螺杆泵井合理转速的影响因素

摘要：螺杆泵采油中转速大小直接影响泵的效率和寿命，而其转速的确定，与多种因素有关。首先要考虑的是介质的粘度、定子橡胶的疲劳强度和过盈量，介质的粘度将影响泵的充满系数（容积效率）。分析讨论影响螺杆泵转速选取几个重要因素，对确定地面驱动单螺杆泵井合理转速提供参考依据。

关键词：螺杆泵；转速；泵效；影响因素

中图分类号： TU71文献标识码：A 文章编号：

螺杆泵具有结构简单、体积小、质量轻、维护保养方便等优点，但在管理与技术经验方面的不断完善和应用，使螺杆泵采油技术也逐渐成为一种新的成熟举升方式。在螺杆泵的日常管理中，转速的确定尤为重要，合理的转速应当与油井的工作状况及螺杆泵的结构参数相匹配。如果转速选择不当，不但会使泵效下降，还会影响泵的寿命，针对影响螺杆泵转速的几个主要因素进行讨论，为确定其合理转速提供参考依据。

1螺杆泵的工作参数

螺杆泵能否正常工作、寿命的长短、效益的高低与螺杆泵合理工作参数有着直接的关系。螺杆泵的工作参数是指针对转子的旋转速度而言，根据螺杆泵理论排量计算公式：

Q=4EDTn

式中：E—转子偏心距，m；D—转子外径，m；T—定子导程，m；n—转速，r/min；Q—泵的理论量m3/d

由上式可知，在螺杆泵结构参数E，D，T确定后，排量Q只与转速n成正比。因此需要实现较大排量或较小排量只需调整转子的转速。螺杆泵转速越高，理论排量越大，在供液能力充足的情况下，产量越高。转速不宜过快，过快会大大加速转子与定子之间的磨损，因转子在定子内旋转时，定子橡胶受到周期压缩，产生摩擦面的自动升温和疲劳，在井温比较高的情况下，既加速降低了定子金属套与橡胶结合面上粘结剂的强度，也加速了定子橡胶的老化，从而缩短螺杆泵的使用寿命。

螺杆泵在供液能力充足的情况下，要实现较大的排量只有提高转子的转速，转速的增加可以有效地增大高度，不同程度地弥补因转速的增加而加剧了定子磨损造成的漏失。根据文献（1）的三组试验曲线（见图2-1）就说明了当转速降低时，容积效率也会有较大幅大的降低。为保证低转速时的高效率，可采用降低泵的工作压力或提高泵的每级承压能力（采用高扬程的泵）的办法来补偿因转速低而引起的容积效率的下降。这样就可做到低转速下的高效率，同时也降低了泵的磨损，延长了泵的寿命。

2螺杆泵合理转速的主要影响因素

螺杆泵采油中转速大小直接影响泵的效率和寿命，而其转速的确定，与多种因素有关：首先要考虑的是介质的粘度、定子橡胶的疲劳强度和过盈量，介质的粘度将影响泵的充满系数(即容积效率)，下面我们为确定合理转速，对影响螺杆泵转数的几个主要因素进行讨论：

2.1原油粘度

原油粘度是影响较螺杆泵转速的主要因素之一，原油粘度影响泵的充满系数，当泵的转子旋转时，在泵的吸入口处泵的空腔容积逐渐变大，这时，只要有一定压差，原油便可迅速充满空腔。泵的转速越高，流道内液流的轴向速度就越大。若油液粘度较大，则因其流动性差，泵吸入口的水力阻力将变的很大，油液就不能很快充满吸入腔，使泵的容积效率急剧下降。由于油液不能完全充满泵的密封腔以及油液中大量气泡的产生，造成转子、定子之间的局部干摩擦，并有剧烈的振动和噪声产生，会对泵的寿命产生严重的影响。

对于地面驱动的螺杆泵，还要克服抽油杆柱在井中旋转所受到的流体阻力。根据流体力学，假设牛顿流体μ为常量，在等速旋转的条件下，作用在抽油杆上流体转动阻力为：

M=πμd12d22Lω/(d12-d22)（1）

式中：μ为原油粘度，Pa.s；ω为抽油杆旋转角速度，rad/s；L为抽油杆长度，m；d1，d2分别为抽油杆外径、油管内径，m。

由（1）式可见，在粘度较大时，如果转速过高，阻力矩变的很大，不仅会引起泵的机械损失增大，还会对抽油杆的强度造成一定的影响。所以，当抽吸的油液粘度较高时，泵的过高会影响泵的使用寿命。

2.2定子的磨损

螺杆泵定子磨蚀主要有摩擦磨损、疲劳磨损及磨砺磨损等。研究表明，泵的定子磨损量与工作转速的平方成正比。转速越高，转子、定子之间的滑动速度越大，定子所受的循环载荷的频率也越大，接触区的温升也越高，这就加剧了摩擦磨损及疲劳磨损的程度。在高含砂的油井中，过高的工作转速还会加剧磨砺性磨损，造成螺杆定子橡胶接触面凸出部分的擦伤，引起泵过早失效。所以，从降低定子磨损、延长泵的寿命角度来看，泵的转速不宜过高。

2.3过盈量

为使螺杆泵具有容积泵的特点，就必须使定、转子间的空腔保持良好的密封性，即必须有一定的过盈值。螺杆泵的定、转子间的过盈配合情况如图3-3-1所示，其过盈量为δ=(b-a)/2。对于定子的初始过盈δ0来说，δ0越大，泵的转速应越低，这样有助于降低定子的磨损速度及提高泵的机械效率。因此，在泵的使用初期，应在最低转速抽汲井液。随着定子的逐渐磨损，转子、定子之间的间隙也会逐渐增大，故在螺杆泵的使用后期，可适当地提高转速，补偿因定子的磨损而造成容积效率的急剧下降。总之，随着油井的不断开采，产量将不断下降，泵的转速也要相应调节到合适的值，确保油井注采关系协调，使之始终与油井产能相匹配。

2.3应用实例

以下面螺杆泵井转速调整为例，进行分析螺杆泵合理转速的确定与应用，调整前油井产量与工作转速不合理，N1转速在68 r/min时与N2转速在67 r/min时均未使产能得到充分的发挥，沉没度水平高，产量偏低，当转速分别调到99r/min和80r/min时，泵排量与油井产量相匹配较为合理，沉没度稳定，同时满足油井生产需要，工作制度逐步合理。调整前后对系统效率进行测试对比，系统效率增加。见表1和表2。因此，选择泵的适当转速是很必要的。

表1螺杆泵转速调整效果

表2调整前后系统效率测试对比

3结论

（1）螺杆泵转速的确定是一个非常重要而又复杂的问题，在不同的场合，不同的工况，不同的泵的结构参数以及泵的不同使用时期下，对螺杆泵的特性应有不同的要求，那么转速也就有不同的选取。

（2）螺杆泵井转速最高不宜超过166r/min，在防止干磨的情况下，建议转速控制在100 r/min左右为宜，新井投产初期应不断调整泵的转速，达到泵与井况的合理匹配，使泵获得较长的寿命。

（3）若想得到螺杆泵的好的综合特性，就应对上述因素进行综合考虑，确定较为合适的转速，这样才能既保证一定的泵效，又能保证一定的工作寿命。

参考文献：

[1]胡博仲.机械采油配套技术[M].石油工业出版社，1993.

[2]韩修廷.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨工程大学出版社，1998.