单、双螺杆泵的对比及应用

黄 莉 萍

（大庆油田第九采油厂， 黑龙江 大庆 163853）

单、双螺杆泵的对比及应用

黄 莉 萍

（大庆油田第九采油厂， 黑龙江 大庆 163853）

通过分析常见的单螺杆泵、双螺杆泵的结构特点，阐述这两种螺杆泵的工作原理，并将单螺杆泵、双螺杆泵这两种泵进行对比，总结出两种螺杆泵各自不同的特点和优越性。同时针对单螺杆泵在应用中产生振动的问题，分析其产生振动的原因，提出了防止单螺杆泵振动应采取的几种方法与措施；并针对双螺杆泵在应用中对含沙量比较敏感提出一定的防治措施，为以后在油田中的应用中合理选择螺杆泵提供一定的依据。

单螺杆泵；双螺杆泵；振动；含砂量

油气混输工艺就是近年来在石油工业界较为广泛应用的一门新兴技术，它主要是将油井产出的油、气、水3种介质，在未进行分离的状态下，直接用混输泵经混输管道输送到油气水处理站进行综合处理的工艺流程。该工艺流程简单、方便管理，降低了井口回压，扩大了集油半径[1]，取消了转油站，充分利用了伴生气资源。而在混输工艺中扮演着重要角色的就是油气混输泵，目前大庆油田第九采油厂常用的是单螺杆泵和双螺杆泵。鉴于螺杆泵的广泛应用，有必要对这两种类型的螺杆泵的原理及各自的优势有所了解。同时通过对比分析结果，为以后油田应用螺杆泵的选型提供一定的参考依据。

1 单、双螺杆泵的工作原理及综合对比

1.1 单螺杆泵

单螺杆泵主要是由螺杆、泵套衬套和万向联轴节这三部分组成（见图1）。螺杆泵转子是圆形断面的螺杆，它在特殊形状的衬套定子中一方面作行星运动，另一方面沿着定子内螺纹将液体向前推进，这样液体从吸入腔连续地移动到压力腔, 所以腔内流体是轴向均匀流动、无涡流和搅动。

图1 单螺杆泵结构示意图Fig.1 Schematic diagram of single-screw pump

其旋转部件(转子) 和固定部件(定子) 之间保持一定的配合间隙。该泵的泵套是由非金属弹性材料(通常为橡胶)制作而成，其内孔呈螺旋槽状，与金属螺杆之间形成了若干密封腔。当螺杆在泵套内作偏心旋转运动时，就使密封腔由泵的低压区位移动至高压区，即液体从吸入口进入泵室，沿轴向推进，再从排出口排出。特点是由于介质是通过密封腔输送，因此可以输送直径小于内腔间隙的固态介质， 而且不会破坏被输送的物质，也不会对泵有损坏。

1.2 双螺杆泵

双螺杆泵是一种外啮合的螺杆泵。它主要由一根主动螺杆和一根从动螺杆以及包含这两根螺杆的衬套组成（见图2）。

图2 双螺杆泵结构示意图Fig.2 Schematic diagram of double-screw pump

通过相互啮合的主从螺杆来抽送流体，该泵的主动螺杆由原动机驱动，而从动螺杆则通过同步齿轮由主动螺杆带动。每根螺杆轴上有两个可以左右旋转的螺旋套，这样就形成了双吸泵的基本结构[2]。液体由中央流入泵体后均分成两路流向轴两端，当螺杆旋转时，通过螺杆间的啮合以及螺杆和泵体孔的配合，在泵体中形成一个个密封腔，并吸入液体。随着螺杆的继续旋转，吸入的液体沿轴线从两端向泵的中央汇集，通过泵的出口排出。双螺杆泵通常由一对模数和齿数都相同的同步齿轮传动，这样保证两螺杆工作型面间互相不接触，避免金属之间的摩擦，提高泵运行可靠性[5]。

1.3 单螺杆泵与双螺杆泵的综合对比

根据单双螺杆泵各自不同的性能参数及特点对其进行综合对比分析，见表 1。通过表格数据的对比分析，可以看出，单螺杆泵前期投资比较少，且对输送介质的要求不高，适合含砂量较高的区块，但是维护费用较高；双螺杆泵对含砂量比较敏感，但正常运行时维修次数较少。油田上可根据不同情况选用适合于该区块的螺杆泵。

表1 单螺杆泵与双螺杆泵的综合对比Table 1 Contrast between the single and double screw pump

2 油田应用情况及存在的问题

目前，大庆油田第九采油厂根据两种螺杆泵各自的特点，在不同用区块应用不同螺杆泵。表2是螺杆泵在大庆油田第九采油厂的应用情况。

其中齐一联的2台螺杆泵为单螺杆泵，其余的为双螺杆泵。

以下分别介绍大庆油田第九采油厂螺杆泵的应用情况中存在的一些问题及解决措施。

2.1 单螺杆泵的应用

大庆油田第九采油厂目前齐一联使用单螺杆泵，2009年投入使用，排量是20 m3/h。 投入使用后，使外输系统的抗砂能力加强，同时方便工作人员管理。

在使用过程中，发现单螺杆泵也存在一些不足，比如振动大，易引起其他设备的共振，同时容易对工艺管线造成损坏。经过振动测试，对齐一联使用的单螺杆泵和英一转的双螺杆泵的振动情况进行了一些对比(图3)。

表2 目前九厂螺杆泵应用情况统计表Table 2 Application of the screw pump in No.9 oil production company

图3 单、双螺杆泵的振动情况对比Fig.3 The vibration contrast between the single and doublescrew pump

由图3可以看出，单螺杆泵的振动位移较双螺杆泵大，这是由于单螺杆泵的转子在定子腔内绕偏心作行星回转运动，因此在螺杆绕轴线转动时就会产生的周期性的激振力[4]；而由于结构的限制，无法对它进行结构平衡，故其转动惯量很大，导致泵在运转时振动很大。

可以通过以下几种方式解决：a)可选用较低的转速，从而减少泵的振动，也可以选用较大一级的泵型而采用较低的转速从而达到配比合理；b）转子的质量越大，泵的振动越大，因此采用空心转子以减少泵的振动；c）对在安装使用中的泵，除了加强固定底座提高其刚度，还可以对与泵相连接的进出口管道极其附属设备应进行支承加固，以减少管道内液体流动时发生的振动而引起泵体系统与管道共振现象的发生。

2.2 双螺杆泵的应用

大庆油田第九采油厂自2005年英一转开始使用第一台双螺杆泵后，截止到目前为止，共有8台投入使用。双螺杆泵的投入使用代替了正常中转站的分离、缓冲、加热、沉降“四合一”油气分离系统、掺水系统、油、气分输系统，大大简化了站内工艺流程，混输流程与常规流程相比光设备投资就可节省238.77万元。

在使用过程中，双螺杆泵也存在一些不足：对来液含砂量比较敏感，抗砂性能差。其中英一转的双螺杆泵在刚投入使用时，由于含砂量比较大，导致螺杆泵运行时声音异常，维修次数增高；对含砂量高的问题，在英一转安装了除砂器，每半个月进行一次除砂操作，含沙记录见表3。

表3 英一转除砂记录Table 3 Desanding record of Yingyi transfer station m3

从表3中可以看出，每次的除砂量逐渐减少，到后期几乎为零。经分析，英一转的井在压裂初期，压裂砂含量较大，特别是在2006年含砂量大时几乎可以损坏螺杆泵，导致英一转瘫痪。在安装除砂器后，在进入双螺杆泵时先除砂，减少了对双螺杆泵的影响，且由于压裂时间已久，井下的压裂砂逐渐减少。解决方法是在含砂量>2%的区块[3](压裂区块)可加除砂器，或者采用单螺杆泵。

3 结 论

（1）螺杆泵的应用范围很广，主要是进行气液混输, 这也是螺杆泵非常独特的优点之一，在低渗透油田、低产井较多的采油九厂，应用螺杆泵，更是能大大节省油田的前期投资，使小油田得到经济有效的开发。

（2）双螺杆泵适合于含气量大、段塞流较大的区块。

（3）单螺杆泵对砂和杂质的适用性较双螺杆泵好，因此在含砂量较高（>2%）的区块可优先考虑单螺杆泵。

（4）单螺杆泵在应用中振动较大，可通过采用空心转子、降低转速、对进出口管线进行支撑加固来降低泵的振动。

（5）对于压裂井初期除砂比较严重，可通过使用除砂器来减少含砂对双螺杆泵的影响。

[1] 冯叔初,郭揆常,王学敏,等. 油气集输[M]. 东营：石油工业出版社,2002.

[2] 钱锡俊,陈弘,等.泵与压缩机[M].东营：中国石油大学出版社,2007.

[3] 许明,李艳凤,杜玉琴,等.双螺杆多相混输泵在油田的应用[J].石油机械,2003,31(增刊)：66-69.

[4] 周连考.单螺杆泵的设计与试验研究[J].水泵技术,1993(3).

[5] 胡晓秋.螺杆泵结构设计特征及应用分析[J].科研成果纵横,2008(2).

Contrast and Application of Single Screw Pumps and Double Screw Pumps

HUANG Li-ping
（Daqing Oilfield No.9 Oil Production Company , Heilongjiang Daqing 163853，China）

Structural characteristics and working principles of single screw pumps and double screw pumps were introduced, the two kinds of pumps were compared, and their advantages and disadvantages were summarized. And according to the vibration problem of the single screw pump during application, reasons to cause the vibration problem were analyzed, some methods and measures to prevent the vibration were put forward; according to the problem that the double screw pump has strict demand for sand content, some advices to solve the problem were put forward. This article can provide some basis for reasonable selection of screw pumps for oilfield.

Single-screw pump; Double-screw pump; Vibration; Sand content

TQ 051.2

A

1671-0460（2012）01-0080-04

2011-11-20

黄莉萍（1985-），女，黑龙江大庆人，助理工程师，2008年毕业于东北石油大学石油工程专业，研究方向：从事油气集输技术工作。