油田地面驱动螺杆泵技术介绍与应用.ppt

地面驱动螺杆泵采油技术与推广应用前景,内容提要,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状地面螺杆泵采油系统摘要螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈地面直驱螺杆泵采油的优势与特点前景与效益预测,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状,1、地面驱螺杆泵采油的发展历史,20世纪30年代中期法国的moineau发明了单螺杆泵水力机械原理,60年代末前苏联开发应用了潜油电泵采油系统用于井下原油的举升,80年代初期，法国、加拿大、美国和德国等相继开发并形成了系列产品,我国20世纪 80 年代中后期开始研发地面驱动螺杆泵采油系统，并已在国内各大油田逐步推广应用,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状,2、地面驱螺杆泵采油的应用现状（国外）,加拿大约40的重油井使用螺杆泵采油。扬程2000m，排量240m3/d，驱动功率小，节约电耗60一75%；用于含水90%，含盐180000mg/l、含co212和含硫7的井；还用于水平井排砂，在含砂高达20%（体积比）的油井，使用寿命达到 6 个月。,俄罗斯的螺杆泵主要应用在巴什基里亚、古比雪夫和西西伯利亚等油矿，油井最长的检泵周期为二年九个月；在气油比高达400m3/m3,油井最长的检泵周期为477天；在粘度为1400mPa.s条件下，油井检泵周期达340天；中、小排量螺杆泵的泵效达到70。,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状,2、地面驱螺杆泵采油的应用现状（国外）,印尼的Melibur油田1990年开始用螺杆泵代替电潜泵采油35口，泵挂深度1220m，最大排量 318m3d，与电潜泵相比电费减少了70%。,美国：西德克萨斯洲在42oAPI的油井中成功应用螺杆泵举升。,苏丹大尼罗公司应用大排量螺杆泵80口井，日产量25600 m3d，泵挂深度1200m。,阿根廷：使用螺杆泵的最高井温达到127。,利比亚：螺杆泵在芳烃含量11%(65）的油井得到成功应用。,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状,2、地面驱螺杆泵采油的应用现状（国内常规井）,2004年七月，大庆油田在用水驱螺杆泵采油井1530口，目前已经发展近3000口。,华北二连油田应用井86口，现在在用150多口。,地面驱螺杆泵采油的发展历史与应用现状,2、地面驱螺杆泵采油的应用现状（国内稠油井）,大港油田在中北部高含水出砂开发区推广应用53口井，取得了增产增效、提高生产时率、减少投资、节能降耗的效果。,辽河油田在海外河油田应用螺杆泵冷采26口井，平均检泵周期达1年，投入产出比达到1：11.2。,吉林套保油田在用91口井主要采用加拿大螺杆泵冷采，平均泵挂350米，平均泵效31%，进口螺杆泵平均使用天数为298天。,冀东油田在稠油出砂高104-5油稠区块应用37口井。,华北油田的泽70断块共应用35口井，平均下泵深度1423m，最大下泵深度1900m，平均泵效达到80%，平均检泵周期594天，长寿井已达1592天。,地面螺杆泵采油系统摘要,螺杆泵采油系统的种类,潜油电机驱动单螺杆泵采油系统,螺杆泵采油系统分为:,地面驱动单螺杆泵采油系统,地面螺杆泵采油系统摘要,地面驱动单螺杆泵采油系统,地面驱动单螺杆泵采油系统由地面驱动、驱动控制、动力传动和井下单螺杆泵组成。,1 一电控箱；2 一电机；3 一皮带；4 方卡子；5 一光杆；6 减速箱；7专用井口；8抽油杆；9抽油杆扶正器10 一油管扶正器；11 一油管；12螺杆泵；13 一套管；14 一定位销；15 一防脱装置；16 一筛管,地面驱动单螺杆泵采油系统,1、电控部分,电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停。该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产时的电流、电压等，有过载、欠载自动保护功能，确保生产井正常生产。,地面驱动单螺杆泵采油系统,2、驱动部分,地面驱动装置是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子做行星运动，实现抽汲原油的机械装置。从传动形式上分，有液压传动和机械传动；从变速形式上分，有无级调速和有级调速。,地面驱动单螺杆泵采油系统,3、动力传递部分抽油杆,地面驱螺杆泵的动力传递靠抽油杆来实现。它将地面驱动装置的动力传递至井下，驱动转子旋转，实现抽汲运动。抽油杆柱由数十根或数百根抽油杆通过接箍连接而成。在螺杆泵采油系统中，抽油杆柱承受拉、压及扭力等循环载荷的作用，其工作环境为含有一定腐蚀介质的原油。抽油杆可使用普通抽油杆或专用扭矩杆；每种杆还可分为实心杆和空心杆。,地面驱动单螺杆泵采油系统,4、螺杆泵,采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也叫螺杆衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而达到举升目的。,地面驱动单螺杆泵采油系统,4、螺杆泵,目前国内一般使用的螺杆泵扭矩：,GLB12027H=1000mQ=46m3/d,GLB50014H=600mQ=192m3/d,GLB80014H=600mQ=306m3/d,地面驱动单螺杆泵采油系统,4、螺杆泵,目前国内一般使用的螺杆泵型号,上海螺杆泵性能参数表,地面驱动单螺杆泵采油系统,4、螺杆泵,目前国内一般使用的螺杆泵型号,锦州鹏宇螺杆泵性能参数表,地面驱动单螺杆泵采油系统,4、螺杆泵,法国螺杆泵型号,法国PCM公司螺杆泵性能参数表,地面驱动单螺杆泵采油系统,5、螺杆泵采油原理,电机通电后旋转，经过二级减速（三角皮带和齿轮）后，通过方卡带动光杆旋转，光杆通过抽油杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵将机械能转变为液体能，从而实现油液的有效举升。,沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室；随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。,地面驱动单螺杆泵采油系统,6、螺杆泵的工作特性,定、转子啮合点无间隙，即=0时，漏失量为零，封闭腔室重叠密封；增加工作压力，要增加泵级数，会降低每个密封腔室的密封压力；增加定、转子间的过盈会有效减少间隙，从而达到减小漏失的作用；提高工作转速会有效补偿漏失。,转子扭矩与工作压力成正比,定、转子间摩擦损耗对工作压力不敏感,随工作压力增加，泵容积效率的降低，水力无功损耗显著增加。,地面驱动单螺杆泵采油系统,7、螺杆泵采油工艺的特点,A 与柱塞泵（普通有杆抽油泵）和潜油离心泵（电泵）相比，螺杆泵采油工艺有如下优势：,1）、螺杆泵综合了柱塞泵和离心泵的优点，即在不同的压力条件下流量改变很小，而且流量非常均匀。2）、无阀，对气的适应性好，不会产生”气锁”现象（柱塞泵）和”气蚀”，现象（离心泵）。3）、结构简单，运动件很少（只有转子一个运动件）、流道短而且简单，过流面积大，油流扰动小，因此携带能力强。4）、对砂、蜡的适应性好，能够在高粘原油中以较高的效率工作。5）、螺杆泵尽管对一些特殊介质，也会产生一定程度的影响，但相对抽油机和电泵而言，敏感性较小。,地面驱动单螺杆泵采油系统,7、螺杆泵采油工艺的特点,B 一次性投资少。与电动潜油泵、水力活塞泵和游梁式（链条式）抽油机相比，螺杆泵的结构简单，一次性投资最低。,C 效高，节能，维护费用低。由于螺杆泵工作时负载稳，机械损失小，泵效可达90。实现由机械采油中能耗最低、效率最高的机种之一。,D 地面积小。螺杆泵的地面装置简单，安装方便。,E 适合稠油开采。一般说来，螺杆泵适合于粘度为8000mPa.s以下的原油开采，因此多数稠油井都可应用。,地面驱动单螺杆泵采油系统,7、螺杆泵采油工艺的特点,F 适应高含砂井。理论上，螺杆泵可输送砂量达80的砂桨，在原油中含砂量达40的情况下也可正常生产（砂埋情况除外）。,G 适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，因此较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会影响容积效率。,H 适合于海上油田丛式井组和水平井。螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合于海上采油。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,1、油井产状与螺杆泵采油工艺参数优化带来的问题,无论采用哪种采油工艺，选择什么样的采油设备，做到高效开采，必须做到工艺参数与油井产状相统一，对于螺杆泵采油来讲要求的更为苛刻：,A 油井正常生产时沉没度过大，有效举升高度小，系统效率低。,B 油井正常生产时沉没度小，油井产量不稳定，在出液量低或不出油时间段，由于定子衬套得不到冷却，造成衬套变形、老化、甚至烧坏，导致油井停产。,C 尽管螺杆泵可以实现油气混输，但天敌是泵入口附近存在游离气，一旦游离气体入泵，定、转子因干磨会瞬间损坏。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,2、螺杆泵成为水里机械的三个必要条件及问题,A 定、转子能够互相匹配。能够满足一般齿形啮合运动的要求。,B 转子和定子衬套能够保证密封。转子和定子衬套间能形成多个密封腔室，以充满工作液体。,C 密封腔室能够不断推移转子的转动能够使密封腔室连同其中的工作液体连续地沿轴向推移，并在推移过程中进行机械能和液体能的相互转化。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,三个必要条件在现场应用中带来的问题,A 定、转子过盈配合精度的确定要根据单井流体性质和螺杆泵的环境温度等指标严格优选。,B 转子和定子衬套过盈量小，螺杆泵的漏失量大、有效扬程低。将导致油井产量低，效率低，效果差，有时甚至不出油。,C 转子和定子村套过盈量过大，定、转子摩阻大，定子村套温升快，易老化。将导致油井能耗高，检泵周期短，生产成本高。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,3、抽油杆在地面驱螺杆泵采油中存在的问题,抽油杆柱承受拉、压及扭力等循环载荷的作用，其工作环境为含有一定腐蚀介质，动力传递距离长，杆管触点多，磨损快。在使用中往往出现：,在大排量、深井使用普通杆，脱口现象经常出现。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,4、地面驱动与控制系统存在的问题,A 能量传递环节多，损耗大，效率低。,B 结构复杂，零部件多，故障频繁。,C 故障点多，维护性差，维护成本高。,D 转速调整困难，适应油井产状差。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,4、地面驱动与控制系统存在的问题,A 结构复杂，零部件多，密封空间小，填料少，密封有效期短。,B 操作空间狭小，更换盘根困难。,C 部分驱动装置采用隐蔽性设计，更换时需要吊车配合，维护成本很高。,D 填料选型不合理，对光杆磨损大，经常导致光杆断。,光杆盘根盒动密封问题,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,4、地面驱动与控制系统存在的问题,减速箱密封问题,A 光杆和驱动装置之间的动密封,B 减速箱输入轴、输出轴和箱体之间装有四处动密封,每个密封环节必须保证箱体内的润滑油不渗漏，否则将导致变速箱损坏！,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,5、地面驱动装置防反转及安全防护,螺杆泵系统反转原因：,A 螺杆泵停机后或卡泵时，贮存在杆柱中的弹性变形能会快速释放，使杆柱快速反转。,B 停机后，在油管及外输管线内的液体与套管内井液压差作用下，螺杆泵会变成液压马达，使转子及连接的杆柱快速反转；油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油套压差恢复平衡为止。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,5、地面驱动装置防反转及安全防护,螺杆泵系统反转造成的危害：,A 螺杆泵的反转会使杆柱脱扣、光杆甩弯，地面驱动装置零部件损坏。,B 螺杆泵的反转不仅会危及设备的安全，还会危及现场维护操作人员的安全，成为生产事故的隐患。,目前机械防反转系统主要有棘轮、棘爪机构，摩擦式防反转装置，楔块防反转系统，液压防反转系统和电磁式防反转装置等方式。,防反转安全防护：,仍是目前地面驱动系统最多出现的故障之一。,螺杆泵采油工艺中存在的主要问题与瓶颈,6、驱动电机调速的问题,有级调参驱动的螺杆泵井，一般只有不连续的几个调参档位。,A 油井产液量波动较大，无法实现油井供采大致平衡；,B 措施井和新井，投产初期产能较高，而稳定生产期产能较低，靠有级调整皮带轮大小，无法达到最佳工况。,C 高转速，油井供液能力差，油井间歇出油，往往烧坏定子衬套；低转速，油井供液旺盛，不能发挥油井潜力。,D 调速操作繁琐，劳动轻度大，成本高。,机械或液压无级调速机构复杂，故障多；常规电机变频控制调速效果差，成本相对高。,轴向和径向卡子,防倒转棘轮棘爪,直驱防爆电机,井口采油树和密封（机械或盘根）,螺杆泵地面直驱装置,1、装置简单,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,原驱动装置,直驱装置,装置简单,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,零部件少，性能更可靠,传动环节少，噪音低,无机械传动，更节能,软启动软停车,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,2、具备软启动、软停车功能,软启动可使抽油杆扭矩缓慢增载并使井下螺杆泵缓慢提速，增加泵排量,软停车在缓慢降低转速的同时，自动降低螺杆泵排量，缓慢释放驱动过程中的抽油杆扭矩,延长抽油杆、螺杆泵寿命 操作更加安全,转速在线可调,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,改变螺杆泵转速简单，方便,配合扭矩诊断和油井液面测试，智能调整转速，实现油井供采平衡,更好适应油井产状实现智能化采油,3、转速可以在线调整,可适时根据需求调整油井产量,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,4、油井扭矩可在线显示,伺服永磁电机负载特性敏感高效范围宽,在线显示输出扭矩电流与输出扭矩耦合对应，通过功率在线显示扭矩,监视油井工况根据“视在扭矩”可随时判断油井工况,适时进行油井维护适时进行油井加药、热洗、工作制度调整等维护措施,延长油井免修期降低生产成本，增加原油产量,节能,地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,电机效率高(89%),油井工况自适应(35%）,综合节电率大于10%,5、节能效果明显,无机械传动(节能712%),地面直驱螺杆泵采油的优势与特点,6、易于维护，运行成本低,无传动皮带传动齿轮传动转动轴承,密封少无减速箱三个密封井口密封,密封更换类似抽油机井口密封更换方便,故障点少、维护方便、运行成本低,无润滑机油,无皮带更换,无零部件损坏,前景与效益预测,仅地面驱动装置的配套和更换预计市场需求每年5001000台套，每台套按获利5万元计算，年可获效益25005000万元左右。,在国内，目前应用地面驱动螺杆泵井已经超过5000口。,谢谢！,