螺杆泵驱动装置防反转技术

赵云明

摘要： 地面驱动螺杆泵采油系统以其结构简单、噪音小、耗能低、投资少、使用、维修方便等特点 ，成为一种实用有效的机械采油设备。随着螺杆泵配套工艺技术的日益完善，螺杆泵采油技术在油田推广应用中有着广阔的前景 ，但在生产中也暴露出一些亟待解决的问题。螺杆泵采油井突然停机时 ，抽油杆柱会出现脱扣问题 ，造成作业频繁 ，增加了采油成本 ，影响油井正常生产。设计研制的井下防反转装置能够解决抽油杆柱脱扣问题。

关键词：液压防反转 螺杆泵

1、概述

锦州采油厂自2003年规模实施螺杆泵采油，截止到2016年12月正常运转井为255口，其中稀油井78口，稠油井177口，日产液6118t，日产油726t。随着实施螺杆泵井数的增多，发生稠卡和砂卡的井次也在提高，扭矩释放解卡作业的问题就摆在我们面前。

采用的常规机械式刹车的棘轮与棘爪回位弹簧长时间工作，磨损严重后失灵，发生过因刹车失灵将光杆甩断，驱动输入轴皮带轮被甩碎的事故，这将成为生产过程中最大的不安全因素。为此，我们对螺杆泵驱动装置进行了改造。

2.1进口液压驱动装置

PCM刹车装置（图1）由内置齿轮泵、外置刹车钳、刹车片组成。当反转时，齿轮泵工作，液压传动到刹车钳，刹车钳抱紧刹车片，降低反转速度，直到反扭矩全部释放。刹车性能稳定，安全可靠。该驱动装置液压刹车系统性能可靠，应用至今未发生高速反转现象。

但该驱动装置存在以下缺陷：

（1）机械密封下置式，易漏失，更换机封需吊车配合。

（2）承压在0.2MPa，无法配合挤注类施工。

（3）电机配置功率低，仅为18.5千瓦，由于没有变速箱，同样功率的电机传递给主轴的扭矩没有国产的带有变速箱的驱动扭矩大，进口驱动器输出最大扭矩为600NM，国产驱动器输出最大扭矩为1200NM。進口驱动器仅能使用在GLB300泵型以下，下泵深度在900米以上。

（4）不适合在地层压力不明或较高的油井使用。一旦油井压力超过机封承压，易发生无法控制的井喷事故。

为此，我们在此基础上研发出适合锦州油田实际的新式液压刹车，机械密封上置式，带有承受高温（不高于150℃）高压（不高于20MPa）的新型驱动装置。

2.2改进型液压刹车

为此，我们在此基础上研发出适合锦州油田实际的新式液压刹车，机械密封上置式，带有承受高温（不高于150℃）高压（不高于20MPa）的新型驱动装置。图2为新式液压刹车机械密封上置、带有耐高压封井装置的螺杆泵新型驱动装置。

利用该方法测试油井动液面原理简单，考虑到稠油和水的密度相差不大，其动液面测试的误差主要由压力传感器的精度决定，因此，通过泵下测试的压力结果，即可实现油井特别是稠油井的动液面的在线、准确测试。

液压刹车的原理：利用棘轮逆止器做单向机构，主轴正向旋转时，刹车泵不工作，反转时，单项机构啮合，带动刹车泵工作，向制动钳供油，液压系统压力升高，制动钳油缸动作，实现瞬时制动。初次制动时间为停机后1-2秒，瞬时制动后，液压系统的定压卸荷装置使系统压力降低，主轴卸扭矩，1-2秒后实现第二次制动，停转后压力继续降低，卸扭矩反转，1-2秒后第三次制动，依次不停地释放—制动—释放—制动…直至杆系统扭矩为零。正向起车时，液压系统压力为零，制动系统不起作用，不影响主轴正向转动。特点是：高压泵在驱动器正转时不工作，而进口液压驱动器的齿轮泵一直在运转。国产驱动器的高压泵安装在从动轮轴上（进口驱动器高压泵安装在主轴上）。利用从动轮与主轴转速比为6：1的特点，当主轴倒转一周时液压刹车就开始工作，从而提高了刹车效果，延长了高压泵的使用寿命。

1-棘轮逆止器；2-高压齿轮泵；3-皮带；4-液压油箱；5-高压油管；6-制动钳；7-空心主轴；8-键；9-制动盘

封井器原理：螺杆泵井正常工作时封井器处于开启状态，当需要关闭封井器时，双向同时旋紧锁紧螺丝，直到卡紧为止。卡牙卡紧光杆，承载杆的重量。密封件密封井口出油口以上。最大承载达到20Mpa，工作压力15 MPa。

3、结论

改进后的驱动装置能够满足油井生产技术要求：

（1）机械密封上置式，维修方便，更换机封不需吊车配合。

（2）工作承压在15MPa，可以配合挤注类施工。

（3）电机配置功率低，为22-30千瓦，能满足各种螺杆泵驱动需求。

（4）可使用在高压井上。高压封井器关闭后，维修驱动装置时不用放掉井内压力，更换零部件不需吊车配合。如需更换变速箱仅要自吊配合即可。

螺杆泵的大范围推广，我们应进一步加大螺杆泵新式驱动装置的研究与推广，随时发现问题，随时改进技术，最大限度满足油田生产需求。

参考文献：

[1] 宫庆新. 螺杆泵防反转技术现状分析及对策. 硅谷， 2013，（09）

[2] 马忠熙. 防止螺杆泵井飞轮事故的措施， 化学工程与装备， 2017，（04）

[3] 孙慧. 崔焕琨. 螺杆泵驱动装置防反转技术介绍. 中国石油和化工标准与质量， 2012，（12）