螺杆泵的选型标准
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螺杆泵的选型标准
[摘要]螺杆泵的选型很大程度上依靠现场工作人员的专业知识和经验。因此，
通过解析法试算来为大量的油井选择螺杆泵是一个消耗精力而又低效的工作。
本文试图通过结合综合计算与已知的螺杆泵选型标准和统计学分类方法来解决
螺杆泵的选型问题。
这种方法需要大量关于完井，流体性质以及现场操作条件等信息来预测现
场每一口井压力上升的要求及入口处气体体积分数。两种方法可以用来识别标准
化泵的型号：频率匹配和K -均值算法。这种某口井的标准型号被看作是一个等效
的泵，这意味着任何一个标准化型号的等价计算结果都可应用于同一种井况。这
一方法也可以用来找出一种特定的可以用于多种不同井况的螺杆泵。
本文给出了一个标准化选择方法的实际案例，这是一个标准化选择方法应
用于为未来稠油油田采购592台井用螺杆泵的案例。
该方法的第
一步是提出
建立为油田
识别泵标准
化的分析过
程。为了完整性
考虑,合成橡胶的选择应该被
考虑在内，但是，由于缺乏预
测模型中合
成橡胶的膨
胀,热膨胀和流
体的化学反
应规律它被忽略了。
[简介] 早期油经营
者的惯例是
：为每口井选择特定型号
的泵。这导致油田存在
多种多样来自于不同生产厂家的泵型，这导致了跟踪平均无故
障时间，分析根本
原
因和故障检
测的困难。当灾难性故
障发生时，惯例做法是找不同的制造商处理
而
不是检查故障的原因。因此，试验法成了在油田使用螺杆泵共同惯例。
合成橡胶检验方法和更
好的泵故障
机理的认识
方法的发展
造成了油田
选择
螺杆泵泵型的根本变化。然而，我们的目标
是减少泵型
号和生产厂
家，使得有限
的库存，可以简化合成橡胶测试和选择相关
的任务。但是，因为没有可靠的方法
来预测特定工况下泵的寿命，其选型严重依赖于工作
人员的专业知识和经验
。
通常情况下
，工程师根据
他们自己的经验来评定某种泵的工作情况。泵型号和一
个灾难性的
失败率较高
的厂商迅速
被抛弃，而平均无故
障时间长的
泵型号和制
造
商则成为
标准。
因此，工作人员掌握更多的专业知识积累更丰富的经验提高了泵选择的标
准，而标准泵是螺杆泵发展领域的一个子产品。如果应用算
法程序选择
标准型号
的
泵,那么标准化过程的应用
可能会减少
。本文的目的
是为螺杆泵的标准化进程
提供第一
手的评论。该方法提出
关于直接模拟每口井，泵总体良好
工作的条件
。
一旦计算完
成后，可以用两种
方法来鉴别
标准化的泵
：频率匹配和
整群分析。频
率匹配由记录每一种泵型可用于油井的匹配次数组成。那些有高匹配次数的泵被
视为标准化模式。另一方面，整群分析方法是一种经典的技术，这种方法依据油
井的共同特征来将它们分类。经典的K－均值方法是
整群分析方法用来说明此方
法的技术。
泵的选型方
法，水力泵的设
计
螺杆泵的选
择是一个循
序渐进的问
题。首先，泵
(单叶或多叶
)的类型，泵几
何特性
(位移，间距和数量
的阶段
)和旋转速度
是由所需的压力上升
(总头
)，自由
体积分
数，气体总流量
决定的。其次，定子材料及
转子定子的
配合关系是根据流
体温
度，流体性质，流体材料兼
容性，微粒和流体粘度的存在
选定的。第一个过
程
被称为水力
设计，而第二个过
程经常被称
为材料选择。
螺杆泵水力设计涉及总
流量，入口处气体体积分数，进气压力的
决心和温度
，
排气压力和
压力上升的
需要。这些信息可以用来计算转速，转子定子的
配合关系
和
级数。根据不同的目的，水力设计过程可能会有
所不同。在这种情况
下，假定
油流量
，流入的关系
，气油比
( GOR)，含水率
( WC)，泵挂深度和
管
/杆绳情况是
已知的。
由于油流量
是已知的，井流压可依
据井流入关系
( IPR)解得。该泵进口处
压
力，等于井流压力与井口和穿孔处压力损失的代数和。接下来，泵出口压力
的计
算是将
油管井口压
力损失加上
井头压力。在这两种情
况下，压力损失计
算是利用
多
相流或相关
相系模型。系统所需压
力上升的计
算方法是：
IDppp (1)
有两种方法来判断级数上升压力的要求：每个阶段的最大压力和最大压力
上升。每阶段的最大压力（
MPSS）是一个由制造商和供应商定义的试算值，关
于MPS
S的阶段数
的计算方法如下
:
stagepp
stage
max,#
(2)
另一种方法
是比较泵的
最大压力上
升
( Δpmax)和所需的压力上升。最大压力
上
升Δ
pma
x
是生产厂家推荐的压力上升在容积效率为
80％
,泵运转在最高转速下时
的值。通常的做法
是依据泵的
最大压力上升Δ
pma
x
来计算器承载能力。这一因素被
定
义为泵的最大压力和所需压力上升值的比
( 见式
3。
)
pp
max
torLoadingFac (3)
如果，泵的负荷因子大于
4，则泵会很长，扭矩可能成为一个问题。另一
方面，若泵的载荷因素小于
1
.2，则它的稳定性可能会有所下降。泵的排量
( D)
与总流量相关，如式
( 4)所示，容积效率
( E
v)通常被设置在
80％到
100％之间。
转速
( N)是或由制造商建议，或是由传动机构的负载能力和制动能力所限制。
它的范围通常在
200转每分到
3
00转每分。
NEq
D
vT
（
4）
如果假设容积效率为
8
0%，转速为
30
0转每分，式
(4)成为：
TqD00417.0 (5)
总的流量计算公式为：
stdoq
WCWC
wB
oB
sepE
WCWC
swR
sRGOR
gBqT
,
1)1)(
1(178.0
(6)
在以上公式中RS和R
sw分别是气体在油和水中的溶解度，
gB,
oB,
wB分别是气体，油
和水在入口压力、温度条件下的体积系数。这些变量要么是根据相关的原油成
分估算的，要么是通过创造的模型计算得来的。所计算器的气油比( GOR)，含水
率( WC)和油流量 (
stdoq
,)等参数，在标准条件下假设都为已知，但是，气体分
离效率(
sepE)往往是未知的。气体分离效率的定义为实际流过油管的气体流量
（
cgq
,）和实际在泵入口温度和压力条件下流出气体流量(
gq)之比( 见公式
7)。
gcg
sep
E,
( 7)
井下气体分离效率(
sepE)是定在50％到90％之间的。存在着一定的相关性和机
械型号来预测自然分离效率。在这项研究中，
Alhanati (
1993年
)提出的简化模型
被用来预测自然的分离效率。
对每一油井泵选型总结如下：
( 1)从目录中选择适合套管直径的泵型号
( 2)由于油流量是已知的，总流量可由方程( 6)确定
( 3)利用制造商提供的泵排量由公式( 5)计算转动速度
( 4)由公式( 1)计算所需要的压力升高值
( 5)确定泵的载荷因素
( 6)如转速和载荷因素在许用值的范围内，则该泵型被视为某口井的候选泵。
因为需要进行合成橡胶的选择，依据这个过程获得的泵只是候选泵。最后，
入口气体体积分数是泵可靠性的一个关键因素。如果一个井的气体体积分数比
例小于60％那么就可以应用螺杆泵进行采油。因此，任何气体体积分数高于
60％的油井都不能安装螺杆泵。
泵型号的规范化过程
泵的标准化是指提高泵的通用性。无论是哪一种方法，泵型号或是供应商。
我们的目标是减少泵型号和泵制造商的可变性。
一个在几个油井都满足前文提到的水力设计标准的泵型被认为是标准泵。
这意味着每口井泵的入口气体体积分数，出口压力，进气压力，总流量的计算
是完全一样的，这一过程被称为直接模拟。
一旦完成这些计算，该特定型号的泵的转速和载荷因数就被确定了。每一
口井上满足转速和载荷因数标准的泵型号就被标记为候选泵。然后，最简单的方
法来识别这些标准化型号的泵是寻找这些井上共同型号的泵。也就是说，这些
候选的泵型出现次数较多的就被标记为标准型号。因此，这种方法被称作频率
匹配。
另一种方法是将候选泵依据共同的特点进行分类分组，这种技术就是整群
分析，依据一些客观适当的标准建立一些类似的子组。
Ten Eikelder和其
他人
