,泵的容积效率和系统效率也随之降低。同时,泵的摩擦增大将增加阻力扭矩。

31螺杆泵井优化设计

从典型的螺杆泵工作特性曲线可以看出,螺杆泵每种泵型都有其特定的额定扬程、高效区和低效区。要使螺杆泵的工作状态处于高效区,必须通过泵型的合理选择、过盈量值的确定、泵深的优化设计等来实现这一目的。

(1)泵型选择。螺杆泵额定压力包括三部份:①流程干线回压;②泵举升液体产生的压力;③产液在井下内流动产生的沿程阻力损失。根据泵的额定压力以及泵的单级承压,求出泵的级数;根据泵的排量,选择泵的公称排量。然后将泵的公称排量与级数相结合,组成一个理想泵型(如120-27型螺杆泵),如果实际泵型中不包括理想泵型,则将所选泵型的公称排量或级数适当加大,选择与理想泵型最接近的标准泵型作为最佳泵型。

(2)过盈量值的确定。螺杆泵在井下工作时,其过盈值主要由三部份组成:一是给定的初始过盈值;二是热膨胀造成的过盈值;三是橡胶在原油中,由油溶胀造成的过盈值。由于大庆油田采油九厂龙虎泡油田平均油层中深1520m,油层温度69℃,通过取样做定子橡胶与原油物性配伍性实验,发现螺杆泵定子橡胶溶胀率较高,如果按常规油田过盈量值配泵,将易发生卡泵现象,为此,根据实验结果将原过盈量值由0145～0155mm确定为适合于龙虎泡油田的013～014mm。

(3)泵深设计。泵深设计应依据油井产能及供液能力综合考虑。做出油井供液能力曲线,曲线表明油井的日产液量与动液面深度成正比。由此可根据油井预计产能,来预测油井的动液面深度,动液

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顶烧箱式工业转化炉的施工

叶元冰(大庆石理局)

王丽　纪海涛(大庆油田建设集团化建公司)

　　大庆油田甲醇厂5×104t/a合成氨制氢转化炉

是顶烧箱式转化炉,下面针对该项目转化炉的施工实际情况,对顶烧式转化炉的施工控制要点、难点进行分析和阐述。

11转化炉辐射段壳体施工工艺

转化炉辐射段钢壳体施工包括炉底、侧墙和炉顶的钢板施工。施工顺序按照从下到上的顺序进行安装。先将炉底钢板铺好并留出一个吊装孔(吊侧墙及炉顶的钢板),然后在铺侧墙的钢板的同时将加强筋板焊上,再进行炉顶钢板铺设,并同时安装炉顶的炉管及燃烧器钢支撑框架,最后将辐射段炉里炉外所有能漏烟及渗水的缝隙内外全部满焊封死。

转化炉辐射段炉壁钢板先吊至炉内,然后借助卷扬机及滑轮拼装在侧墙、端墙及炉顶上。

21冷热集气管、转化气余热回收器等施工工艺为保证转化炉管与炉底热集气管在同一立面上,控制转化炉管的垂直度,在安装转化炉管前先对转化炉辐射段炉内尺寸进行复合,确保热集气管轴线与转化炉管轴线保持一致。

(1)冷集气管支座的安装应确保滑动端支座螺

栓中心线与底板螺栓孔之间最小距离为15mm,以保证冷集气管受热后的自由膨胀。

(2)集气管锥段内部耐火浇注料由固浇注料专利厂家进行施工。衬里施工完,冷热集气管的对接进行预组装,要求冷集气管衬管A与热集气管衬管B同心,衬管A套在衬管B外部,两者之间的搭接长度60mm,同时保证对接坡口处的间隙符合焊接节点的公差要求,测量出内部衬里的实际间隙。在膨胀缝填入适当厚度的耐火材料,以保证安装后内部衬里的严密。在转化管(炉管)与热集气管组焊完毕之前,暂不将冷、热集气管组焊在一起。(3)转化气余热回收器管口与冷集气管管口同心,保证对接坡口处的间隙符合焊接节点的公差要求。根据测量出内部衬里的间隙,在膨胀缝填入适当厚度的耐火材料,以保证安装后内部衬里的严密。

(4)以定位好的冷集气管确定热集气管与冷集气管接口位置,同时将转化炉底钢板开孔。

面深度加上沉没度即得泵深。泵的沉没度一般控制在200～300m之间。

(4)锚定工具设计。为保证螺杆泵锚定后泵上始终处于拉伸状态,降低杆管偏磨几率,为此,应用了防转锚。通过水泥车打压坐封,避免支撑卡瓦造成易弯曲的现象,达到延长螺杆泵井检泵周期的目的。

(5)生产参数的优化。螺杆泵采柱经过优化设计,其工作状态落在高效区,但整个系统的机械效率并不一定最高,在螺杆泵开井试运行期间,要随时注意动液面变化,根据油井的动液面及产量合理调整螺杆泵的转速,在保证油井产能的前提下,最大限度的将工作点调整到系统效率最高点附近。

通过对螺杆泵井进行优化设计,并现场推广应

用9口井,平均泵效达到6210%,目前已见到较好效果。

41结语

(1)通过分析螺杆泵工作特性曲线可知,影响螺杆泵工作特性因素主要是定子与转子间的过盈量和转子的转速。

(2)螺杆泵井优化设计可以保证螺杆泵的正常工作沉没度,改善定转子之间的润滑条件,从而提高螺杆泵的使用寿命,延长油井的运转周期。

(3)通过螺杆泵采油井泵型的优选及生产参数的优化调整,可以保证螺杆泵的工作点处于高效区,进而发挥油井产能。

(栏目主持　张秀丽)

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