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[摘要]本文简要介绍了螺杆泵的结构，工作原理及特點，分析了螺杆泵在宁xx区块应用中存在的问题，并提出了应用优化方案，为螺杆泵采油工艺的推广应用提供了探讨依据。
[关键词]螺杆泵锚定器流程优化
1宁XX区块概况
宁xx区块位于甘肃省宁县盘克镇境内，属于典型的岩性构造油藏区块，主要开采延长组长x油层。区块内油井72口，正常开井67口，间开井5口。油井平均单井日产液1.49m3，日产油0.91t，综合含水25.4%。泵挂深度1149.42m，动液面1036.00m，沉没度109.00m，泵效为27.2%。有杆泵采油方式有整筒泵、杆式泵和螺杆泵，其中整筒泵井38口，杆式泵井29口、螺杆泵井5口。螺杆泵采油工艺在该区块正处在试验阶段。
2螺杆泵的结构和工作原理及性能特点
2.1结构
井下螺杆泵由定子和转子组成。定子由特种耐油橡胶永久性地紧附于圆形管材之中制成，它的内表面呈螺旋线型，是一个具有圆断面的单头外螺旋体，接于油管下端；转子外表面也为螺旋线形，是一个双头内螺旋体，它由高强度钢材制成，外层镀铬以防腐蚀。转子悬挂在抽油杆下端，位于定子之中如图1所示。
2.2工作原理及性能特点
目前螺杆泵有地面驱动螺杆泵和潜油螺杆泵两种，应用较为普遍的为地面驱动、抽油杆柱传动的井下单螺杆抽油泵，它的地面驱动系统直接装在井口，主要由动力部分、减速器和驱动头三部分组成，动力部分通常用电动机，电动机通过减速器驱动抽油杆。驱动头装在一个铸铁筒内，它是一个整体，由两个轴承支撑抽油杆柱和液力驱动头，另一个轴承保证驱动轴对中还有两套密封盘根密封井口和驱动头。抽油杆柱连接驱动架到井下转子。
当地面传动装置带动光杆旋转时，抽油杆带动转子旋转，转子在与其适当配合的定子中旋转时便产生空穴，该空穴由泵的下端往上移动，即抽吸油层产生的液体（油、气和水），经过油管输送到地面，泵的排量取决于泵的几何尺寸和泵的转速，泵的排液是靠转子在定子中作偏心旋转来实现的，转子和定子之间是由接触良好的边界和隔离的空腔所组成，转子转动时，这些空腔沿着轴向运动，从底端吸入液体，从顶端排出，再通过油管将井筒中的液体举升到井口。
从螺杆泵的结构及工作原理可以看出螺杆泵具有以下特点：
（1）流量连续均匀，振动冲击小；
（2）泵内压力沿衬套长度近似直线上升相邻密封腔间压差较小；
（3）相邻密封腔间的压差不变时，定子和转子的长度增加，则泵的出口压力升高；
（4）结构简单，只有较少的零部件组成；
（5）运动平稳，只有转子作连续回转运动；
（6）用途广泛，螺杆泵不仅可用于抽吸低粘到极高粘度的液体，一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000MPa.s（50℃）以下的各种含原油流体开采；还可泵送含磨蚀固体颗粒的液体；同时还可以用于抽吸气液两相介质，而不会发生气锁，较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会影响容积效率；
（7）效率高，螺杆泵的动力仅用于举升产出液；
（8）螺杆泵占地面积小，安装方便。它直接坐在井口套管四通上，除原井口外，几乎不另占面积，另外螺杆泵可下入斜直井断，特别适用于某些无法安装抽油机的大型井组。
3螺杆泵在宁XX区块应用中存在的问题
根据对宁xx区块己投用的螺杆泵生产及检泵情况跟踪分析，发现螺杆泵生产存在以下几个问题：
3.1螺杆泵的油管锚定器存在缺陷
宁xx区块螺杆泵井采用的油管锚定装置有三种，一种是辽宁阜新生产的螺杆泵专用锚定器（图2），另一种是唐山玉联提供的螺杆泵专用锚定器（图3），以及Y211—114封隔器锚定（图4），从检泵情况发现单独使用以上锚定器都出现了油管落井现象。
辽宁阜新和唐山玉联的螺杆泵锚定器都是采用旋转扭矩坐卡，锚定器下到指定位置后靠井口旋转油管使锚定器与套管产生摩擦扭矩带动锚定器中心体使卡牙弹出座卡。
辽宁阜新的锚定器虽然设计了横向和纵向的卡牙配合使用，同时考虑到了螺杆泵运行过程中轴向载荷和旋转扭矩载荷的作用，但是它在座卡时需要的扭矩载荷较大，且在地面不好控制及判断座卡效果，常会出现完井后锚定器未完座卡，导致生产过程中油管卸扣落井现象。
唐山玉联的螺杆泵锚定器虽然也是靠旋转油管使锚定器与套管产生摩擦扭矩座卡，但是它的座卡力要小的多，靠螺杆泵运行过程中转子的旋转传递给定子的摩擦扭矩带动锚定器中心体也能实现自动座卡。这种锚定器的最大缺点是只有纵向卡牙，虽然它能承受较强的旋转扭矩载荷，从而达到很好的螺杆泵井下管柱防转作用，但是基本无法承受轴向载荷，一旦轴向载荷过大就会造成锚定器失效，失效后也会造成油管卸扣严重就会造成油管落井。
Y211—114封隔器靠上提下放座卡，是否完全座卡在井口比较好判断，座卡效果比较可靠。但它的缺点在于它只有横向卡牙，坐卡后无法承受较大的旋转扭矩载荷，螺杆泵在运行的过程中旋转扭矩载荷较大，同样会造成油管的卸扣现象，严重时也会造出座卡失效导致油管落井。另外Y211—114封隔器座卡后存在拔距，完井的过程中会压缩管柱造成油管不规则的弯曲、变形，这样一来增加了管杆之间的摩擦载荷从而增大了螺杆泵的生产负荷，更严重的是加速了管杆之间的磨损。
3.2螺杆泵承压能力偏低
从试验数据（如表1所示）可以看出，当转速一定时，泵的容积效率随压力的升高而降低。如果压力过高，就会造成泵的容积效率降低。泵压进一步升高，泵的漏失量过大，泵就会失效。严重时，还会导致倒灌现象。
宁XX区块固XX井组的5口螺杆泵井因井口与集油点落差超过200.00m，井口回压达到1.80MPa-2.40MPa，导致螺杆泵地面驱动装置机械密封损坏刺漏严重，间接也造成螺杆泵的泵压过高，泵的容积效率低漏失量大，井口不出液。 3.3螺杆泵井井口流程不完善
寧xx区块使用螺杆泵的井井口流程过于简化，无法满足监控油井生产状况的要求。井口采油树流程无配套油压表、套压表、取样阀门，套管口与测液面仪器不配套，无法正常及时录取液面资料，无单量流程，无法落实单井单量。
3.4产液量低的井容易损坏泵体
根据宁xx区块井组动液面监控情况，正常生产一段时间后螺杆泵井的平均沉没度很快降到100.00m以下，由于初期对井的生产能力掌握不准确，开井制度制定得不合理，造成了4口井烧泵，检泵发现固A井烧泵后大量炭化定子橡胶颗粒在花管处沉积，几乎完全堵死花管。固B井由于烧泵过程载荷过大造成抽油杆第33根断，检查定子橡胶表面损坏严重。固c井由于烧泵造成定子橡胶抱死转子，造成卡泵且由于载荷过大地面电机无法带动转子转动，造成皮带烧损。固D井检泵起出后检查定子橡胶表面损坏严重。固E井由于管柱漏失目前并未出现烧泵现象，但是目前该井泵效很低。
4螺杆泵的应用方案优化
4.1螺杆泵锚定管柱优化
螺杆泵工作时，井下泵所产生的扭矩使泵上油管有卸扣作用，因此需进行油管锚定。通过应用过程中对螺杆泵锚定器分析研究，认为采用唐山玉联防转锚定器配合Y211—114封隔器组合管柱（如图5所示）效果较好。
完井时，直接采用上提下放的方式使Y211—114封隔器在指定位置座卡。螺杆泵生产时，转子传递给定子摩擦扭矩带动防旋转锚座卡。这种管柱组合具有双保险的作用，既有Y211—114封隔器承受轴承载荷的优势，又有防旋转锚承受旋转扭矩载荷的特性。且锚定效果在井口比较容易判断，操作技术要求相对简单。
为了消除优化管柱在井口座卡过程中形成的拔距问题，可以采取在优化管柱上加上40cm长得调整短接，具体调整管柱组合依次为：优化管柱+调整短接+管挂（带法兰）。在井口判断封隔器座卡后，缓慢上提管柱，去掉调整短接，在调整过程中只要保证重力表指重不超过解封载荷即可。
另外也可以根据封隔器轨道长度（70cm），凭操作经验一次性座卡到位，具体在把封隔器送到位后，缓慢上提管柱150cm，然后快速下放50cm左右猛刹车，再缓慢下放管柱完井。这种操作对井口作业人员要求较高。
4.2地面集输流程优化
针对螺杆泵承压能力低、地面驱动设备机械密封易损的特点，宁XX区块使用的螺杆泵应在泵深不超过1200.OOm的井中使用，才能保证螺杆泵的泵效超过50%。否则，将导致螺杆泵漏失严重或者螺杆泵失效。固B井泵深1100.OOm，井口回压超过1.5MPa，折合泵深超过1200.00m，螺杆泵漏失严重，井口不出液。
井口压力过大，容易造成螺杆泵井口机械密封损坏，导致井口刺漏。因此，必须降低螺杆泵的井口回压。过高的井口回压，还会加大螺杆泵井间干扰，产生倒灌现象。研究认为，应在每口螺杆泵井井口增加安装单流阀，消除螺杆泵井的井间干扰。
解决固B井组的高回压问题，必须在井场直接装一个集油罐，油井的产液首先进入该罐，降低井口压力至0.10MPa以内，保证螺杆泵井在低回压的情况下生产，再安装一套油气混输泵，将大罐的油泵输送到高处的集油大罐。
4.3井口流程优化
规范螺杆泵井的井口流程，井口增加生产闸门、回压闸门，安装压力表、取样考克，增加单量流程，使螺杆泵井的井口流程标准化如图6中螺杆泵井口流程图。
4.4开井制度优化
在无法更换小型号泵任采用GLB140-42型号的螺杆泵的情况下，根据不同开井制度下各井的液面恢复情况，落实两口井地面驱动转速保证在40r/min，每天开井6小时，沉没度能够保持在200m-300m，井口出液量保证在1.3m3左右，螺杆泵泵效能够保证在60%以上。1口井由于液面恢复较慢目前落实开井制度为地面驱动转速保证在40r/min，停40小时开8小时，沉没度保持在200.00—300.00m。1口井由于存在管柱漏失目前在地面驱动转速保证在60r/min，连续开井20天的情况下目前液面下降200.00m，井口出液每天在1.0m3左右，泵效只有8%。
5结论
（1）针对宁XX区块螺杆泵应用过程中出现的井口流程和地面流程不适应出现的问题，制定了使用螺杆泵的相关采油工艺标准，规范采油井口流程和油气集输流程，强化了螺杆泵推广应用的基础。
（2）针对螺杆泵在应用过程中出现的管柱落井现象，分析了不同锚定器的结构特点，提出了去胶皮的Y211—114轨道封隔器与唐山玉联生产的螺杆泵专用防扭矩锚定器组合使用的螺杆泵井下锚定管柱优化设计。
（3）针对使用Y211—114轨道封隔器座卡后存在拔距、管柱发生不规则弯曲、变形，造成即使根据井斜数据下入扶正杆后仍然出现管杆偏磨严重情况，提出加井口调整短节和根据经验直接座封消除拔距的方法。
（4）从宁XX区块低产低效井螺杆泵试验应用情况发现，需进一步优化螺杆泵的应用工艺参数，探讨使用螺杆泵油井的工作制度，才能为螺杆泵在低产低效区块推广提供技术支撑。
[关键词]螺杆泵锚定器流程优化
1宁XX区块概况
宁xx区块位于甘肃省宁县盘克镇境内，属于典型的岩性构造油藏区块，主要开采延长组长x油层。区块内油井72口，正常开井67口，间开井5口。油井平均单井日产液1.49m3，日产油0.91t，综合含水25.4%。泵挂深度1149.42m，动液面1036.00m，沉没度109.00m，泵效为27.2%。有杆泵采油方式有整筒泵、杆式泵和螺杆泵，其中整筒泵井38口，杆式泵井29口、螺杆泵井5口。螺杆泵采油工艺在该区块正处在试验阶段。
2螺杆泵的结构和工作原理及性能特点
2.1结构
井下螺杆泵由定子和转子组成。定子由特种耐油橡胶永久性地紧附于圆形管材之中制成，它的内表面呈螺旋线型，是一个具有圆断面的单头外螺旋体，接于油管下端；转子外表面也为螺旋线形，是一个双头内螺旋体，它由高强度钢材制成，外层镀铬以防腐蚀。转子悬挂在抽油杆下端，位于定子之中如图1所示。
2.2工作原理及性能特点
目前螺杆泵有地面驱动螺杆泵和潜油螺杆泵两种，应用较为普遍的为地面驱动、抽油杆柱传动的井下单螺杆抽油泵，它的地面驱动系统直接装在井口，主要由动力部分、减速器和驱动头三部分组成，动力部分通常用电动机，电动机通过减速器驱动抽油杆。驱动头装在一个铸铁筒内，它是一个整体，由两个轴承支撑抽油杆柱和液力驱动头，另一个轴承保证驱动轴对中还有两套密封盘根密封井口和驱动头。抽油杆柱连接驱动架到井下转子。
当地面传动装置带动光杆旋转时，抽油杆带动转子旋转，转子在与其适当配合的定子中旋转时便产生空穴，该空穴由泵的下端往上移动，即抽吸油层产生的液体（油、气和水），经过油管输送到地面，泵的排量取决于泵的几何尺寸和泵的转速，泵的排液是靠转子在定子中作偏心旋转来实现的，转子和定子之间是由接触良好的边界和隔离的空腔所组成，转子转动时，这些空腔沿着轴向运动，从底端吸入液体，从顶端排出，再通过油管将井筒中的液体举升到井口。
从螺杆泵的结构及工作原理可以看出螺杆泵具有以下特点：
（1）流量连续均匀，振动冲击小；
（2）泵内压力沿衬套长度近似直线上升相邻密封腔间压差较小；
（3）相邻密封腔间的压差不变时，定子和转子的长度增加，则泵的出口压力升高；
（4）结构简单，只有较少的零部件组成；
（5）运动平稳，只有转子作连续回转运动；
（6）用途广泛，螺杆泵不仅可用于抽吸低粘到极高粘度的液体，一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000MPa.s（50℃）以下的各种含原油流体开采；还可泵送含磨蚀固体颗粒的液体；同时还可以用于抽吸气液两相介质，而不会发生气锁，较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会影响容积效率；
（7）效率高，螺杆泵的动力仅用于举升产出液；
（8）螺杆泵占地面积小，安装方便。它直接坐在井口套管四通上，除原井口外，几乎不另占面积，另外螺杆泵可下入斜直井断，特别适用于某些无法安装抽油机的大型井组。
3螺杆泵在宁XX区块应用中存在的问题
根据对宁xx区块己投用的螺杆泵生产及检泵情况跟踪分析，发现螺杆泵生产存在以下几个问题：
3.1螺杆泵的油管锚定器存在缺陷
宁xx区块螺杆泵井采用的油管锚定装置有三种，一种是辽宁阜新生产的螺杆泵专用锚定器（图2），另一种是唐山玉联提供的螺杆泵专用锚定器（图3），以及Y211—114封隔器锚定（图4），从检泵情况发现单独使用以上锚定器都出现了油管落井现象。
辽宁阜新和唐山玉联的螺杆泵锚定器都是采用旋转扭矩坐卡，锚定器下到指定位置后靠井口旋转油管使锚定器与套管产生摩擦扭矩带动锚定器中心体使卡牙弹出座卡。
辽宁阜新的锚定器虽然设计了横向和纵向的卡牙配合使用，同时考虑到了螺杆泵运行过程中轴向载荷和旋转扭矩载荷的作用，但是它在座卡时需要的扭矩载荷较大，且在地面不好控制及判断座卡效果，常会出现完井后锚定器未完座卡，导致生产过程中油管卸扣落井现象。
唐山玉联的螺杆泵锚定器虽然也是靠旋转油管使锚定器与套管产生摩擦扭矩座卡，但是它的座卡力要小的多，靠螺杆泵运行过程中转子的旋转传递给定子的摩擦扭矩带动锚定器中心体也能实现自动座卡。这种锚定器的最大缺点是只有纵向卡牙，虽然它能承受较强的旋转扭矩载荷，从而达到很好的螺杆泵井下管柱防转作用，但是基本无法承受轴向载荷，一旦轴向载荷过大就会造成锚定器失效，失效后也会造成油管卸扣严重就会造成油管落井。
Y211—114封隔器靠上提下放座卡，是否完全座卡在井口比较好判断，座卡效果比较可靠。但它的缺点在于它只有横向卡牙，坐卡后无法承受较大的旋转扭矩载荷，螺杆泵在运行的过程中旋转扭矩载荷较大，同样会造成油管的卸扣现象，严重时也会造出座卡失效导致油管落井。另外Y211—114封隔器座卡后存在拔距，完井的过程中会压缩管柱造成油管不规则的弯曲、变形，这样一来增加了管杆之间的摩擦载荷从而增大了螺杆泵的生产负荷，更严重的是加速了管杆之间的磨损。
3.2螺杆泵承压能力偏低
从试验数据（如表1所示）可以看出，当转速一定时，泵的容积效率随压力的升高而降低。如果压力过高，就会造成泵的容积效率降低。泵压进一步升高，泵的漏失量过大，泵就会失效。严重时，还会导致倒灌现象。
宁XX区块固XX井组的5口螺杆泵井因井口与集油点落差超过200.00m，井口回压达到1.80MPa-2.40MPa，导致螺杆泵地面驱动装置机械密封损坏刺漏严重，间接也造成螺杆泵的泵压过高，泵的容积效率低漏失量大，井口不出液。 3.3螺杆泵井井口流程不完善
寧xx区块使用螺杆泵的井井口流程过于简化，无法满足监控油井生产状况的要求。井口采油树流程无配套油压表、套压表、取样阀门，套管口与测液面仪器不配套，无法正常及时录取液面资料，无单量流程，无法落实单井单量。
3.4产液量低的井容易损坏泵体
根据宁xx区块井组动液面监控情况，正常生产一段时间后螺杆泵井的平均沉没度很快降到100.00m以下，由于初期对井的生产能力掌握不准确，开井制度制定得不合理，造成了4口井烧泵，检泵发现固A井烧泵后大量炭化定子橡胶颗粒在花管处沉积，几乎完全堵死花管。固B井由于烧泵过程载荷过大造成抽油杆第33根断，检查定子橡胶表面损坏严重。固c井由于烧泵造成定子橡胶抱死转子，造成卡泵且由于载荷过大地面电机无法带动转子转动，造成皮带烧损。固D井检泵起出后检查定子橡胶表面损坏严重。固E井由于管柱漏失目前并未出现烧泵现象，但是目前该井泵效很低。
4螺杆泵的应用方案优化
4.1螺杆泵锚定管柱优化
螺杆泵工作时，井下泵所产生的扭矩使泵上油管有卸扣作用，因此需进行油管锚定。通过应用过程中对螺杆泵锚定器分析研究，认为采用唐山玉联防转锚定器配合Y211—114封隔器组合管柱（如图5所示）效果较好。
完井时，直接采用上提下放的方式使Y211—114封隔器在指定位置座卡。螺杆泵生产时，转子传递给定子摩擦扭矩带动防旋转锚座卡。这种管柱组合具有双保险的作用，既有Y211—114封隔器承受轴承载荷的优势，又有防旋转锚承受旋转扭矩载荷的特性。且锚定效果在井口比较容易判断，操作技术要求相对简单。
为了消除优化管柱在井口座卡过程中形成的拔距问题，可以采取在优化管柱上加上40cm长得调整短接，具体调整管柱组合依次为：优化管柱+调整短接+管挂（带法兰）。在井口判断封隔器座卡后，缓慢上提管柱，去掉调整短接，在调整过程中只要保证重力表指重不超过解封载荷即可。
另外也可以根据封隔器轨道长度（70cm），凭操作经验一次性座卡到位，具体在把封隔器送到位后，缓慢上提管柱150cm，然后快速下放50cm左右猛刹车，再缓慢下放管柱完井。这种操作对井口作业人员要求较高。
4.2地面集输流程优化
针对螺杆泵承压能力低、地面驱动设备机械密封易损的特点，宁XX区块使用的螺杆泵应在泵深不超过1200.OOm的井中使用，才能保证螺杆泵的泵效超过50%。否则，将导致螺杆泵漏失严重或者螺杆泵失效。固B井泵深1100.OOm，井口回压超过1.5MPa，折合泵深超过1200.00m，螺杆泵漏失严重，井口不出液。
井口压力过大，容易造成螺杆泵井口机械密封损坏，导致井口刺漏。因此，必须降低螺杆泵的井口回压。过高的井口回压，还会加大螺杆泵井间干扰，产生倒灌现象。研究认为，应在每口螺杆泵井井口增加安装单流阀，消除螺杆泵井的井间干扰。
解决固B井组的高回压问题，必须在井场直接装一个集油罐，油井的产液首先进入该罐，降低井口压力至0.10MPa以内，保证螺杆泵井在低回压的情况下生产，再安装一套油气混输泵，将大罐的油泵输送到高处的集油大罐。
4.3井口流程优化
规范螺杆泵井的井口流程，井口增加生产闸门、回压闸门，安装压力表、取样考克，增加单量流程，使螺杆泵井的井口流程标准化如图6中螺杆泵井口流程图。
4.4开井制度优化
在无法更换小型号泵任采用GLB140-42型号的螺杆泵的情况下，根据不同开井制度下各井的液面恢复情况，落实两口井地面驱动转速保证在40r/min，每天开井6小时，沉没度能够保持在200m-300m，井口出液量保证在1.3m3左右，螺杆泵泵效能够保证在60%以上。1口井由于液面恢复较慢目前落实开井制度为地面驱动转速保证在40r/min，停40小时开8小时，沉没度保持在200.00—300.00m。1口井由于存在管柱漏失目前在地面驱动转速保证在60r/min，连续开井20天的情况下目前液面下降200.00m，井口出液每天在1.0m3左右，泵效只有8%。
5结论
（1）针对宁XX区块螺杆泵应用过程中出现的井口流程和地面流程不适应出现的问题，制定了使用螺杆泵的相关采油工艺标准，规范采油井口流程和油气集输流程，强化了螺杆泵推广应用的基础。
（2）针对螺杆泵在应用过程中出现的管柱落井现象，分析了不同锚定器的结构特点，提出了去胶皮的Y211—114轨道封隔器与唐山玉联生产的螺杆泵专用防扭矩锚定器组合使用的螺杆泵井下锚定管柱优化设计。
（3）针对使用Y211—114轨道封隔器座卡后存在拔距、管柱发生不规则弯曲、变形，造成即使根据井斜数据下入扶正杆后仍然出现管杆偏磨严重情况，提出加井口调整短节和根据经验直接座封消除拔距的方法。
（4）从宁XX区块低产低效井螺杆泵试验应用情况发现，需进一步优化螺杆泵的应用工艺参数，探讨使用螺杆泵油井的工作制度，才能为螺杆泵在低产低效区块推广提供技术支撑。