直驱式螺杆泵装置在煤层气井上的应用

周 帅 喻 鹏 刘建伟 余 曦

(1.华北油田公司采油工程研究院，河北 062552；2.中联煤层气有限责任公司研究中心，北京 100095)

直驱式螺杆泵装置在煤层气井上的应用

周 帅1喻 鹏1刘建伟1余 曦2

(1.华北油田公司采油工程研究院，河北 062552；2.中联煤层气有限责任公司研究中心，北京 100095)

华北油田煤层气排采以抽油机和螺杆泵为主，螺杆泵主要用在水平井及部分产水量比较大的直井上。目前螺杆泵驱动装置主要采用皮带传动，皮带老化松弛直接影响了电机动力传递，电机动力传递不足会造成扭矩加大而停井，且系统效率低，能耗比较高。为了达到节能降耗、提高效益的目标，开展直驱式螺杆泵装置应用研究。现场试验表明，直驱式螺杆泵平均节能38%，使用后节能效果明显。直驱式螺杆泵装置具有输出转矩高、使用寿命长、运转安全平稳、故障率低等技术优势，在煤层气井上有着很好的应用前景。

螺杆泵 直驱 煤层气井 节能

在华北油田煤层气开发中主要采用抽油机+管式泵和螺杆泵两种排采工艺，其中抽油机+管式泵在排采设备中占95%以上。螺杆泵主要用在水平井及部分产水量比较大的直井上。

螺杆泵的工作原理是螺杆泵的转子和定子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，从而实现举升作用。螺杆泵具有安装简单，排量易调整、排量大、携煤灰能力强等优点。螺杆泵排采系统按照驱动方式的不同可分为地面驱动和井下驱动两大类，根据传动形式可分为皮带传动和直接传动两种。

目前螺杆泵驱动装置主要采用皮带转动，皮带老化松弛直接影响了电机动力传递，电机动力传递不足会造成扭矩加大而停井，且系统效率低，能耗比较高。为了达到节能降耗、提高效益的目标，开展直驱式螺杆泵装置应用研究。

1 直驱式螺杆泵装置结构及工作原理

直驱式螺杆泵装置采用高性能永磁材料生产的空心轴永磁力矩电机，机械密封设计在电机轴上端，电机下端安装轴向承载装置和封井器，直接与油井四通大法兰连接。配套智能控制柜应用军品级硬件器件进行设计，采用先进的电机矢量无位置控制方法，取消了现有直驱装置的位置传感器。控制柜能够配套于油田在用的各种型号驱动头电机，互换性能好，安装维护便利，同时能与煤层气自动化系统相融合。直驱式螺杆泵装置具有输出转矩高、系统功能完善、抗干扰能力强、故障率低等技术优势。

直驱式螺杆泵装置去掉了原有的减速系统，维修更方便，费用更低，不受机械设备限制，现场调参更加简单灵活，10～200r/min之间可任意调整；操作系统实现了软启动、软刹车、软停机，延长了泵杆的使用寿命；配置了安全可靠的欠载、过载断电保护和计算机故障诊断系统，避免了反转、杆脱、杆断现象的发生，提高了安全性能；运转更平稳，噪音更小，安装更方便，成本更低。

2 主要技术指标

(1)功率范围：7.5kW～55kW；

(2)主电源：三相380VAC，50Hz；

(3)环境温度：-30℃～85℃；

(4)轴向承载：150～250kN；

(5)节电率：15%以上；

(6)安装方式：垂直安装。

3 现场应用

沁水盆地樊庄区块应用了4口井，包括2口多分支水平井和2口直井，具体设备安装情况如表1所示。

表1 直驱式螺杆泵装置安装情况统计表

直驱式螺杆泵地面装置是由电机直接驱动井下负载，去掉了皮带和减速机构，减少了传动部件的能量损耗，提高了地面传动效率。设备应用于现场后，运转安全平稳，操作简单方便，整体性能良好。对直驱式螺杆泵装置运行情况进行跟踪，测量电压、电流、转速、耗电量等参数，与原有驱动方式进行能耗分析对比，发现直驱式螺杆泵装置在相同的转速、排水量和举升高度的情况下，可平均节能38%，使用后节能效果明显(见表2)。

表2 螺杆泵地面直驱装置应用效果对比表

续表

[1] 周帅，崔金榜，喻鹏，等. 数控电潜管式泵在煤层气井上的应用.中国煤层气，2015，12(4)：38-41.

[2] 周帅，崔金榜，熊平，等.开关磁阻节能电机在煤层气抽油机井上的应用. 中国煤层气，2012，9(1)：14-17.

[3] 姜新通，朱春燕，赵振奎. 地面直驱式螺杆泵系统. 黑龙江科技学院学报，2009，19(2)：125-128.

[4] 郑学成，魏纪德.地面驱动螺杆泵用电动机功率选择方法初探. 石油机械，2003，31(06)：47-48.

[5] 姜新通,石建飞,刘羽楠,等.地面直驱式螺杆泵节能技术改造.黑龙江八一农垦大学学报，2007，19(6)：38-41.

[6] 王清平，赵明凯，宋占胜.螺杆泵交流永磁地面直驱装置. 油气田地面工程， 2008，27 (12)：75-76.

[7] 刘金仓，严建奇，胡书宝，等.地面驱动螺杆泵采油配套技术及应用.断块油气田，2009，16 :(03)：115-117.

(责任编辑 丁 聪)

Application of Direct-driven Screw Pump Device of CBM Well

ZHOU Shuai1, YU Peng1, LIU Jianwei1, YU Xi2

(1. Oil Production Engineering Research Institute, Huabei Oilfield Company, Hebei 062552;2. Research Center CUCBM Co., Ltd., Beijing 100095)

The pumping unit and screw pump are mostly used in Huabei Oilfield CBM exploration. The screw pump is mainly used in horizontal wells and vertical wells whose water production is high. At present screw pump driven device is belt. Belt aging will affect the motor power transfer . The motor power transfer problem will lead to torque increase and stopping well. The system efficiency is low and energy consumption is high. Application of the direct-driven screw pump device research is developed in order to save energy, reduce consumption and improve performance. The field tests show that the power saving rate of the direct-driven screw pump device is 50%. The energy saving effect is notable. The electric submersible tubing pump has such technology advantages as high output torque, long working life, safe and stable operation, low failure rate etc. It has the good application prospect in CBM well.

Screw pump;direct-driven ;CBM well; energy saving

周帅，男，硕士，工程师，主要从事煤层气采气工艺方面的研究。