螺杆泵转速对节能降耗的影响分析

梁策（中国石油集团公司节能技术监测评价中心）

螺杆泵转速对节能降耗的影响分析

梁策（中国石油集团公司节能技术监测评价中心）

螺杆泵是目前油田生产中广泛应用的一种采油设备，其泵效的高低关系到系统效率、节能降耗、工作寿命等。针对提高井下螺杆泵泵效，分析了螺杆泵转速对油井的泵效影响，通过公式及曲线的分析和现场实验发现，适当降低转速，合理增大螺杆泵排量，可以提高螺杆泵的泵效，在一定程度上还可减少螺杆泵的磨损，延长使用寿命。

螺杆泵转速泵效

引言

螺杆泵又称渐进容积式泵，作为一种机械采油设备，它具有一定的优越性。螺杆泵由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输。

螺杆泵具有占地少、能耗低、成本噪音低、采出平稳的优点，在采油厂生产中被广泛应用。由于其应用广泛，如何提高泵的生产效率成为一项重要课题［1］。

从螺杆泵的泵效计算公式中可知，泵效受泵径、产液量和转速影响，而产液量和设计泵径的选择则受井下固有情况影响，如泵的沉没度、产液黏度、产气量、转子和定子的过盈值。其中泵径、产液量人为很难调整，只有通过调节转速，才能提高泵效，达到增产的目的。但这种方法只适用于螺杆泵进行地面水力测试的试验环境中。

在井下，泵的运行也受到泵的充盈度影响，而泵的充盈度直接受含气量和采液黏度的影响。如转速越慢，泵越有时间充满，充盈度增大可提高泵效，还降低了做功的损耗，使系统效率提高。因此，对充盈度、泵效、转速的关系进行详细分析，选择出最佳转速，提高螺杆泵的运行效率。

1　转速对泵效的影响分析

在日常生产中，根据螺杆泵的结构参数和工作情况选择转速，如果转速不合理，会使泵效下降，或者造成机身噪音过大，机身晃动等情况，影响螺杆泵的使用寿命，甚至产生安全问题。

以大庆油田采油三厂第一油矿水驱螺杆泵为例，选择其中3种泵型进行生产对比，见表1、表2、表3。

表1　GLB300型螺杆泵月度生产数据

表2　GLB500型螺杆泵月度生产数据

表3　GLB800型螺杆泵月度生产数据

从表中看出，螺杆泵转速越高则泵效越低，其原因是螺杆泵工作时主要受泵的漏失量和充盈度影响。泵的漏失量是指液体从泵入口向上举升时，沿定子与转子结合面回流出去的部分。如果泵的出口压力升高，定子转子充盈值会降低，转速降低，泵的漏失量就会增大；如果液体的黏度升高，产气增高，转速越快，则泵的充盈度越低（泵的充盈度是指泵的入口处液体对泵腔体的充满程度）。

综上分析，转速对泵效的影响归结为：转速升高，漏失量减少，泵效升高；转速升高，充盈度降低，泵效降低。实际生产中泵漏失量的影响程度小于泵充盈度的影响。转速升高会降低泵效。

2　转速与漏失量的关系

螺杆泵转速与漏失量的关系见图1。图1中直线为扭矩曲线，抛物线为系统效率曲线，曲线为容积效率曲线。定、转子啮合点无间隙，即δ=0时，漏失量为零，封闭腔室完全密封；因受工作压力的影响，故增加泵级数会降低每个密封腔室的密封压力，从而减少漏失；因啮合线处的间隙δ是由工作压力ΔP产生的，所以增加定、转子间的过盈会有效减少间隙，从而达到减小漏失的作用；提高螺杆泵工作转速n会有效补偿漏失，这就是螺杆泵的离心泵特性。将泵的容积效率降到90%时，所承受的差压定义为该泵的临界压差，这个值与定子、转子的充盈值成正比，与泵的承压能力成正比。由于漏失量达到一定量是在工作压差大于临界压差时，这时转速对漏失量的影响才明显。在实际工作中，泵的临界压差大于工作压差，同时受到定子橡胶运行产生热胀的影响，使充盈值增大，临界压差会增大，所以转速对漏失量的影响很小。

图1　螺杆泵排量特性曲线

3　转速与充盈度的关系

螺杆泵转速对充盈度的影响见图2。螺杆泵工作时，由于采出液黏稠，流动性差，表面张力大，若转速继续提高，就没有充分的时间使采出液充满泵腔，充盈度降低，能举升上去的原油就会减少，泵效降低。

同时，泵的充盈程度与采出液的含水量、黏度、泵的沉没度都有关系。泵的充盈度与泵效的关系公式：

式中： μ为砂油黏度，mPa·s；n为泵转速，r/min； fw为含水率，%； pcm为沉没压力，MPa。

图2　螺杆泵转速对充盈度的影响曲线

其中，黏度是泵效最大影响因素，若其流动性差，那泵的吸入处的阻力变大，泵腔充不满液体还导致大量气体的产生，会造成定子、转子，以及泵杆的局部摩擦或震动，将影响螺杆泵的寿命［2］。

4　转速对泵效影响的应用

漏失量与充盈度对泵效的影响程度曲线见图3。由图3可知，转速对泵效的综合影响成反比。结合研究结果，对第一油矿的5口螺杆泵进行转速下调试验，见表4。

图3　漏失量与充盈度对泵效的影响

表4　调参效果对比

由表4得出，降低转速对泵效的提高是显著的。如果将部分螺杆泵换成大一级泵径，再降低其转速，那么既可以维持产液量不变，又能增加泵效，提高螺杆泵的使用年限。

5　结论

1）在螺杆泵的生产中，有2个因素影响转速对泵效的作用：泵漏失量和充盈度。虽然转速与漏失量成正比关系，与充盈度成反比关系，但是综合实际生产中的影响，漏失量产生的影响小于充盈度产生的影响，因此转速高时泵效低。

2） 泵效升高，系统效率就会升高，所以研究转速与泵效的关系对提高系统效率节能降耗有一定意义。如果增大泵径来提高理论排量，并降低转速，这样既提高泵效和系统效率又减少机械磨损，延长作用周期，节约能耗和作业经费。

［1］万德鑫.螺杆泵采油的现场实践［J］.石油矿场机械，1997（5）：29-31.

［2］胡茂军，王军，高原.螺杆泵井合理转速的确定与应用［J］.油气田地面工程，2009，28（11）：38-39.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.003.012

2014-10-22）

梁策，2010年毕业于黑龙江省科技大学（电气工程及其自动化专业），从事油田节能监测评价工作，E-mail：maha-2002@ 163.com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区西宾路552号，163453。