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油田开发中螺杆泵采油技术的应用探究摘要：我国部分油田全面进入生产开采后期阶段后，原油开采难度继续增加。
而且我国部分油田虽然含油量相对较高，但因受到各种因素限制开采效率始终无法得到有效提升，这一点在国内部分稠油油田体现的尤为明显。
这也是制约我国石油行业快速发展的一个重要影响因素。
通过利用螺杆泵采油技术可以使该问题得到有效解决，螺杆泵技术在油田开采后期阶段以及稠油区块中的应用可以有效提升原油开发效率，也可以促进我国石油行业的快速发展。
关键词：油田开发；螺杆泵采油技术；应用0引言进行油田开发工作时，薄差、低渗透油层具有较大的开发难度。
现阶段油田含水量不断增加，产量不断减小，开采成本增加，对经济效益产生严重影响，所以需要借助科学方法保证油田稳产以及高产。
借助同步测试信息能够发现，在沉没度较低情况下，需要建立较多的抽油机井，此类油井检泵周期短、泵效低、产液量低以及运转负荷大等。
所以对合理沉没度确定与应用进行研究，对于提升螺杆泵井产量具有重要意义。
1螺杆泵采油工艺分析1.1螺杆泵工作原理以及主要工艺当前油田领域所采用的螺杆泵，多以地面驱动螺杆泵与潜油螺杆泵为主，但从实际的应用来看，地面驱动、抽油杆柱转动的单螺杆抽油泵应用相对较多，具体的应用中，在井口位置安装驱动装置，主要包含动力部分、减速器与驱动头几个部分。
以电动机作为动力装备，电动机的运行中提供了足够的动力支持，减速器在降低速度的同时带动了抽油杆的转动，利用抽油杆将石油从地下抽到地面，完成采油任务。
油田生产作业中的螺杆泵采油工艺应用中，需在现场形成螺杆泵采油系统，该系统内包含有地面与井下两个部分，地面为驱动部分，由电动机提供动力，并将此动力传递给抽油杆，抽油杆获得足够的动力后，驱动井下部分的螺杆高速旋转，将井液带到地面。
螺杆泵采油工艺的应用中，需注意以下方面：（1）依据对油田情况的掌握，做好螺杆泵型号的对比与选择，确保所采用的螺杆泵，能完全适应油井条件，保障其运行的稳定性，确保螺杆泵的采油效率。
浅析螺杆泵采油工艺及配套技术随着石油工业的发展，螺杆泵采油工艺及配套技术在油田开发中扮演着越来越重要的角色。
螺杆泵采油是一种高效、稳定的采油方法，具有适应范围广、排液能力强、节约能源等优点，因此得到了广泛的应用。
本文将从螺杆泵采油的原理、工艺流程以及配套技术等方面进行浅析。
一、螺杆泵采油的原理和特点螺杆泵是一种通过螺杆的旋转来实现液体的吸入和排出的设备。
螺杆泵采油是将螺杆泵安装在井下，通过电力或液压等动力驱动，利用螺杆泵的转动将地下原油提升到地面。
螺杆泵采油相比传统的抽油杆采油技术，具有以下特点：1.排液能力强：螺杆泵采油可以实现大流量、高扬程的液体输送，强大的排液能力能够更有效地提高采油效率。
2. 适应范围广：螺杆泵采油适用于不同类型的油井，包括高硫、高粘度、高气藏等复杂情况下的油井，具有较强的适应能力。
3. 节约能源：螺杆泵采油的功率消耗相对较低，可以节约能源，提高采油效率。
4. 高效稳定：螺杆泵采油具有稳定的工作特性，能够持续高效地进行油井采油作业。
二、螺杆泵采油工艺流程螺杆泵采油的工艺流程一般包括井口设备、井下设备和地面设备三个环节。
1. 井口设备：井口设备主要包括采油管线系统、报警系统和控制系统等。
采油管线系统用于连接地面和井下的螺杆泵，将地下原油输送到地面。
报警系统用于监测井下设备的运行状态，一旦出现异常情况及时发出报警。
控制系统用于远程监控和控制井下设备的运行状态。
2. 井下设备：井下设备主要包括螺杆泵、电机和配套管线等。
螺杆泵通过电机或液压系统驱动，将地下原油提升到地面。
配套管线用于连接井下设备和地面设备，实现液体的输送。
3. 地面设备：地面设备主要包括油罐、分离器、测量仪表和电气控制设备等。
油罐用于储存地下原油，分离器用于将原油和水分离，测量仪表用于监测原油产量和质量，电气控制设备用于远程监控和控制地面设备的运行状态。
三、螺杆泵采油配套技术1. 螺杆泵设计技术：螺杆泵的设计包括泵的结构设计、叶轮设计、密封设计等，设计合理的螺杆泵可以提高采油效率，减少能耗。
螺杆泵采油系统工作原理
螺杆泵采油系统工作原理是指通过螺杆泵将地下油藏的原油抽至地面。
具体工作原理如下：
1. 旋转螺杆：螺杆泵中有一对同轴且呈螺旋状的螺杆，其中一个为主动螺杆，另一个为从动螺杆。
当泵驱动机械使主动螺杆旋转时，从动螺杆会跟随旋转。
2. 油液的吸入和排出：当螺杆旋转时，螺杆的螺纹与泵体内的定子螺纹间形成一组密闭腔体。
在泵的吸入侧，当螺杆旋转时，腔体的体积逐渐增大，形成负压，使地下油藏中的原油被吸入腔体中。
在泵的排出侧，当螺杆旋转时，腔体的体积逐渐减小，形成正压，将吸入的原油推送至泵的出口。
3. 油液的运移：原油在被推送至泵的出口后，进入输油管道进行后续的运输和处理。
这样不断重复的吸入和排出过程能够将地下油藏的原油逐渐抽至地面。
总体来说，螺杆泵采油系统通过螺杆的旋转产生的容积变化，借助螺纹封闭腔体，实现了对原油的吸入和排出，从而实现了油液的抽取和运输。
石油天然气工业井下设备——人工举升用螺杆泵系统泵在石油和天然气开采中，随着油井深度的加深，越来越多的操作需要在井下进行。
这意味着需要更多的井下设备来支持操作。
其中，人工举升用螺杆泵系统泵是石油天然气工业井下设备中的重要组成部分，本文将对其进行详细介绍。
1.什么是人工举升用螺杆泵系统泵人工举升用螺杆泵系统泵（Artificial Lift Screw Pump System）是一种用于石油和天然气开采的井下泵，通过抽吸渗入地下油层的油水混合物，达到提升地下油水混合物的作用。
与其他井下泵相比，人工举升用螺杆泵系统泵具有结构简单、运作稳定等特点。
2.人工举升用螺杆泵系统泵的组成部分人工举升用螺杆泵系统泵由以下几个组成部分构成：(1)转子转子是人工举升用螺杆泵系统泵的核心部分，它是一个金属螺旋桶，可以有不同的形状，例如圆柱形或螺旋形。
在运作过程中，油水混合物被吸入转子内部，并在旋转的过程中被推送到井口。
转子的设计与选择将根据钻完井的深度和油井的其他参数进行调整。
(2)泵筒泵筒是转子的固定部分，它包含从地下抽取的油水混合物并将其推到井口。
(3)抽油杆抽油杆连接油泵和地面的泵抽杆，传输转子的动力和控制运作。
抽油杆的长度将根据钻井深度和井内油井容量的大小进行调整。
(4)其他配件除了以上几个组成部分，人工举升用螺杆泵系统泵还需要一些其他的配件，例如密封件和弹簧，以确保系统的正常运作。
3.人工举升用螺杆泵系统泵的优缺点(1)优点a.结构简单，维修方便。
b.推动力强，能够应对深井采油。
c.运作稳定，效率高。
(2)缺点a.相比于其他井下泵，人工举升用螺杆泵系统泵的生产成本更高。
b.由于泵的结构限制，它的注入能力可能相对较低。
4.人工举升用螺杆泵系统泵的应用范围人工举升用螺杆泵系统泵主要应用于海外和陆上易于操作的石油天然气开采场地，比如沿海盆地和低深度油田，以及不需要大规模水泵设备的地区。
它可以应对不同规模的油田，从小型油田到大型油田都能使用。
试析地面驱动螺杆泵采油技术优化地面驱动螺杆泵由于抽油杆自身既需要受到拉力作用，又受到扭力作用，且下入深度较浅，在实际生产过程中如采油技术工艺不当，往往会造成固定部位的磨损或磨断油管，以及油管或抽油杆脱扣等问题，这就需要做好对相关工艺技术的优化与匹配，以保证设备的正常、稳定运行。
一、地面驱动螺杆采油工作原理概述地面驱动螺杆泵采油系统，如下图1 所述。
地面驱动螺杆泵作为一种容积式泵，其工作原理是由地面驱动装置带动抽油杆和转子在定子橡胶衬套内旋转，转子和定子之间的容积均匀上移，从而产生抽汲、推挤作用，而实现连续性的排油。
成。
油层的工作特性由综合IPR 来描述；井筒中流体则按照多相管流规律进行流动；抽油设备则主要包括了地面驱动装置、抽油杆柱、井下螺杆泵，用于向井筒中流体提供能量，其自身组成一个复杂的机械系统。
可通过正确地选择泵型和设计抽油参数（如泵深、转速和抽油杆柱组合等）来控制、调节油井的生产，使得抽油设备系统与油层和井筒的能力相协调，在高效、安全的基础上获得较高的产油量和经济效益。
对地面驱动螺杆泵抽油井采油系统的优化设计，是以整个油井为研究对象，以各子系统的协调运作为基础，以油井的生产能力为依据，以油井的产油量（经济效益）为目标，采用节点系统分析方法，进行抽油井的优化设计，充分发挥油层和抽油设备的潜力。
地面驱动螺杆泵采油系统的节点划分，详见下图 2 所示，求解点设置在下泵深度处。
在本文中，主要就地面驱动螺杆泵抽油杆轴向力和抽油杆柱扭矩的优化计算方法，以及抽油杆柱强度理论的计算进行了分析：1、抽油杆柱轴向力的优化计算（1）杆柱载荷的计算通常我们较常采用的是电缆加热解堵技术，该技术的原理是通过在油杆内下入加热电缆，利用电缆加热后所生成的热量使原油凝固问题得到解决。
需要注意的是，该技术在实施过程中，应对井口的油温进行定时测量，当检测到油温超过原油的凝固点以后，才可将电缆起出。
4、故障诊断技术地面驱动螺杆泵在采油过程中，如因管理不当、工况不合理或者产品质量等问题时，将会出现一系列故障问题，常见故障有采油井常见故障有抽油杆断脱、各种堵塞、油管漏失、定子橡胶脱落等。
螺杆泵采油螺杆泵采油螺杆泵（PCP，Progressing Cavity Pump）是以液体产生的旋转位移为泵送基础的一种新型机械采油装置。
它融合了柱塞泵和离心泵的优点，无阀、运动件少、流道简单、过流面积大、油流扰动小。
在开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其它采油方式相比具有灵活可靠、抗磨蚀及容积效率高等特点。
随着合成橡胶和粘结技术的发展，使螺杆泵也成为稠油出砂冷采、聚合物驱油的油田主要的人工举升方式。
生产厂家主要有美国的Centrilift（Baker Hughes公司的分部）、Amoco、Reda等几个大公司，它们以其雄厚的经济、技术实力，很快就研制成功并进入批量生产阶段，在技术及产品上均处于世界领先地位。
在加拿大主要由Corod公司，法国PCM公司，英国的Moyno泵有限责任公司、美国的Kois & Moyno公司，我国现加工制造螺杆泵的厂家有北京石油机械厂、唐山玉联有限责任公司、上海东方、潍坊生建、胜利高原、天津螺杆机械有限责任公司等多家，应用及配套技术也相对成熟，现已成熟的螺杆泵采油配套技术有：管柱防脱技术，杆柱防脱技术、管柱、杆柱扶正技术、螺杆泵井清、防蜡解堵工艺技术。
这些配套技术的成功应用使螺杆泵在稠油开采领域得到了较广泛的应用。
一、螺杆泵采油系统螺杆泵采油系统按驱动方式可划分为地面驱动和井下驱动两大类，而地面驱动按不同驱动形式又可分为皮带传动和直接传动两种形式，井下驱动也可分为电驱动和液压驱动两种形式。
在整个螺杆泵采油系统中，地面驱动发展较早、也较成熟，但是井下驱动避免了地面驱动扭矩的损失、设备也比较少，具有较高的采油效率，国内正处于试验阶段。
1. 地面驱动螺杆泵系统地面驱动螺杆泵装置是利用抽油杆传递地面电机的扭矩，带动井下螺杆泵转动来举升原油。
就其驱动方式而言，它是一种旋转运动的有杆泵。
其装置主要由驱动系统、联接器、抽油杆及井下抽油装置组成。
但随着丛式井、定向井及斜井的日益增多，地面驱动螺杆泵开始暴露出其缺陷，由于不断的扭转常使抽油杆接箍松脱，丝扣损坏，特别是在下泵较深，负荷较大的井中更为严重；另外，在丛式井、定向井和斜井中，常规的地面驱动系统还要经受抽油杆损坏和抽油杆与油管偏磨产生的漏失问题，增加了油井因抽油杆失效所造成的损失，使油井作业费用增加。
螺杆泵采油系统
一、国内外现状、技术发展趋势
目前，国外研制和应用单螺杆泵采油的国家主要有苏联、美国、法国和加拿大等。
地面驱动螺杆泵的使用率在加拿大已达到全部油井总数的10%，在美国也超过了2%。
有权威人士预言，地面驱动螺杆泵将在中浅井油田和低产油田普遍取代常规抽油机，而成为主要的机械采油设备。
法国PCM Pumpes公司、美国Baker Hughes Centrilift公司、Schlumberger Reda Pump公司、Weatherford International ALS、Robbins & Myers公司(下属Energy Systems、Moyno Inc.等)、加拿大Corod和Griffin以及Kudu公司(与法国PCM Pumpes公司合作)都已称为生产地面驱动螺杆泵的全球大企业。
加拿大约40％的稠油井使用螺杆泵采油；印尼的Melibur油田从1990年开始用螺杆泵代替电潜泵采油35口，泵挂深度1220m，最大排量318 m3/d；在阿根廷，使用螺杆泵的最高井温高达到127℃。
国内目前专业提供地面驱动螺杆泵12家，有30多个系列品种，其理论排量3～720m3/d，最大扬程2200m。
截至2005年底，大庆油田推广螺杆泵采油技术，在用水驱螺杆泵采油井1031口，在用聚驱螺杆泵采油井499口，用井总数超过3000口，同抽油机相比，单井可节约投资25.5%，系统效率提高10.1个百分点，节电27.9%；胜利油田在223口长期停产的稠油地产井、出砂严重的油井和丛式井中应用地面驱动螺杆泵采油，累计增产原油14.1万吨，使100多口停产井恢复了正常生产；辽河油田锦州采油厂近两年先后有92口油井采用螺杆泵生产，平均延长检泵周期64天；冀东油田高104-5区块共推广应用螺杆泵53井次，日产油由279吨上升到634吨，累计增油5.4万吨。
地面驱动单螺杆泵采油技术在国内外得到了长足的发展，未来发展趋势主要体现在：
1、高扬程、大排量螺杆泵。
2、新型螺杆泵：金属定子螺杆泵、等壁厚定子螺杆泵、合成材料螺杆泵、插入式螺杆泵和多吸入口螺杆泵。
3、螺杆泵杆柱卸扭技术：螺杆泵停机后，尽管驱动装置可以卡住光杆防止反转，但杆柱储存的弹性能量，以及油套管液位压差造成的螺杆泵马达效应，会造成起杆柱或拆卸井口过程中光杆高速旋转，乃至甩弯光杆，形成安全隐患，需
要研发相应的停机时杆柱卸扭技术。
4、螺杆泵智能化控制技术：在螺杆泵无限工况测试诊断技术的基础上，研发螺杆泵井过载保护和无液流保护智能化控制技术以及转速在线调整、供排关系智能检测的螺杆泵智能化控制技术，确定井下泵在水力高效区运行。
5、螺杆泵定子橡胶适应性研究：针对各油田不同区块原油物性的特点，研制和优选螺干泵定子橡胶，使其与原油物性相匹配。
使螺杆泵应用有针对性和目的性，延长螺杆泵定子橡胶的使用期限，提高螺杆泵整体检泵周期。
6、螺杆泵专用抽油杆、定向井柔性杆及海洋采油平台低矮型地面驱动装置。
二、生产需求和市场前景
提高低渗特低渗储层的原油采收率是延长及全国各油田企待解决的重大问题。
延长油田位于鄂尔多斯盆地中部，由于特殊的地层特点，自然产能低，是一个特低渗、异常低压、低丰度的“三低”岩性油藏。
随着油田开发不断深入定向井在延长油田愈来愈多，井下情况日趋复杂，井筒环境愈趋恶劣，同时许多难动用储量相继投入开发，使常规抽油设备遇到了诸如干抽、管杆偏磨严重、不能根据油井供液能力自动调整抽汲参数等问题以及设备投资、运行费用高等问题。
螺杆泵采油系统不仅适合于高粘度、高含砂、大油气比、低产油田的开发，而且对于普通油藏、水驱油藏后期高含水开采阶段及海洋平台采油也表现出很好的适应性。
螺杆泵采油系统具有体积小、节省钢材、重量轻、维修方便、与抽油机比投资少、节能等优点。
随着其配套技术日益完善，螺杆泵采油技术的应用有着广泛的前景。
据统计，到2007年底全国各油田共有地面驱动螺杆泵采油系统生产油井8000余口，已成为我国油田主要的机械采油方式之一。
目前，各油田使用的螺杆泵，其中也包括从美国和法国等国引进的螺杆泵，都有早期磨损过快、橡胶过早掉块、脱胶，甚至橡胶烧焦等失效现象。
一般都认为这是厂家制造质量问题。
我们经过长期的研究和下井试验验证，认为螺杆泵系统的使用寿命不仅取决于生产厂家的设计和制造质量，而且还取决于泵型是否符合油井工况，操作是否合理以及井下和地面配套设备的系统设计完善与否等。
因此，开展螺杆泵采油在延长油田定向井中研究与试验，探索螺杆泵采油在延长油田定向井的应用技术、完善螺杆泵在定向井中采油配套技术和装置，进行螺杆泵在定向井中采油的先导性试验研究是生产的需求，将为延长油田定向井采
油提供一种新的开发方式。
因此，具有广阔的市场前景。
三、关键技术
1．无级调参驱动技术
由于螺杆泵采油井的产液量跟螺杆泵转子旋转的转速成正比，所以通过与螺杆泵系列相配套的变频无级调速控制系统调节地面驱动装置转速可完成螺杆泵采油井的工况调整。
采用转矩、转速、运行电流及井口液量压力等实时检测信号和变频器控制系统可实现上述要求，并满足井下螺杆泵运动和动力的要求，同时具有过载与欠载保护、过载与欠载停机、降压启动和降速启动等功能。
根据供液要求和能力，通过在线实测电流与工频运行电流进行比较。
当液面下降电流增加，根据预先设定变频器会自动调小频率；当液面上升电流会减小，变频器自动调高频率；实现螺杆泵转速在一定范围的自动运转。
转矩是螺杆泵采油必备的特征参数，针对采用电流法对其进行间接计算，因受电网影响产生误差等缺点，采用转矩作为控制参数。
装在地面驱动螺杆泵扭矩卡子下的光杆转速一扭矩传感器把实时测得的光杆转速、扭矩等生产参数经过信号调理、转换转变成为数据采集器可以接受的数字信号，并存储于存储器中;将采集处理过的转速、扭矩信号送至调节器，与预先根据油井的提液要求设定的光杆转速、扭矩值进行比较，当螺杆泵井的光杆扭矩远低于设定时，变频装置将自动提高螺杆泵转速;当实际扭矩接近或到达设定值时，螺杆泵转速保持平稳;当光杆承受的实际扭矩远超过设定值时，变频装置自动将螺杆泵转速减小，使螺杆泵井能安全、高效地生产。
该自动控制系统具有软启动、软停机功能。
2、螺杆泵专用抽油杆、柔性抽油杆短节及扶正技术
地面驱动螺杆泵是由地面动力驱动抽油杆带动其螺杆在衬套内旋转，实现将原油从井下举升到地面。
抽油杆柱是连接地面与泵的唯一的转动件，是抽油系统中的关键部分，
在正常工作时受拉压、扭、摩、疲劳等作用力和腐蚀影响，尤其是在定向井中抽油杆柱在油管内旋转由于离心力及惯性力作用会产生振动和弯曲、还有在井斜较大的井或斜直井，抽油杆杆柱与油管管柱将产生偏磨的问题，因此必须对抽油杆柱采取扶正措施避免杆柱与油管直接接触产生偏磨，消除振动。
从抽油杆受力、设计、保护等不同的角度，通过三维井眼轨际模拟、有限元分析计算；螺杆泵专用抽油杆、柔性抽油杆短节、扶正器等选型设计方面入手，对杆柱组合、扶正位
置个数进行设计。
3、选泵与单井设计技术
螺杆泵采油的选井选泵技术是根据油井的产能、原油物性、油层深度、螺杆泵特性等来合理选择螺杆泵的泵型、确定泵的工作参数，使螺杆泵处于高效工作区、机杆泵井达到最佳匹配。
使螺杆泵采油系统既实现了合理举升，又达到了节能降耗的目的，并根据单井生产动态及时进行工作参数的调整，确保螺杆泵在合理区域内工作。
4、工况检测及故障诊断技术
螺杆泵采油井常见故障有抽油杆断脱、油管断脱、油管漏失严重、油管结蜡严重、螺杆泵定子脱落、螺杆泵定子磨损严重、油井漏失、螺杆泵定子溶涨、工作参数设置偏低、工作参数偏高等，利用扭矩测试仪直接测试扭短、转速和轴向力，用扭矩法进行分析诊断，同时结合电流、压力等其它油井生产数据，综合电流法和憋压法等常规诊断方法，进行综合分析诊断，使得螺杆泵工况分析与诊断技术由定性走向了定量。
四、技术经济指标
1.定向井泵挂深度600—1500m；
2.产液量范围1-50m3/d；
3.设备投资减少20—40%；
4.运行费用与同井抽油机相比减少40%。
五、应用前景和经济效益预测
根据供液要求和能力，利用多参数的变化来调整螺杆泵转速，对螺杆泵变频调速自动闭环控制系统；通过杆柱组合和扶正措施降低抽油杆扭断和脱扣事故的几率；该系统可实现单井自动化控制，避免了油井抽空事故的发生，达到了高效和安全的目的。
可明显改善开发效果，螺杆泵采油系统具有体积小、节省钢材、重量轻、维修方便、与抽油机比投资少、节能等优点。
同抽油机相比，地面驱动螺杆泵单井可节约设备投资20-40%左右，系统效率提高10.1个百分点，节电40%左右，占地面积减少1/10；在延长油田定向井和非定向井中应用，必将产生较大的经济效益。
