【導(dǎo)讀】數(shù)量與水平正呈明顯的上升趨勢(shì)。分析和研究螺桿泵合理轉(zhuǎn)速范圍，對(duì)指導(dǎo)油田。實(shí)際生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗有著重要工程實(shí)際意義。本文通過(guò)對(duì)螺桿泵發(fā)展歷史、驗(yàn)研究，結(jié)果表明本方法有效、可行。在綜合分析理論研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的基。期，莫依諾原理獲得專利權(quán)，很快便有很多公司開(kāi)始生產(chǎn)螺桿泵[1]。桿泵作為一種代替常規(guī)舉升工藝的替代技術(shù)推向市場(chǎng)。我國(guó)從80年代中期將螺桿。試用，從此，國(guó)內(nèi)廠家便開(kāi)始了較系統(tǒng)地研制井下采油螺桿泵的工作。提供動(dòng)力的裝置在地面之上，二者之間由抽油桿聯(lián)系起來(lái)。由于是利用抽油桿傳。遞螺桿泵所需要的扭矩，因此在大排量情況下很難實(shí)現(xiàn)深井采油。驅(qū)動(dòng)頭所需的動(dòng)力主要由電。動(dòng)機(jī)或者液壓馬達(dá)提供。由電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)頭，有的采用變頻調(diào)速，有的利。用膠帶和減速器共同調(diào)速，還有的直接利用減速器調(diào)速。地下，因而不需要抽油桿傳遞動(dòng)力，特別適合于深井、斜井和水平井采油作業(yè)。

　　

【正文】 ? —— 剪應(yīng)力， MPa； nW —— 抗扭截面模量； ??? —— 許用應(yīng)力， MPa； A —— 抽油桿截面積， mm2； s —— 安全系數(shù)； s? —— 抽油桿屈服極限強(qiáng)度， MPa； 39。d —— 抽油桿內(nèi)直徑， m. 算例 根據(jù)上述研究分析，確定螺桿泵合理轉(zhuǎn)速范圍的步驟為： （ 1） 在已知 某型 螺桿泵及井的相關(guān)參數(shù)的 條件下 ，計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速下該泵型螺桿泵進(jìn)出口壓差并對(duì)抽油桿進(jìn)行受力分析； （ 2）根據(jù)該泵型螺桿泵在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線，判斷當(dāng)前泵的工作點(diǎn)所處區(qū)域，如圖 41 所示； （ 3）結(jié)合考慮下泵深度、當(dāng)前沉沒(méi)度，給出轉(zhuǎn)速調(diào)整方案； 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 28 （ 4）如有必要，再重復(fù)步驟（ 1） ～ 步驟（ 2），確定該螺桿泵合理轉(zhuǎn)速范圍。 算例 1 下面，針對(duì) GLB80018 型螺桿泵，給出其在 B132153 井中的合理轉(zhuǎn)速。 為簡(jiǎn)便快捷地計(jì)算出泵進(jìn)出口壓差，根據(jù)前面所述方法，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。輸入相關(guān)參數(shù)后，調(diào)參 前的結(jié)果如圖 41 所示： 圖 41 調(diào)參前（ n = 98 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 GLB80018 型 螺桿泵在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線參見(jiàn)附錄一中圖 6～ 圖 11所示。 由圖 41 可知，泵的進(jìn)出口壓差計(jì)算結(jié)果為 ，并結(jié)合圖 25 和附錄一中圖 6 分析后可以看出，理論上，此泵目前的工作點(diǎn)已經(jīng)位于 最佳工作區(qū)內(nèi) ，泵效及系統(tǒng)效率均較高 ， 且經(jīng)過(guò)計(jì)算校核后抽油桿安全系數(shù)為 ，高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 左右的最低標(biāo)準(zhǔn)。但是，可以看到，該井沉沒(méi)度較高，達(dá)到了 614m，說(shuō)明目前該井供液能力較強(qiáng)，且目前泵的進(jìn)出口壓差 與工 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 29 作特性曲線理論上的泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓差 相比還有一些差距，因此，決定對(duì)該井進(jìn)行上調(diào)參，即增加泵的轉(zhuǎn)速，以期適當(dāng)降低沉沒(méi)度、提高井的系統(tǒng)效率。 將該井轉(zhuǎn)速?gòu)?98 r/min 增加到 117 r/min。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，輸入相關(guān)參數(shù)，調(diào)參后的計(jì)算結(jié)果如圖 42 所示： 圖 42 調(diào)參后（ n = 117 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 由圖 42 可知，調(diào)參后泵的進(jìn)出口壓差計(jì)算結(jié)果為 ，并結(jié)合圖 25和附錄一中圖 6 分析后可以看出，理論上，此泵目前的工作點(diǎn)也位于 最佳工作區(qū)內(nèi) ，并且與調(diào)參前相比更接近理論上泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算校核后抽油桿的安全系數(shù)為 ，也高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 左右的最低標(biāo)準(zhǔn)。 GLB80018 型螺桿泵及 B132153 井相關(guān)參數(shù)調(diào)參前后對(duì)比可參見(jiàn)附錄二中表 1～ 表 2 所示。從這兩表中 也可以看到，調(diào)參后該井沉沒(méi)度從 614m 降到了，距離 節(jié)中提到的合理沉沒(méi)度范圍 200m～ 400m 也更近了一步，雖然泵效從 58%降到了 48%，但是產(chǎn)液量從 64t/d 增加到了 65t/d，而且符合理論上螺桿 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 30 泵工作特性曲線中容積效率曲線隨壓差增加而降低的趨勢(shì)特點(diǎn)，如圖 24 及 附錄一中圖 8～ 圖 9 所示。值得注意的是，調(diào)參后井的系統(tǒng)效率從 %增加到了 %，效果明顯。 因此，我們認(rèn)為，對(duì)于 GLB80018 型螺桿泵，其在 B132153 井中的最合理轉(zhuǎn)速為 117r/min。 算例 2 下面，繼續(xù)針對(duì) GLB80018 型螺桿泵，給出其在 Z6116 井中的合理轉(zhuǎn)速。 輸入相關(guān)參數(shù)后，調(diào)參前的結(jié)果如圖 43 所示： 圖 43 調(diào)參前（ n = 122 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 GLB80018 型 螺桿泵在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線參見(jiàn)附錄一中圖 6～ 圖 11所示。 由圖 43 可知，泵的進(jìn)出口壓差計(jì)算結(jié)果為 ，并結(jié)合圖 25 和附錄一中圖 6 分析后可以看出，理論上，此泵目前的工作點(diǎn)位于合理 工作區(qū)內(nèi) 的偏右區(qū)域，經(jīng)過(guò)計(jì)算校核后抽油桿安全系數(shù)為 4，高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 31 左右的最低標(biāo)準(zhǔn)。但是，可以看到，該井沉沒(méi)度較低，達(dá)到了 ，說(shuō)明目前該井供液能力并不強(qiáng)，且目前泵的進(jìn)出口壓差 與工作特性曲線理論 上的泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓差 相比還有一定的差距，因此，決定對(duì)該井進(jìn)行下調(diào)參，即減小泵的轉(zhuǎn)速，以期適當(dāng)增加沉沒(méi)度、提高泵效和系統(tǒng)效率。 將該井轉(zhuǎn)速?gòu)?122 r/min 減小到 103r/min。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，輸入相關(guān)參數(shù)，調(diào)參后的計(jì)算結(jié)果如圖 44 所示： 圖 44 調(diào)參后（ n = 103 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 由圖 44 可知，調(diào)參后泵的進(jìn)出口壓差計(jì)算結(jié)果為 ，并結(jié)合圖 25和附錄一中圖 6 分析后可以看出，理論上，此泵目前的工作點(diǎn)位于合理 工作區(qū)內(nèi)右側(cè)區(qū)域，但與調(diào)參前相比更接近理論上泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算校核后抽油桿的安全系數(shù)為 ，也高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 左右的最低標(biāo)準(zhǔn)。 GLB80018 型螺桿泵及 Z6116 井 相關(guān)參數(shù) 調(diào)參前后對(duì)比可參 見(jiàn)附錄二中表3～ 表 4 所示 。從這兩表中 也可以看到，調(diào)參后該井沉沒(méi)度從 增加到了，落在 節(jié)中提到的合理沉沒(méi)度范圍 200m～ 400m 之內(nèi)；泵效從 %增 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 32 加到了 %，但是產(chǎn)液量?jī)H從 84t/d 降到了 82t/d，變化并不大，且符合理論上螺桿泵工作特性曲線中容積效率曲線 隨壓差減小而增加的趨勢(shì)特點(diǎn)，如圖 24 及 附錄一中圖 8～ 圖 9 所示。調(diào)參后井的系統(tǒng)效率從 %提高到了 %。 利用上述方法總共進(jìn)行了 10 口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，各井調(diào)參前后主要參數(shù)對(duì)比如表 41～ 表 42 所示。 表 41 GLB80018螺桿泵 5 口現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井調(diào)參前后主要參數(shù)對(duì)比 井號(hào) B132153 B132154 ZD77 B131170 Z6116 下泵深度 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 調(diào)參前 98 99 80 80 122 調(diào)參后 117 119 103 67 103 動(dòng)液面 (m) 調(diào)參前 調(diào)參后 沉沒(méi)度 (m) 調(diào)參前 調(diào)參后 產(chǎn)液量 (t/d) 調(diào)參前 64 68 42 43 84 調(diào)參后 65 69 54 41 82 容積效率(%) 調(diào)參前 調(diào)參后 系統(tǒng)效率(%) 調(diào)參前 調(diào)參后 泵進(jìn)出口 壓差 (MPa) 調(diào)參前 調(diào)參后 最佳工作區(qū)范圍 (MPa) 調(diào)參前 ～ ～ ～ ～ ～ 調(diào) 參后 ～ ～ ～ ～ ～ 合理工作區(qū)范圍 (MPa) 調(diào)參前 ～ ～ ～ ～ ～ 調(diào)參后 ～ ～ ～ ～ ～ 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 33 表 42 KGLB50020螺桿泵 5 口現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)井調(diào)參前后主要參數(shù)對(duì)比 井號(hào) Z32S501 Z340CS1 G15841 B132149 C921S316 下泵深度 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 調(diào)參前 67 80 80 79 60 調(diào)參后 90 103 103 93 80 動(dòng)液面 (m) 調(diào)參前 調(diào)參后 沉沒(méi)度 (m) 調(diào)參前 調(diào)參后 產(chǎn)液量 (t/d) 調(diào)參前 20 39 35 35 25 調(diào)參后 30 44 37 39 30 容積效率(%) 調(diào)參前 調(diào)參后 系統(tǒng)效率(%) 調(diào)參前 調(diào)參后 泵進(jìn)出口 壓差 (MPa) 調(diào)參前 調(diào)參后 最佳 工作區(qū)范圍 (MPa) 調(diào)參前 ～ ～ ～ ～ ～ 調(diào)參后 ～ ～ ～ ～ ～ 合理工作區(qū)范圍 (MPa) 調(diào)參前 ～ ～ ～ ～ ～ 調(diào)參后 ～ ～ ～ ～ ～ 從表 41 和表 42 中可以看出， B132153 井 、 B132154 井 、 ZD77 井 、 Z340CS1井 和 G15841 井這 5 口井共同的特點(diǎn)是調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速增加，沉沒(méi)度下降，泵效下降，但系統(tǒng)效率升高較為明顯。共同的原因在于，經(jīng)過(guò)計(jì)算，調(diào)參前，泵的工作點(diǎn)落在了泵工作特性曲線中系統(tǒng)效率最高點(diǎn)左側(cè)的最佳工作區(qū)內(nèi)，但距 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 34 離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)較遠(yuǎn)；而調(diào)參后，泵的工作點(diǎn)向右側(cè)有所移動(dòng)，更加靠近系統(tǒng)效率最高點(diǎn)，如圖 25 所示，這一趨勢(shì)引起的泵效和系統(tǒng)效率變化與工作特性曲線中該區(qū)域內(nèi)泵效與系統(tǒng)效率隨壓差變化而變化的趨勢(shì)是相符的。 B131170 井 調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速減小，沉沒(méi)度下降，泵效升高，但系統(tǒng)效率有所 下降； Z6116井 調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速減小，沉沒(méi)度增大，泵效升高，系統(tǒng)效率升高； Z32S501井調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速增加，沉沒(méi)度下降，但泵效與系統(tǒng)效率均升高。以上 3口井調(diào)參前后變化的原因也可以通過(guò)泵工作特性曲線給出合理的解釋。 值得 注意 的是， 從表 42 中 B132149 井調(diào)參前后的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，轉(zhuǎn)速?gòu)?79 r/min 增加到 93 r/min 后，泵效反而從 %下降到 %，全井系統(tǒng)效率從%下降到 %，但產(chǎn)液量卻從 35 t/d 上升到 39 t/d，沉沒(méi)度從 下降到 。相似地，從表 42 中 C921S316 井調(diào)參前后的數(shù)據(jù)對(duì)比也可以看出，轉(zhuǎn)速?gòu)?60 r/min 增加到 80 r/min 后，泵效反而從 %下降到 %，全井系統(tǒng)效率從 %下降到 %，但產(chǎn)液量卻從 25 t/d 上升到 30 t/d，沉沒(méi)度從 下降到 。這兩口井增加轉(zhuǎn)速后，泵效、系統(tǒng)效率反而都下降了，這是什么原因呢？ 這是因?yàn)椋河?jì)算泵進(jìn)出口壓差后再結(jié)合該泵的工作特性曲線，如附錄一中圖1～ 圖 2 所示，該泵在調(diào)參之前轉(zhuǎn)速下工作點(diǎn)已經(jīng)落在最佳工作區(qū)內(nèi)系統(tǒng)效率最高點(diǎn)左側(cè)的區(qū) 域且距離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)非常接近，而增加轉(zhuǎn)速后，該泵在調(diào)參之后轉(zhuǎn)速下工作點(diǎn)卻落在了合理工作區(qū)內(nèi)系統(tǒng)效率最高點(diǎn)偏右的區(qū)域且距離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)較調(diào)參之前遠(yuǎn)，因此在工作特性曲線上表示為泵效、系統(tǒng)效率均下降。 小結(jié)及建議 綜合以上的分析研究，可以看出，轉(zhuǎn)速與螺桿泵容積效率、系統(tǒng)效率的關(guān)系非常復(fù)雜，并非單純的正比或反比關(guān)系甚至通用公式可以描述。為了提高螺桿泵泵效或系統(tǒng)效率，有時(shí)一味地增加螺桿泵轉(zhuǎn)速并不能達(dá)到目的，并且往往“事與愿違”。這就要求我們應(yīng)該在深入了解螺桿泵基本工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)螺桿泵工作特性曲線來(lái) 判斷當(dāng)前泵工作點(diǎn)所處區(qū)域，再結(jié)合具體情況進(jìn)行增加或減小轉(zhuǎn)速的調(diào)整。 同時(shí)，通過(guò)上面的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們還可以得出以下一些規(guī)律： （ 1）根據(jù)螺桿泵特性曲線的規(guī)律，經(jīng)計(jì)算，如果泵的工作點(diǎn)落在合理工作區(qū)外的左側(cè)或者雖然落在最佳工作區(qū)內(nèi)偏左的區(qū)域，但沉沒(méi)度較高，在 500m 以上，且當(dāng)前泵的轉(zhuǎn)速較低（ 60r/min～ 100r/min），則可適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速以提高系統(tǒng)效率，但同時(shí)泵效會(huì)有所下降，但產(chǎn)液量會(huì)有所增加，則沉沒(méi)度會(huì)降低，趨向合理沉沒(méi) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 35 度區(qū)。對(duì)這樣的情況來(lái)說(shuō)，具體調(diào)整轉(zhuǎn)速的規(guī)律為：若此時(shí)沉沒(méi)度在 500m～ 700m，轉(zhuǎn)速增加 20 r/min 左右較為合適，若沉沒(méi)度在 700m 以上，則轉(zhuǎn)速可增加得更高一些，但轉(zhuǎn)速調(diào)整最高不要超過(guò) 122r/min，否則桿斷的可能性大大增加。 （ 2）根據(jù)螺桿泵特性曲線的規(guī)律，經(jīng)計(jì)算，如果泵的工作點(diǎn)落在合理工作區(qū)外的右側(cè)或者落在合理工作區(qū)內(nèi)偏右的區(qū)域，