世界首例金属螺杆泵蒸汽辅助重力泄油现场试验

本文描述了金属螺杆泵的最新开发进展,并对世界首例应用于加拿大J0slyn油田蒸汽辅助重力泄油(SAGD)金属螺杆泵现场试验结果进行了分析.在实际SAGD条件下对耐高温电潜泵和金属螺杆泵进行比较,并分析了现场工作性能数据.最初,共有4个SAGD井对安装了耐高温电潜泵,另一井对安装了金属螺杆泵.尽管泵入口压力较低,将近达到闪蒸点,但这口井自2006年10月中旬以来都在正常运行,没有发生故障.在转速为340 r/min时产量达到200 m3/d,容积效率53%.由于SAGD,泵入口温度达到160℃,而泵的额定工作温度为350℃.第一例现场试验表明,金属螺杆泵是一种具有前景的热采人工举升技术.自这次试验成功以后,在同一油田顺利安装了第二套金属螺杆泵,并最终决定应用更多的金属螺杆泵,所有起初安装电潜泵的井都被替换成螺杆泵.     

用于重油和热采井中的金属螺杆泵之技术发展现状

鉴于螺杆泵适用于泵送高黏、磨蚀性流体的特性,使得该种机采方式在重油冷采的生产井中得到广泛应用.然而,对于热力采油措施井来说,常规螺杆泵因定子使用的是橡胶制品,故显现出其对160℃以上高温的不适应性.一种可避免橡胶老化的全金属螺杆泵得以研发.2005年初,对全金属泵在温度大于200℃的超重原油介质中进行了有效性测试.当泵速350r/min时,压力升至75bar,排量达到260m3/d.这种金属螺杆泵的排量范围高达1000m3/d.     

全金属螺杆泵单相流体漏失规律

全金属螺杆泵的定子与转子采取间隙配合方式,工作过程中间隙漏失对其工作特性具有显著的影响。为深入研究间隙配合方式下的漏失规律,结合泵内各腔室间的漏失机理,应用缝隙流动原理建立了基于不同流动型态的全金属螺杆泵单相流体漏失模型,实现了泵内漏失的定量计算,并绘制了全金属螺杆泵排量特性曲线。研究表明,全金属螺杆泵漏失量主要取决于泵结构参数、流体物性参数以及举升压差,其中配合间隙、流体黏度影响较大;间隙漏失规律与泵内流体流动型态密切相关,紊流型态下漏失情况明显严重于层流型态;该泵更适用于原油黏度较高的油井举升,通过适当增加泵级数可提高泵的工作性能。     

螺杆泵内部滑失与泵外漏失机理研究

为了认清螺杆泵的漏失机理,还原其井下实际生产条件下的工作状况,根据流体传压特性,将螺杆泵漏失细分为泵内滑失和泵外漏失。在确定泵内压力分布的基础上计算了螺杆泵各腔室的滑失速度,研究了不同泵吸入口空隙率和排出口压力下的漏失规律。结果表明:泵内压力变化导致泵内流体滑失,滑失又会影响泵内压力分布,泵外漏失是泵内滑失达到一定程度时出现的现象;气相存在一个较小的滑失区间,随着泵排出口压力增加,滑失区间向吸入口偏移;泵吸入口空隙率的增加改变了泵内流体的可压缩性,使得液相滑失速度曲线由线性进化为抛物线型,气相滑失区间向排出口扩散。研究结果为螺杆泵漏失量的计算提供了依据。     

螺杆泵井合理转速的确定与应用

螺杆泵采油转子转速大小直接影响泵的效率和寿命.不同的环境因素、不同的工况、不同的泵结构参数以及泵在不同使用时期下,对泵的特性有不同的要求,那么转速也就有不同的选取.如果选取不合理转速,螺杆泵高效节能优点就发挥不出来.从影响螺杆泵转速选取的几个重要因素,针对理论和实际应用两方面进行了分析讨论,对螺杆泵转速的合理性进行确定,以达到提高螺杆泵井合理化生产的目的.     

地面驱动螺杆泵井杆管环空螺旋流数值模拟

目前多数研究将地面驱动螺杆泵井杆管环空中的井液的流动看作多相流体轴向流动,实际上在高速旋转抽油杆带动及螺杆泵压差作用下,环空液体呈现螺旋流动。根据粘性流体运动方程及螺杆泵井井筒液体运动的特点,建立了地面驱动螺杆泵井幂律流体杆管同心环空螺旋流数学模型。运用不均匀对数网格法和有限差分法求其数值解,并对不同的流场参数进行了敏感性分析。计算结果表明,井液的轴向速度、切向速度、合速度及压力梯度随抽油杆转速的增加而增加,视粘度随转速的增加而减少。在设计螺杆泵井转速时,既要考虑增大产量,又要考虑螺杆泵举升高度及寿命。     

聚驱螺杆泵井偏心环空流体流动仿真研究

螺杆泵主要用于聚驱井和稠油井,由于转子偏心以及井口不对中等原因,螺杆泵井杆管环空中流体可能呈现偏心流动.针对目前多数研究将该流动考虑为牛顿流体同心环空轴向流动的情况,对此流动系统进行运动和受力分析,建立螺杆泵井幂律流体杆管偏心环空螺旋流仿真数学模型.运用线性迭代的方法进行求解.通过计算可知,螺杆泵井杆管偏心环空螺旋流角速度随转速增加而增加,窄间隙处角速度径向梯度比宽间隙处大.轴向速度随转速的增加而增加,且增加幅度较大.仿真数学模型中螺杆泵杆管环空流体的流动状态符合实际工作状况,完善了螺杆泵举升工艺理论.     

地面驱动螺杆泵井筒中流体流动规律研究

利用PIV测试地面驱动螺杆泵井筒偏心环空中流体的流场,研究了流体轴向速度的分布规律以及流量、抽油杆转速与流体压力梯度的关系。结果表明,地面驱动螺杆泵井筒中,宽间隙处流场容易产生紊流;流体轴向速度呈M形分布,不是典型的凸抛物线形,而是有少许波动;压力梯度随抽油杆转速的增加而降低;在给定的试验条件下,抽油杆最佳转速为18r/min,质量浓度600mg/L聚合物溶液在偏心度为40%的偏心环空中的压力梯度最小,最节能。     

直驱式螺杆泵地面驱动系统节能效果分析

直驱式螺杆泵地面驱动系统与传统变频调速螺杆泵地面驱动系统相比系统效率较高,应用直驱式螺杆泵地面驱动系统可大大提高螺杆泵采油系统地面效率,降低百米吨液耗电量,达到节能降耗的目的.为了了解直驱式螺杆泵地面驱动系统的节能效果,进行了不同工况条件下的室内模拟试验和现场试验.试验表明,直驱式螺杆泵地面驱动系统效率较高,在装机功率相同的情况下,低转速、低工作扭矩的螺杆泵井应用直驱式螺杆泵地面驱动系统节能降耗效果更加显著.     

螺杆泵驱动装置技术评价

针对油田螺杆泵举升方式存在地面驱动装置传动效率低、减速器损坏维修费用高、传动装置存在安全隐患等问题,对比了直流电动机直拖螺杆泵地面驱动装置与偏置式螺杆泵驱动装置的应用效果.这两种装置都取消了地面驱动装置的机械减速器和皮带,减少了传动装置,降低了地面故障率,能耗减少,进一步提高了驱动系统的可靠性,可满足螺杆泵在不同工况下对驱动系统的要求.螺杆泵驱动装置的改进在一定程度上完善了螺杆泵井配套工艺技术,对螺杆泵的普及和发展具有重要意义.     

Diagnosis of causes of failure of components and subassemblies of chemical equipment

Translated from Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, No. 12, pp. 33–34, December, 1989.     

Calculation of the parameters of the cladding of elements of pressure vessels

Translated from Khimicheskoe i Neftyanoe Mashinostroenie, No. 11, pp. 5–6, November, 1989.