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、螺桿泵低馬力驅動頭和變速控制軟件系統。與傳統的舉升裝置相比,新型插入式大容量螺桿泵舉升更高, 容量更大, 較短的泵體結構有利于運輸和裝卸。變速控制軟件系統為保護螺桿泵系統的井下設備和獲取最大的產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 低馬力驅動頭 變速控制軟件系統
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、螺桿泵低馬力驅動頭和變速控制軟件系統。與傳統的舉升裝置相比, 新型插入式大容量螺桿泵舉升更高, 容量更大, 較短的泵體結構有利于運輸和裝卸。變速控制軟件系統為保護螺桿泵系統的井下設備和獲取最大的產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。油田經驗的積累和新產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子直徑,能夠承受更大的扭矩應力。較短轉子的螺距長度在相應的短泵上產生了較大的泵壓差, 使固體顆粒更有效地通過泵移動。新型泵是由Centrilift公司生產的、經礦場實驗應用的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, 這種較短型泵的結構有利于運輸和裝卸。
用一個單泵座節和一個無旋轉工具將泵固定,無須使用特殊短節。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, 比雙連接點系統更可靠。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有效補償。在用1臺修井機作業需要額外費用的偏遠地區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, 該作業僅用3 h。如果換用普通螺桿泵完成同類作業需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修井作業效率。插入式大容量螺桿泵適用于內徑為8819 (32) 、11413 (42) 和13917 mm (52英寸) 或更大的油管, 目前已在當地和加拿大、委內瑞拉及西非的海上油田使用。
低馬力驅動頭
最近, Baker Hughes Centrilift公司在自行生產的驅動頭系列中又增加了新產品, 即以正向制動系統、無球型軸承為特色、用于小功率設備的L IFT2EQ LT30E型螺桿泵低馬力驅動頭。該系統是為甲烷脫水開采和低產井的開采應用而設計的。
該系統的外形設計無軟管、泵、膠帶或其它的在安裝和作業過程中容易損壞的部件。其內部制動系統避免了陽光下曝曬, 提高其使用壽命, 無故障, 無須維修反控制。無須手動調節器調整反制動系統, 可自動調節。
很多傳統制動系統, 包括裝配自動嚙合的球形軸承的制動系統的效率取決于對制動操作產生不良影響的不同原油粘度。而新型驅動頭采用的是正向制動系統, 無須球型軸承, 使驅動頭內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
最近, R&M能量系統公司開發出一種新軟件,Guardian變速控制軟件系統(VSD) , 一種可為終端用戶提供增加產量和提高能源效率的新技術。新軟件VSD是一種有效的數字解釋, 可對井下螺桿泵系統提供多用途的產量控制和信息監測。在對螺桿泵系統提供總的保護、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反饋。針對操作者的測量點, 這一反饋可為螺桿泵系統對保護井下設備和獲取最大的產量值提供了高效的控制方法。
Guardian變速驅動裝置(VSD) 的優點: ①可監控螺桿泵、電動機、桿速和扭矩; ②提供泵流量的監控和產量累加器; 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據; ④監控液面; ⑤用網絡服務器提供遙控。
泵口上的液面可用手動速度調節或用系統軟件自動調節。新的控制軟件系統對于任何流入的不同特性的液體都會使產量達最大, 而動力優化對于任何流速均會降低耗電量。