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摘要：螺杆泵采油技术诞生于20世纪80年代，其中加拿大、德国与法国等国家的螺杆泵技术较为先进，而我国在螺杆泵技术方面的研究时间较短，为了有效提高螺杆泵应用效率，需要积极开展研究工作。对此，本文介绍了螺杆泵运行原理，阐述了螺杆泵的过盈量配合，分析了螺杆泵过盈量影响因素。
关键词：螺杆泵;过盈量设计;影响因素
前言：当前，在我国科技快速发展过程中，螺杆泵技术已经成熟配套。然而在三元试验以及聚驱等驱油井不断投产过程中，各个区块的采出液物性具有较大差异，液体粘度与组分存在差异，因此在螺杆泵特性方面的影响存在一定差异，导致一些螺杆泵井在后期运行过程中出现泵效下降问题，导致扭矩增加，增加了托油杆的断脱井数，对举升潜力发挥产生一定制约。因此，需要积极开展过盈量研究，对于强化螺杆泵使用效果具有良好意义[1]。
1 螺杆泵运行原理
对于螺杆泵而言主要涵盖多螺杆泵与单螺杆泵两种类型，在油气采集以及运输，化学原料输送等生产活动中具有广泛应用。机械采油中，螺杆泵一般选择单螺杆水力设备，借助空腔挤压排液原理，即在定子和转子间能够形成一定数量的互不联通封闭腔室，运转转子过程中，沿着轴线方向，封闭腔室由吸入端不断运移到排出端。在此过程中，有新腔室形成于吸入端，不断吸入液体。封闭腔室在不断形成、运移以及消失过程中，促使液体持续吸入、挤压以及排出，进而持续借助油管不断吸入液体，向下游进行举升。
2 螺杆泵的过盈量配合
对于单螺杆泵，为转子容积泵，借助螺杆泵转子、定子衬套之间的啮合，促使排出腔以及吸入腔中容积发生变化，实现液体传输，在转子围绕定子展开行星回旋过程中，转子与定子不断啮合产生密封腔，密封腔容积持续不变进行直线、轴向、匀速运动，将介质由吸入端向排出端进行推送处理。转子和定子产生的密封腔质量具有重要作用，若是密封腔缺乏良好密封性，则会对螺杆泵使用期限以及性能产生严重影响，而密封质量主要受到定子与转子间配合所影响。主要选择以下行标方程计算定子和转子的间隙与过盈[2]。
过盈量对于定子寿命有着直接影響，若是基于现场条件导致配合过紧，则不同密封腔流体滑移会受到一定影响，提高螺杆泵效率，然而极易发生摩擦以及橡胶应变问题，减少定子寿命。若是太松，使得定子寿命与滑移受到影响，进而影响螺杆泵效率。因此有效确定过盈量最佳值，对钉子寿命与螺杆泵效率、摩擦损失确定平衡点，属于一项重要工作。
3 螺杆泵过盈量影响因素
在使用参数、环境条件以及加工检测变化过程中转子加工参数以及定子加工参数也会发生变化。见下表。
3.1磨损
对于不同螺杆泵的转子与定子滑动磨损具有主导地位。对于转子与定子的滑动区域，流体中大量颗粒基于压力作用进行相对运动，进而形成滑动磨损。定子滑移速度与承压能力会受到腐蚀影响，根据模式成都主要分为重度、中度、轻度以及无磨蚀四种程度，随着磨蚀程度增加，其承压能力会随之降低，滑移速度不断减少，最终造成螺杆泵停运。
3.2介质粘度影响
在介质粘度不断降低过程中，螺杆泵扭矩随之降低，而滑移速度随之增加。另外，API重度也属于重要参数，在API增加过程中，介质粘度降低。
3.3溶胀、粘度与温度在转子选择方面的影响
基于橡胶溶胀性、介质粘度以及温度考虑，转子选择见下表。
3.4橡胶溶胀的试验
现场流体介质会影响螺杆泵橡胶质量。接触或高温流体介质化学物对于螺杆泵定子寿命具有较大影响。介质在橡胶溶胀方面的影响，可以借助介质对橡胶试样块进行浸泡处理，时间为14d，只够测量比较浸泡前和浸泡后试样的表面硬度、重量以及体积等，借助计算获得硬度、重量以及体积变化情况，进而对橡胶性能进行判断，对于相关油田区块是否具有良好适应性。
3.5介质温度在转子选择方面的影响
螺杆泵运行过程中，在温度不断升高过程中，橡胶层持续膨胀。若是工况温度较高，则会严重影响橡胶的力学性能。对各级最大压差进行控制，进而实现最大压差的限制。就是在介质温度不断上升过程中，定子缸套中的橡胶体不断膨胀，借助降低空腔尺寸，促使转子与定子的过盈量满足要求或是正常配合。
3.6定子内轮廓的检测
进行转子与定子过盈量确定过程中，主要结合使用经验以及长期检测等持续进行调整，获得科学的过盈量。转子主要是结合相对过盈量开展加工活动。相对过盈量主要是根据定子测量仪最终结果确定过盈量，其对定子测量应在橡胶压缩方面形成的误差进行了充分考虑。借助相对过盈量与定子测量仪结果相加进行转子加工尺寸计算。
对于定子测量仪，检测误差主要受到定子尺寸、橡胶种类以及其他因素所影响，借助测量获得转子中径，同样需要进行误差修正，见下式：
对于定子的内轮廓检测工作而言，主要选择内孔测量仪和侧头开展内径小孔测量工作，过盈量是转子中径与内控小径之间差值。根据，基于测量仪误差考虑，初始过盈量如下：
4 应用实例
以S油田为例，其产液量达到40m?/d，并且泵挂深度达到805m，其下泵温度达到50℃，含砂量低于5%，套压达到0.6Mpa，含水率达到97.3%，液体黏度达到11.66Mpa.s。
第一，结合S油田液体，对橡胶展开化学兼容性测试，获得溶胀体积的变化率，并对测量误差、转子与定子磨损量和橡胶膨胀率等进行充分考虑，获得过盈量在1.24mm左右。借助室内台架的测试工作，进行G190-33螺杆泵设计，级数设计成33，出口压力最大值是14Mpa，螺杆泵的单级承压力是0.424Mpa。基于夏季与冬季温差单级差异在0.04—0.06Mpa左右，将其单级承压力设计为0.474Mpa。在工作实践中，出水转速设计为80rmp，同时液量设计为17.8t/d，之后对动液面转速进行调整，设计为115rmp，同时液量设计为30t/d，泵效超过85%，实际应用效果满足预期要求。
结语：对于螺杆泵转子与定子而言，过盈量设计具有重要地位。工况温度、介质参数、镀层、测量、转子与定子加工以及橡胶性能等均会影响过盈量。在各个区块介质中，对于螺杆泵运行特性的影响存在一定差异，应该借助控制定子内轮廓、橡胶溶胀、橡胶溶胀、介质粘度等因素，促使不同区块中，螺杆泵运行特性得到充分优化。
参考文献
[1]张恒， 吴晓东， 李映艳，等.全金属螺杆泵漏失机理[J].科学技术与工程， 2020， 518（13）：82-86.
[2]于文.影响螺杆泵采油效率的因素分析[J].化学工程与装备，2018（06）：66-66+71.
瓦克化学（南京）有限公司
关键词：螺杆泵;过盈量设计;影响因素
前言：当前，在我国科技快速发展过程中，螺杆泵技术已经成熟配套。然而在三元试验以及聚驱等驱油井不断投产过程中，各个区块的采出液物性具有较大差异，液体粘度与组分存在差异，因此在螺杆泵特性方面的影响存在一定差异，导致一些螺杆泵井在后期运行过程中出现泵效下降问题，导致扭矩增加，增加了托油杆的断脱井数，对举升潜力发挥产生一定制约。因此，需要积极开展过盈量研究，对于强化螺杆泵使用效果具有良好意义[1]。
1 螺杆泵运行原理
对于螺杆泵而言主要涵盖多螺杆泵与单螺杆泵两种类型，在油气采集以及运输，化学原料输送等生产活动中具有广泛应用。机械采油中，螺杆泵一般选择单螺杆水力设备，借助空腔挤压排液原理，即在定子和转子间能够形成一定数量的互不联通封闭腔室，运转转子过程中，沿着轴线方向，封闭腔室由吸入端不断运移到排出端。在此过程中，有新腔室形成于吸入端，不断吸入液体。封闭腔室在不断形成、运移以及消失过程中，促使液体持续吸入、挤压以及排出，进而持续借助油管不断吸入液体，向下游进行举升。
2 螺杆泵的过盈量配合
对于单螺杆泵，为转子容积泵，借助螺杆泵转子、定子衬套之间的啮合，促使排出腔以及吸入腔中容积发生变化，实现液体传输，在转子围绕定子展开行星回旋过程中，转子与定子不断啮合产生密封腔，密封腔容积持续不变进行直线、轴向、匀速运动，将介质由吸入端向排出端进行推送处理。转子和定子产生的密封腔质量具有重要作用，若是密封腔缺乏良好密封性，则会对螺杆泵使用期限以及性能产生严重影响，而密封质量主要受到定子与转子间配合所影响。主要选择以下行标方程计算定子和转子的间隙与过盈[2]。
过盈量对于定子寿命有着直接影響，若是基于现场条件导致配合过紧，则不同密封腔流体滑移会受到一定影响，提高螺杆泵效率，然而极易发生摩擦以及橡胶应变问题，减少定子寿命。若是太松，使得定子寿命与滑移受到影响，进而影响螺杆泵效率。因此有效确定过盈量最佳值，对钉子寿命与螺杆泵效率、摩擦损失确定平衡点，属于一项重要工作。
3 螺杆泵过盈量影响因素
在使用参数、环境条件以及加工检测变化过程中转子加工参数以及定子加工参数也会发生变化。见下表。
3.1磨损
对于不同螺杆泵的转子与定子滑动磨损具有主导地位。对于转子与定子的滑动区域，流体中大量颗粒基于压力作用进行相对运动，进而形成滑动磨损。定子滑移速度与承压能力会受到腐蚀影响，根据模式成都主要分为重度、中度、轻度以及无磨蚀四种程度，随着磨蚀程度增加，其承压能力会随之降低，滑移速度不断减少，最终造成螺杆泵停运。
3.2介质粘度影响
在介质粘度不断降低过程中，螺杆泵扭矩随之降低，而滑移速度随之增加。另外，API重度也属于重要参数，在API增加过程中，介质粘度降低。
3.3溶胀、粘度与温度在转子选择方面的影响
基于橡胶溶胀性、介质粘度以及温度考虑，转子选择见下表。
3.4橡胶溶胀的试验
现场流体介质会影响螺杆泵橡胶质量。接触或高温流体介质化学物对于螺杆泵定子寿命具有较大影响。介质在橡胶溶胀方面的影响，可以借助介质对橡胶试样块进行浸泡处理，时间为14d，只够测量比较浸泡前和浸泡后试样的表面硬度、重量以及体积等，借助计算获得硬度、重量以及体积变化情况，进而对橡胶性能进行判断，对于相关油田区块是否具有良好适应性。
3.5介质温度在转子选择方面的影响
螺杆泵运行过程中，在温度不断升高过程中，橡胶层持续膨胀。若是工况温度较高，则会严重影响橡胶的力学性能。对各级最大压差进行控制，进而实现最大压差的限制。就是在介质温度不断上升过程中，定子缸套中的橡胶体不断膨胀，借助降低空腔尺寸，促使转子与定子的过盈量满足要求或是正常配合。
3.6定子内轮廓的检测
进行转子与定子过盈量确定过程中，主要结合使用经验以及长期检测等持续进行调整，获得科学的过盈量。转子主要是结合相对过盈量开展加工活动。相对过盈量主要是根据定子测量仪最终结果确定过盈量，其对定子测量应在橡胶压缩方面形成的误差进行了充分考虑。借助相对过盈量与定子测量仪结果相加进行转子加工尺寸计算。
对于定子测量仪，检测误差主要受到定子尺寸、橡胶种类以及其他因素所影响，借助测量获得转子中径，同样需要进行误差修正，见下式：
对于定子的内轮廓检测工作而言，主要选择内孔测量仪和侧头开展内径小孔测量工作，过盈量是转子中径与内控小径之间差值。根据，基于测量仪误差考虑，初始过盈量如下：
4 应用实例
以S油田为例，其产液量达到40m?/d，并且泵挂深度达到805m，其下泵温度达到50℃，含砂量低于5%，套压达到0.6Mpa，含水率达到97.3%，液体黏度达到11.66Mpa.s。
第一，结合S油田液体，对橡胶展开化学兼容性测试，获得溶胀体积的变化率，并对测量误差、转子与定子磨损量和橡胶膨胀率等进行充分考虑，获得过盈量在1.24mm左右。借助室内台架的测试工作，进行G190-33螺杆泵设计，级数设计成33，出口压力最大值是14Mpa，螺杆泵的单级承压力是0.424Mpa。基于夏季与冬季温差单级差异在0.04—0.06Mpa左右，将其单级承压力设计为0.474Mpa。在工作实践中，出水转速设计为80rmp，同时液量设计为17.8t/d，之后对动液面转速进行调整，设计为115rmp，同时液量设计为30t/d，泵效超过85%，实际应用效果满足预期要求。
结语：对于螺杆泵转子与定子而言，过盈量设计具有重要地位。工况温度、介质参数、镀层、测量、转子与定子加工以及橡胶性能等均会影响过盈量。在各个区块介质中，对于螺杆泵运行特性的影响存在一定差异，应该借助控制定子内轮廓、橡胶溶胀、橡胶溶胀、介质粘度等因素，促使不同区块中，螺杆泵运行特性得到充分优化。
参考文献
[1]张恒， 吴晓东， 李映艳，等.全金属螺杆泵漏失机理[J].科学技术与工程， 2020， 518（13）：82-86.
[2]于文.影响螺杆泵采油效率的因素分析[J].化学工程与装备，2018（06）：66-66+71.
瓦克化学（南京）有限公司