單、雙螺桿泵的對比及應(yīng)用探析

孟憲斌

（大慶油田力神泵業(yè)有限公司螺桿泵制造廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

近年來在油田生產(chǎn)作業(yè)過程中興起了油氣混輸?shù)纳a(chǎn)工藝，該技術(shù)主要是針對油井生產(chǎn)中開采出來的油氣水的混合介質(zhì)，在其未被分離的情況下直接使用混輸泵及混輸管道將其輸送到油氣水集中處理站，然后完成油氣水綜合處理的工藝過程。不僅工藝技術(shù)的操作流程非常簡單，而且管理起來也比較方便，可有效控制在生產(chǎn)作業(yè)過程中的井口回壓等問題，油氣集輸半徑得到了有效擴展，取消了油田的轉(zhuǎn)油站，有效利用油井的伴生資源。在油氣混輸工藝的實施過程中，油氣混輸泵是核心內(nèi)容，目前在油田中比較常用的螺桿泵有單螺桿泵和雙螺桿泵。由于螺桿泵在油田中的廣泛應(yīng)用，使得針對不同類型的螺桿泵進(jìn)行原理以及技術(shù)特點等的分析對比，則非常得必要。

1 單、雙螺桿泵的工作原理及綜合對比

1.1 單螺桿泵

（1）單螺桿泵是由螺桿、襯套及萬向聯(lián)軸節(jié)等組成，其轉(zhuǎn)子斷面上是呈現(xiàn)圓形的一個螺桿，轉(zhuǎn)子運動是在一個具有特殊形狀的襯套內(nèi)進(jìn)行的，轉(zhuǎn)子在襯套內(nèi)的運動分為行星運動和沿著定子螺紋的轉(zhuǎn)動，在沿著定子螺紋轉(zhuǎn)動的過程中就完成了液體的舉升，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的舉升力作用下液體會從螺桿泵的吸入腔進(jìn)入，然后不斷的向壓力腔運動，因此在螺桿泵的腔體內(nèi)液體的流動始終是呈現(xiàn)均勻、無渦流和攪動的狀態(tài)。

（2）轉(zhuǎn)子和定子是間隙配合的關(guān)系。螺桿泵的泵套，即定子是由非金屬的彈性材料制造的，通常選用性能優(yōu)良的橡膠來制作，定子的內(nèi)孔是一種螺旋狀的槽，螺桿泵的螺桿與泵套之間的配合會形成多個密閉的空腔。當(dāng)單螺桿泵在運行過程中，螺桿會在泵套中的運動是一種偏心的旋轉(zhuǎn)運動，這樣密閉腔體就會從泵的低壓區(qū)逐漸的向高壓區(qū)域運動，這個過程中也就是井下液體從吸入腔進(jìn)到螺桿泵泵室后，沿著螺桿的軸向方向不斷推進(jìn)然后從出液口排出。單螺桿泵的主要運行特點就是介質(zhì)的輸送完全是通過密閉的腔體完成的，只要介質(zhì)的直徑小于螺桿泵的內(nèi)腔間隙，單螺桿泵完全能夠輸送固態(tài)介質(zhì)，而且整個輸送過程不會對螺桿泵自身造成損傷，對輸送介質(zhì)本身也沒有影響。

1.2 雙螺桿泵

（1）雙螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點是外嚙合形式。是由主動、從動、2根螺桿及包裹螺桿的襯套組成。介質(zhì)的輸送是以主動螺桿和從動螺桿的外嚙合來完成的，雙螺桿泵的主動螺桿是由一個原動機來提供動力，而從動螺桿通過一個同步齒輪來與主動螺桿進(jìn)行連接，由主動螺桿轉(zhuǎn)動帶動從動螺桿轉(zhuǎn)動。在2根螺桿上分布著2個可以實現(xiàn)左右方向旋轉(zhuǎn)的螺桿套，2個螺桿套的旋轉(zhuǎn)就構(gòu)成了雙吸泵的基本結(jié)構(gòu)。

（2）井下的油液在進(jìn)入到泵體的中央后會被泵體平均分配到2個流向，最終傳輸?shù)奖幂S的兩端，螺桿在旋轉(zhuǎn)的過程中，2根螺桿的嚙合以及螺桿與泵體之間形成的配合關(guān)系在泵體內(nèi)形成了若干個密閉的腔體，這些密閉的腔體能吸入油液。2根螺桿不斷的旋轉(zhuǎn)最終推動液體從螺桿軸向的兩端向中心位置集中，然后通過泵體上的排出口將液體排出，連接2個螺桿的齒輪模數(shù)以及齒數(shù)都相等，這樣就能避免螺桿在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生接觸，造成螺桿金屬的損耗。

1.3 單、雙螺桿綜合對比

通過對單、雙螺桿泵性能參數(shù)以及結(jié)構(gòu)特點對比分析后發(fā)現(xiàn)，在螺桿泵前期的制造過程中單螺桿泵的投資相對較少，而且單螺桿泵對輸送介質(zhì)的要求比較低，針對一些含砂量較大的油井可以很好的完成油液舉升，但是單螺桿泵的維護保養(yǎng)投入比較高；雙螺桿泵的缺點是對含砂量敏感，但在正常的運行過程中需要維修的頻率比較低，因此可以根據(jù)單、雙螺桿泵和油井的實際情況來合理的選擇螺桿泵。

2 油田原油情況及存在問題

2.1 單螺桿泵的應(yīng)用

（1）某油田使用的單螺桿泵是在2010年投產(chǎn)的，螺桿泵的排量為20 m3/h。在該油田應(yīng)用單螺桿泵后，油田整體的外輸系統(tǒng)抗砂能力得到了極大提升，而且針對單螺桿泵的管理也非常簡單。但在單螺桿泵運行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如，單螺桿泵運行過程中會產(chǎn)生較大振動，而且非常容易引起周邊設(shè)備的共振，這對工藝管線也有很大的影響，容易造成工藝管線的損壞。通過對單螺桿泵振動情況進(jìn)行統(tǒng)計與對比后發(fā)現(xiàn)，單螺桿泵實際產(chǎn)生的振動位移與雙螺桿泵相比較要大很多。產(chǎn)生這種振動的主要原因是因為轉(zhuǎn)子在泵腔體的轉(zhuǎn)動是一種偏心的行星回轉(zhuǎn)，這樣在轉(zhuǎn)動過程中就會產(chǎn)生一個具有周期性的激振力，而單螺桿泵由于會受到結(jié)構(gòu)上的限制，很難在結(jié)構(gòu)上維持平衡，因此實際的轉(zhuǎn)動慣量也非常大，導(dǎo)致泵的運行過程中產(chǎn)生很大的振動。

（2）解決措施。①可適當(dāng)將單螺桿泵的轉(zhuǎn)速調(diào)低，這樣就能控制泵的振動。另外可以將泵的型號適當(dāng)調(diào)大，在配合較低的轉(zhuǎn)速就能實現(xiàn)配比的合理性；②單螺桿泵的振動會隨著轉(zhuǎn)子質(zhì)量的增加而增強，因此選擇強度達(dá)到要求的空心轉(zhuǎn)子能夠有效緩解振動；③已使用的單螺桿泵，不僅要對固定底座進(jìn)行剛度的提升，還要將進(jìn)出口位置的管道以及相關(guān)的配套設(shè)備進(jìn)行加固，并做好支撐，這樣就能有效控制管道內(nèi)液體流動時產(chǎn)生的振動。

2.2 雙螺桿泵的應(yīng)用

（1）某油田在2007年開始使用雙螺桿泵，先后又采購了9臺雙螺桿泵，雙螺桿泵的應(yīng)用，使“分離、緩沖、加熱、沉降”等功能的油氣分離系統(tǒng)以及油氣的分輸系統(tǒng)的作用不再明顯，基本上取消了中轉(zhuǎn)站，使油田站內(nèi)的工藝流程得到了極大簡化，混輸流程實施后，與以往常規(guī)的集輸流程相比，在設(shè)備的投資上已為油田節(jié)省312.52萬元人民幣。

（2）雙螺桿泵在應(yīng)用中也暴露出不足，特別是在含砂量較大的油井中，其抗砂能力較差。例如，在一些油井中由于井下的含砂量較大，導(dǎo)致雙螺桿在運行過程中出現(xiàn)聲音異常的現(xiàn)象，泵的維修頻率也逐漸增加。在含砂量較高的油井中應(yīng)用，雙螺桿泵每隔半個月就要進(jìn)行一次除砂作業(yè)。通過對雙螺桿泵油井的含砂量統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，隨著對雙螺桿泵維護除砂作業(yè)的進(jìn)行，砂量在逐漸減少，后期的除砂量基本上接近零。通過分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域油井在壓裂施工后的初期階段含砂量較大，含砂量最高的時期甚至導(dǎo)致雙螺桿泵的直接損壞，也一度出現(xiàn)了生產(chǎn)癱瘓的狀態(tài)。后期針對含砂量高的情況安裝了除砂器后，使進(jìn)入雙螺桿泵泵體內(nèi)的砂量得到控制，含砂量對雙螺桿泵的影響也在減小。而且在后期的開采過程中隨著壓裂施工時間的推進(jìn)，井下的壓裂砂含量也在不斷降低。為此針對雙螺桿泵含砂量敏感的問題，可通過在含砂量＞2%的油田區(qū)塊，特別是壓裂施工區(qū)塊加裝除砂器來解決該問題，或使用單螺桿泵來取代雙螺桿泵來進(jìn)行解決。

3 結(jié)束語

（1）螺桿泵在油田得到廣泛應(yīng)用，主要是可進(jìn)行油氣的混輸，這是螺桿泵的主要優(yōu)勢之一，螺桿泵在一些低滲透油田中的應(yīng)用，使油田前期的開發(fā)投資得到了控制，這對一些小油田的開發(fā)來說經(jīng)濟性非常好。

（2）雙螺桿泵針對一些含氣量比較大，以及段塞流較大的油田區(qū)塊，其適應(yīng)性比較強。

（3）單螺桿泵比雙螺桿泵具有更強的耐砂以及雜質(zhì)等適應(yīng)性。