高粘度螺杆泵工作特性研究概述以及国内测试技术的研究

<一>、螺杆泵工作特性研究概述
　　前苏联对低压头螺杆泵的工作特性进行了理论和实验研究，在建立了容积损失、机械损失的理论和经验计算模型的基础上，试验分析了螺杆泵结构参数对其工作性能的影响。研究表明螺杆泵的转子直径、定子导程、偏心距以及定转子间的过盈存在的联系，只有各结构参数维持值的条件下即存在合理值，单螺杆泵才能和长期的工作，并给出了主要结构参数的优比值选择范围。研究认为定转子间的过盈对单螺杆泵的工作性能有很大的影响，增加过盈量可减少容积损失，但也会加大机械损失。这些理论和试验数据只是适用于低压头沥青螺杆泵，而对于采油用的高压头螺杆泵尚需进行有关的试验和理论研究工作。
　　采油螺杆泵的工作寿命很大程度上取决于定子衬套耐油橡胶的性能，橡胶定子受多种因素的影响，直接影响螺杆泵的工作特性。主要研制和应用丁腈橡胶、丙烯睛含量橡胶和氢化丁腈橡胶三种。普遍采用的是加工工艺稳定的丁腈橡胶及其改性胶。
　　在采油螺杆泵工作特性研究中，还有以下不足：①采油用螺杆泵结构参数、工作参数和实际工况条件下对其工作特性的影响没有系统研究，试验研究和验证工作开展得比较少；②对螺杆泵定子衬套的变形规律及其对泵特性的影响没有进行研究；③从改进结构设计、力学特性角度来提高螺杆泵工作特性方面没有进行研究与实践；对润滑特性差的介质的螺杆泵研究和缺乏措施。
　　<二>、国内沥青螺杆泵测试技术的研究
　　20世纪80年代初期，沥青螺杆泵机械采油设备开始应用于人工举升，在抽汲高赫度、高含气和高含砂原油中具有其他举升设备不能替代的优越性。沥青螺杆泵工况测试技术是沥青螺杆泵采油管理技术的基础，也是对油并进行诊断的条件。我国从1984年就已经引进沥青螺杆泵并应用于油田生产，应用井数由初的9口井发展到2009年底的4000余口井。相比沥青螺杆泵制造工艺和配套设备技术上的发展，高粘度螺杆泵工况测试技术相对滞后，在20世纪90年代末期，国内才开始发展沥青螺杆泵井专项测试技术，而当时油井生产管理仍然以依靠产量、动液面和电流等为参照的经验分析为主，缺乏系统性的设计、监测、工况诊断及优化办法。
　　抽油机井示功图法工况测试技术已成熟，在沥青螺杆泵井分析中却难以找到类似方法可以直观描述井下工况的测试技术。由于沥青螺杆泵的性，加之故障形式复杂，如果仅凭单一的测试方法诊断工况，符合率较低，所以实际诊断中采用综合测试技术，才能为管理者正确评价油井工况提供依据。沥青螺杆泵综合测试技术从所属技术上划分，主要为经验测试技术、电参数测试技术、光杆载荷测试技术及机械振动测试技术。
　　国内沥青螺杆泵测试技术的研究历经了十余年。自天津市工业泵厂1984年引进美国Allweiler公司沥青螺杆泵技术以来，曾先后尝试了负载电流法、套管鳖压法、扭矩/轴向力法、振动法测试等多种方式，但现场操作仍以人工测试方式为主。2002年大庆采油工艺研究所提出沥青螺杆泵井综合测试方法，并出一套完整的系统测试诊断平台。该平台包括无线测试仪硬件平台、测试诊断及优化设计软件平台，其中软件平台主要由基础数据库、系统诊断模块、系统优化设计模块构成。用户只需输入生产数据和光杆扭矩、轴向力载荷和电参数等数据，就可以该井的产能状况、工况及故障类型、杆柱校核结果及建议措施等信息，还可以进行举升系统设计和工作参数的优化等工作。该软件为沥青螺杆泵井的系统优化设计、工况分析、故障诊断及措施调整提供了依据。现场应用表明，在所有的测试参数中，杆柱扭矩和轴向力载荷能够比较准确、清晰地反映沥青螺杆泵系统常见的工作状况，因此也倍受用户推崇。但是，缺少其他数据的补充，单凭这2个测试参数难以识别举升系统的其他复杂工况和故障。因此如何完善基于扭矩/轴向力测试法的智能综合测试技术是国内近期亟待解决的难题。