潜油直驱螺杆泵在萨北油田的应用
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【摘要】潜油螺杆泵取消了抽油杆，将驱动装置移至井下，在继承了地面驱动采油螺杆泵优点的同时，也克服了其固有的缺陷。北2-356-84是萨北油田第一口潜油螺杆泵，也是第一口潜油直驱螺杆泵试验井，投产已有8个月。本文从潜油直驱螺杆泵的基本结构入手，与螺杆泵进行对比，分析其在油田的适用性；根据这在生产中出现的问题，归纳了该设备在日常管理中的注意事项；并提出所应做的后续试验。
【关键词】潜油直驱螺杆泵 适用性 日常管理
地面驱动采油螺杆泵与抽油机相比，具有基建费用少、占地小、节能等优点。但也因其特殊的采出方式，暴露出热洗难度大、抽油杆偏磨问题始终无法根治的问题。因此，潜油螺杆泵开始进入油田生产领域，随着潜油电机技术水平的提高，近年来发展出了潜油直驱螺杆泵，即取消机械减速装置，潜油电机直接驱动螺杆泵转子，依靠地面变频设备降低转速。
1 潜油直驱螺杆泵的基本结构
潜油直驱螺杆泵核心部分由直驱潜油电机（含电机保护器）、连接器、螺杆泵泵身和地面变频控制设备组成，抽汲部分为螺杆泵，驱动部分类似电泵。最显著的特点是专用直驱潜油电机和柔性连接器。
1.1 直驱潜油电机
与普通电潜螺杆泵相比，潜油直驱螺杆泵取消了机械减速装置，而使用专门的直驱永磁同步电机，依靠地面控制箱控制器实时跟踪负载变化，调节相应的电压和电流，精确控制电机速度和转矩。
1.2 连接器
连接器也称柔性轴，为双万向节结构，连接电机转子和螺杆泵转子。连接器在将电机转子的同心运动转换为螺杆泵转子的偏心往复运动，承受高扭矩的同时，双万向节中的止推轴承还要承担螺杆泵的向下轴向力，阻止其作用在电机轴上。
2 潜油直驱螺杆泵现场试验情况
2.1 北2-356-84井概况
北2-356-84井是萨北油田第一口潜油直驱螺杆泵井。该井1994年10月新井投产，使用6型抽油机。2006年11月转螺，使用KGLB200-25型螺杆泵。在进行潜油直驱螺杆泵试验前，螺杆泵转速65Rpm，日产液30.4t，日产油1.1 t，含水96.5%，液面720米，流压7.69Mpa。该井产量低，油稠蜡多，小队反映管理比较困难，即便热洗周期按照30天执行，洗井效果也并不理想。2.2 试验用潜油直驱螺杆泵基本参数
根据北2-356-84的地层供液能力，选取了ZQLB120-27泵型的潜油直驱螺杆泵，使用普通工业用电380V变压器，额定扭矩700N・m，最大转速500Rpm，最大理论排量86.4m3/ d。
2.3 目前生产情况及发生问题
该井于2012年5月20日作业完工，投产后初期进行加密测试，后进入常态管理，运行近一年来生产情况比较稳定，沉没度保持在500米左右，泵效90%以上。
该井投产初期在清蜡方面出现了一些问题，给生产造成了一些影响。该井参照电泵井管理，按照7天一个周期进行刮蜡。头三次刮蜡都很顺利，于是决定将周期延长到15天。结果第五次刮蜡下不去，一天后保护器过载保护自动断电停机。采油矿调用洗井清蜡车不点炉洗井配合刮蜡，入口温度75℃，温度很快返回，洗井压力也只有5Mpa，但刮蜡仍很困难。最终耗时5个小时才到完成刮蜡。
2.4 相关认识
反思该井刮蜡下不去的原因，并不是因刮蜡不及时，过多的蜡质附着在油管壁上导致。而是由于泵排量小，单次刮削下的蜡质多，无法将其充分排出油管，多次的二次堆积所造成。为了避免再出现这种情况，采取了以下措施：将刮蜡周期定为7天，每进行3-4次刮蜡后立即用热洗泵洗井，并进行周期加药。在执行了新的刮蜡周期和管理办法后，该井未再出现过刮蜡下不去的现象。
3 潜油直驱螺杆泵的适用性分析
3.1 螺杆泵的检泵原因
统计萨北油田聚驱（三元）螺杆泵近3年检泵井的问题原因发现无论是总体统计还是单独统计损坏周期小于550天的螺杆泵检泵井，杆问题都是造成检泵的主要因素（67.2%/65.3%）。如果计算小修井，杆问题导致的作业比例会进一步上升。潜油直驱螺杆泵将几百米长的抽油杆缩短为1米左右的双万向节，连接点数量由100多个减少为几个，简洁的构造带来了故障点的减少。
3.2 适用产量的装机范围
萨北油田计划试验20口潜油直驱螺杆泵，分为三种泵型，理论排量由8.6m3/d到172.8m3/d。 厂家建议将转速控制在100-250Rpm以内，参照潜油直驱螺杆泵试验井泵效90%、抽油机50%、普通螺杆泵70%计算，该设备生产能力上可替代萨北油田全部70mm以下泵径的抽油机和500以下的螺杆泵，部分83mm泵径的抽油机、800的螺杆泵以及100方的电泵也可考虑使用。
3.3 特殊井况条件
同普通螺杆泵相比，取消抽油杆即从根本上解决了杆管偏磨问题，更适合侧斜井的生产。将驱动装置转移至井下，可以在敏感地区进行高转速生产。光油管结构，不但改善了油流通道，也使得潜油直驱螺杆泵可以依靠刮蜡手段机械剥离蜡质，配合热洗强制排蜡，更适合于低产井、高含蜡井。
4 潜油直驱螺杆泵的应用前景
4.1 潜油直驱螺杆泵设计上的先进性
单从设计理念上看，潜油直驱螺杆泵做到了现有技术条件下采出端设备的3个最优：
最优的驱动方式。永磁同步电机可以精确控制电机转速和扭矩。在保证低转速运行、大扭矩输出的同时，电机转子无感应电流励磁，减少了对电网的冲击。
最优的传动方式。通过与潜油电机配合使用的柔性轴直驱，取消了机械减速箱和抽油杆。在减少故障点，提高油管内的过流面积的同时，大幅度缩短传动距离，提高了系统效率，降低了能耗。
最优的抽汲方式。采用螺杆泵这一容积泵，泵体内流道简单，可以连续吸入、排出介质，具有自吸能力，单一泵型流量范围宽，适应介质范围宽。
4.2 潜油直驱螺杆泵的问题点
该设备的隐患点是潜油电机和螺杆泵定子橡胶，这两处是否出现问题，与转速有直接关系。
低转速下潜油电机的散热：低转速带来的低排量影响了电机的散热，电机长期在过热情况下使用，加速绝缘老化，导致机组烧或电缆击穿。
高转速下螺杆泵定子橡胶的寿命：转子长时间高转速运转，导致定子橡胶过热熔胀，寿命缩短，甚至直接卡泵。
5 潜油直驱螺杆泵的后续试验
（1）扩容试验：选择高产井或下小一级泵型，摸索不同产量、不同采出液性质下的合理转速，并检验300Rpm以上转速下的设备性能和寿命；
（2）三元驱试验：在萨北油田三元区块选井，与现有采出设备对比防腐防卡性能，探讨在三元区块规模化使用的可行性；
（3）兼容性试验：将现有或处于试验阶段的螺杆泵安装在直驱潜油电机上，检验兼容性和生产性能。
作者简介
关崇峰（1984年3月），男，2008年毕业于东北石油大学，现工作于第三采油厂工程技术大队，助工，现从事机采管理。