介紹了美國3家公司對螺桿泵及組件的研制、應用和進展情況。其中包括稠油開采螺桿泵、插入式大容量螺桿泵、螺桿泵低馬力驅(qū)動頭和變速控制軟件系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的舉升裝置相比,新型插入式大容量螺桿泵舉升更高, 容量更大, 較短的泵體結(jié)構有利于運輸和裝卸。變速控制軟件系統(tǒng)為保護螺桿泵系統(tǒng)的井下設備和獲取最大的產(chǎn)量值提供了高效的控制方法。
關鍵詞：稠油開采螺桿泵 插入式大容量螺桿泵 低馬力驅(qū)動頭 變速控制軟件系統(tǒng)
最近, 美國3家公司又研制出4種螺桿泵及新型組件: 稠油開采螺桿泵、插入式大容量螺桿泵、螺桿泵低馬力驅(qū)動頭和變速控制軟件系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的舉升裝置相比, 新型插入式大容量螺桿泵舉升更高, 容量更大, 較短的泵體結(jié)構有利于運輸和裝卸。變速控制軟件系統(tǒng)為保護螺桿泵系統(tǒng)的井下設備和獲取最大的產(chǎn)量值提供了高效的控制方法。
稠油開采螺桿泵
螺桿泵應用于稠油開采始于20世紀80年代后期。油田經(jīng)驗的積累和新產(chǎn)品的增加使從事該項工作的工程師不斷完善這一應用技術。為促進該項工作的進展, Baker Hughes Centrilift公司成功地研制出110—D—2600型螺桿泵, 建立了專門用于稠油開采的L IFTEQPCP生產(chǎn)線。
由稠油開采所引起的諸多因素, 如高粘度, 出砂井、高流量損失和較低的井底壓力等對泵的設計提出了新的要求, 即消除這些因素所產(chǎn)生的影響。外徑為95125 mm ( 3175 英寸) 110—D—2600 型螺桿泵管為粘性流入物提供了較大的空腔橫斷面積。內(nèi)部的幾何形狀降低了定子中的流速, 從而減少了砂和礫石的磨蝕作用。
這種螺桿泵的幾何形狀還具有較大的轉(zhuǎn)子直徑,能夠承受更大的扭矩應力。較短轉(zhuǎn)子的螺距長度在相應的短泵上產(chǎn)生了較大的泵壓差, 使固體顆粒更有效地通過泵移動。新型泵是由Centrilift公司生產(chǎn)的、經(jīng)礦場實驗應用的LT2000的彈性體制作而成的。在稠油開采過程中, 有最小的膨脹, 抗研磨作用。彈性體的機械力在高壓下可保持耐久不變。
插入式大容量螺桿泵
Weatherford公司設計并研制了箭頭型插入式螺桿泵。由于要求僅是抽油桿移動而不是油管柱, 插入式大容量螺桿泵減少了泵運行和提高相位時的停留時間。這一專利設計減少了泵部件長度的2 ～3。因此, 新型螺桿泵舉升很高, 具有較大的容量。根據(jù)油管尺寸和操作條件, 新型泵的容量可達795m3/d以上, 舉升高度為1600.2 m。另外, 這種較短型泵的結(jié)構有利于運輸和裝卸。
用一個單泵座節(jié)和一個無旋轉(zhuǎn)工具將泵固定,無須使用特殊短節(jié)。新泵安裝簡單, 無須為適應這種特殊泵的長度與油管隔離。因此, 不同尺寸的插入式螺桿泵可用在同一油管上, 無須起出油管。簡化后的部件更易于運轉(zhuǎn), 比雙連接點系統(tǒng)更可靠。很少被砂或巖屑粘住。
在裝有插入式螺桿泵油管下入套管之前, 舉升工具原本應用于普通螺桿泵。用頻繁換泵減少維修費用的方法實現(xiàn)有效補償。在用1臺修井機作業(yè)需要額外費用的偏遠地區(qū)新型泵可以用不太昂貴的沖洗裝置或其它提升桿裝置進行維修。
最近, Weatherford 公司將新系統(tǒng)應用于加拿大油田。在1口水平井中應用普通泵約17個月后被起出。改用插入式大容量螺桿泵, 通過沖洗裝置進行修井, 該作業(yè)僅用3 h。如果換用普通螺桿泵完成同類作業(yè)需8 h。1臺沖洗裝置換泵費用通常為141美元/h。而用修井機完成換用普通螺桿泵的費用為266 美元/h。改換新泵后的泵效為91%。
僅用了一個簡單的改進措施就使新工具有效地提高了泵系統(tǒng)修井作業(yè)效率。插入式大容量螺桿泵適用于內(nèi)徑為8819 (32) 、11413 (42) 和13917 mm (52英寸) 或更大的油管, 目前已在當?shù)睾图幽么?、委?nèi)瑞拉及西非的海上油田使用。
低馬力驅(qū)動頭
最近, Baker Hughes Centrilift公司在自行生產(chǎn)的驅(qū)動頭系列中又增加了新產(chǎn)品, 即以正向制動系統(tǒng)、無球型軸承為特色、用于小功率設備的L IFT2EQ LT30E型螺桿泵低馬力驅(qū)動頭。該系統(tǒng)是為甲烷脫水開采和低產(chǎn)井的開采應用而設計的。
該系統(tǒng)的外形設計無軟管、泵、膠帶或其它的在安裝和作業(yè)過程中容易損壞的部件。其內(nèi)部制動系統(tǒng)避免了陽光下曝曬, 提高其使用壽命, 無故障, 無須維修反控制。無須手動調(diào)節(jié)器調(diào)整反制動系統(tǒng), 可自動調(diào)節(jié)。
很多傳統(tǒng)制動系統(tǒng), 包括裝配自動嚙合的球形軸承的制動系統(tǒng)的效率取決于對制動操作產(chǎn)生不良影響的不同原油粘度。而新型驅(qū)動頭采用的是正向制動系統(tǒng), 無須球型軸承, 使驅(qū)動頭內(nèi)的變化的原油粘度的影響降到最小。豎管式設計無須底部密封, 從而消除了潤滑油的泄漏。盤根盒和旋轉(zhuǎn)式機械密封均為光桿的密封提供了保證。
變速控制軟件系統(tǒng)
最近, R&M能量系統(tǒng)公司開發(fā)出一種新軟件,Guardian變速控制軟件系統(tǒng)(VSD) , 一種可為終端用戶提供增加產(chǎn)量和提高能源效率的新技術。新軟件VSD是一種有效的數(shù)字解釋, 可對井下螺桿泵系統(tǒng)提供多用途的產(chǎn)量控制和信息監(jiān)測。在對螺桿泵系統(tǒng)提供總的保護、確保其設備壽命長的同時, 用一簡單耐久的軟件包準確地對扭矩和速度進行綜合控制是增加產(chǎn)量、降低能耗的的關鍵。
該專利軟件包括一個完整的螺桿泵系統(tǒng)模型。該程序可提供扭矩、速度、泵效、流速和預算的井下壓力連續(xù)反饋。針對操作者的測量點, 這一反饋可為螺桿泵系統(tǒng)對保護井下設備和獲取最大的產(chǎn)量值提供了高效的控制方法。
Guardian變速驅(qū)動裝置(VSD) 的優(yōu)點: ①可監(jiān)控螺桿泵、電動機、桿速和扭矩; ②提供泵流量的監(jiān)控和產(chǎn)量累加器; ③提供該軟件中關于抽油桿、油管、油藏和螺桿泵模型的嵌入數(shù)據(jù); ④監(jiān)控液面; ⑤用網(wǎng)絡服務器提供遙控。
泵口上的液面可用手動速度調(diào)節(jié)或用系統(tǒng)軟件自動調(diào)節(jié)。新的控制軟件系統(tǒng)對于任何流入的不同特性的液體都會使產(chǎn)量達最大, 而動力優(yōu)化對于任何流速均會降低耗電量。