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摘要：介绍了螺杆泵的结构、工作原理和特点，并针对其在使用过程中出现的问题进行分析，并提出了相应的对策。螺杆泵作为一种油田采输工艺技术，是一种行之有效的采输手段，广泛应用于采油生产。螺杆泵对于输送介质物性有着优越的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好的解决普通容积泵所面临的气蚀、气锁、砂卡问题，达到很高的效率。
关键词：螺杆泵；采油；工艺；故障分析
中图分类号：P641.4+62 文献标识码：A 文章编号：
GLB系列采油螺杆泵是近十几年来国内外迅速发展起来的一种新型采油机械设备[1]。其结构简单，体积小，重量轻，使用维修方便，节省能耗，价格低，能输送液体种类范围较宽，包括高粘稠油、高含腊原油、含砂原油，达到抽吸地下原油的作用。通过螺杆泵采油工艺可解决稠油在油井井筒中的流动及地层疏松引起的出砂问题。
1结构及工作原理
螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。二者由加强级抽油杆作为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵的转子工作。螺杆泵结构见图1。井下螺杆泵是由一个单头转子和一个双头定子组成，在两件之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时，这些空腔沿轴向由吸入端向排出端方向运动，密封腔在排出端消失，同时在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液体也随着运动由吸入端被推挤到排出端。最终这些封闭腔随转子旋转，从泵入口向出口方向移动，并将液体由进口端推向出口端，排入到管线，举升到地面。
2性能特点
（1）螺杆泵属于容积式泵，液体沿输液元件的轴向均匀、低速流动，是螺杆泵具有独特的优点。液体的种类多，粘度范围大，可抽稠油和高含蜡原油；适应产量方面，从几立方米到高产的几百立方米均可顺利举升；携砂能力强，衬套材料对砂粒等固体杂物有容让性，可抽含砂原油。还具备高气液比处理能力，不发生气锁。
（2）运动部件少，没有阀件和复杂流道，油流扰动小，水力损失低，泵效达70％，系统效率达60％。
（3）流量调节容易，改变地面驱动装置的转速就可实现。整套设备易损件少，井口驱动头仅有1套需润滑的驱动头，井下设备也只有1个移动件，维护方便，运行费用低。
（4）螺杆泵采油系统的主要缺点是扬程较低。目前，最大清水扬程仅为2600米，不能满足深井开采要求。
有资料显示螺杆泵可以举升6000cp的稠油，而且螺杆泵对出砂井有很好的适应性，以前螺杆泵的检泵周期比较短，主要是定子橡胶在长期工作环境下老化脱落，造成泵不密封，导致泵失效，現阶段由于耐高温抗老化的特种橡胶的出现，这个问题在一定程度上解决，或者说是减轻。螺杆泵在生产安过程中由于转速过快会产生大的离心力，使得抽油杆弯曲，从而造成管杆摩擦，严重时会造成抽油杆磨断脱，油管磨漏，在抽油杆上加装扶正器后这个问题可以缓解，至于地层供液不足，液流不足以带走定转子磨擦产生的热量，致使定子橡胶烧毁，导致检泵的问题是在设计过程中的问题，不应该归纳到螺杆泵本身上来，即使是普通的稠油泵，当供液不足时也会产生断杆，断管的问题，只有合理生产参数才能保证井下泵系统的正常工作，同时螺杆泵的生产参数调节要比抽油机好调节的多，只要降低转速就在一定程度上消除供液不足带来的影响，这是他的一个优势。螺杆泵技术的关键还是在于定子橡胶的寿命上，只有提高定子橡胶的寿命才能延长检泵周期，提高他的竞争力。
3螺杆泵采油故障原因分析
3.1造成螺杆泵检泵周期短的原因
螺杆泵采油与同排量的抽油机等常规采油设备相对比，螺杆泵泵效相对较低，检泵周期相对较短。大量的现场实践和理论分析表明，造成螺杆泵泵效低的主要原因是螺杆泵定子橡胶性能差，单级承压能力低，易引起泵漏失，导致泵效下降。
（1）定子导热性能差，橡胶长时间在高温环境下工作致使橡胶碳化破损，使用寿命降低。
（2）杆柱与油管发生偏磨，导致杆断脱、油管磨漏等井下工具的损坏，致使检泵。
（3）由于地层供液不足，液流不足以带走定转子磨擦产生的热量，致使定子橡胶烧毁，导致检泵。
3.2井口回压高、负荷重造成烧皮带频繁、电机烧毁原因
（1）因为混合物流体的粘度过高，根据某区原油粘度为348～7092mPa.s，胶质和沥青质的含量为21.95～44.4％，含蜡量为7.42～15.58%.原油胶质和沥青质的含量较高。原油在井下泵的强烈搅拌作用下，原油和水形成乳化程度很高的油包水型乳状液，乳状液的粘度随着乳化程度的升高（水滴颗粒被搅拌得很细）而大幅度提高，远远超出了螺杆泵负荷能力。
（2）驱动装置故障引起机械负荷增大，主要有中间滚轴轴承磨损造成受力不均引起负荷增大，上下两端的定位扶正滚珠轴承磨损、输入轴齿面和主锥体齿面啮合间隙过大造成受力不均引起负荷增大。
（3）因为原油在举升过程粘度会升高，所以一些螺杆泵井一旦回压过高则必须洗井才能恢复生产，同时地面输油管线需要扫线。因为乳状液的粘度对于温度的敏感性低，加温对于降粘效果不明显，通常将转子提出泵筒后采用反洗井。
3.3抽油杆、转子及油管脱扣原因
（1）由于螺杆泵井采用φ25mm高强度抽油杆和φ36mm空心抽油杆，由于扭矩大，很容易造成杆断和防脱器碎裂和过载停机，断脱位置在上、中、下均有。主要是停机时因为扭力卸载，抽油杆高速反转，其反转速度远远高于正常开抽时的正转速度，此时抽油杆非常容易脱扣，甚至造成油管脱扣。
（2）目前使用的油管锚为机械式座封，在座封时主要靠给油管加压使其坐封。加压使油管在井内严重弯曲，抽油杆在油管内工况恶化，坐封力不好控制，故易导致油管脱扣。
（3）驱动装置的密封性差。现有地面驱动装置密封有两处：一是减速器油封密封，二是井口盘根盒密封。尤其井口盘根密封漏油严重，因为现在采用的盘根为“O”型聚乙烯四氟，对光杆磨损较大，造成光杆外径变细，新加盘根后，光杆与盘根之间密封由于盘根的可塑性差造成间隙过大，导致从盘根处漏油。
（4）井下工况判断不精确。目前尚无有效的螺杆泵工况监测手段，对螺杆泵井的泵况诊断仅有2 种方法。一是观察运行电流，看电流是否在正常范围之内；二是井口憋压测试压降，通过观察油、套压的变化，绘制变化曲线进行分析，对出现的复杂情况难以准确诊断。
（5）泵最佳实际排量与油井产能不匹配。
4对策
（1）对反向乳化严重的油井，采用环空加破乳剂的方式生产，降低产出液粘度，并可提高螺杆泵的吸入能力；采用电动潜油螺杆泵，减少由于抽油杆搅动引起的粘度增加，并可提高油井的流通面积，井下机组运转产生的热量还可加热原油降低井筒流体的入泵粘度。
（2）采用传递高扭矩的抽油杆，解决抽油杆本体、连接丝扣的抗扭问题，防止抽油杆断脱；用旋转式油管锚替代在用的油管锚，减小因为管、杆弯曲造成的管、杆脱扣；对盘根密封的泄漏一是采用高塑性盘根，二是使用带锥度的盘根盒。
（3）螺杆泵系统优化设计。开发螺杆泵系统设计参数调整的软件，对螺杆泵下井前的检验、组装、设计进行优化。测量光杆扭矩、转速、轴向力及电力参数进行泵况诊断，使油井、驱动设备、油管、抽油杆及相关参数合理匹配，并随着地层压力、产能、产液物性等的改变进行设备和参数的调整，最终达到供抽协调。
（4）油井产层供液能力好坏、高低，决定了螺杆泵的使用效率。因此建议在今后油井原油举升方式上应科学、合理考虑其工艺设计条件。采油工艺的选择至原油提升设备的选型，必须依据油井油藏供液能力方面的客观现实，依托油藏工程方面科学的研究、预测、分析，“因井制宜”才能发挥较好的经济效益，并及时诊断低能效井，确定抽油系统的总效率，而确定总效率只需测量输入电动机的功率、测定井底生产压力和精确的生产测试数据。一般游梁式抽油系统的总效率应为50％左右，若低于此应提高其性能。提高总效率的技术包括保持高容积效率（泵的规格与井筒注入量匹配、消除气干扰、用抽空控制器或定时器控制抽油）和换掉过大的电动机。
5结束语
保持螺杆泵抽油高产率的具体做法，应进行声波液面测定，确定动液面与泵吸入口的相对深度。若液面高于泵吸入口，那么井不可能以最大产量开采。如果是气干扰影响产率，则液面高于泵吸入口；若是抽量过大导致低产，则液面应在泵吸入口处或附近。讨论了螺杆泵在使用过程中出现一些问题，螺杆泵抽油最常见的作业问题是泵不能完全充满，造成生产率低，泵不完全充满是由于泵的容量大于井的产量或泵吸入口处气分离不好，一部分泵排量受气干扰而损失，如果消除泵内气的干扰和控制泵的运转时间，使泵排量与流入井底的液量相匹配，就可以提高效率和降低成本。
参考文献：
[1] 韩修廷.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1998.
关键词：螺杆泵；采油；工艺；故障分析
中图分类号：P641.4+62 文献标识码：A 文章编号：
GLB系列采油螺杆泵是近十几年来国内外迅速发展起来的一种新型采油机械设备[1]。其结构简单，体积小，重量轻，使用维修方便，节省能耗，价格低，能输送液体种类范围较宽，包括高粘稠油、高含腊原油、含砂原油，达到抽吸地下原油的作用。通过螺杆泵采油工艺可解决稠油在油井井筒中的流动及地层疏松引起的出砂问题。
1结构及工作原理
螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。二者由加强级抽油杆作为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵的转子工作。螺杆泵结构见图1。井下螺杆泵是由一个单头转子和一个双头定子组成，在两件之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时，这些空腔沿轴向由吸入端向排出端方向运动，密封腔在排出端消失，同时在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液体也随着运动由吸入端被推挤到排出端。最终这些封闭腔随转子旋转，从泵入口向出口方向移动，并将液体由进口端推向出口端，排入到管线，举升到地面。
2性能特点
（1）螺杆泵属于容积式泵，液体沿输液元件的轴向均匀、低速流动，是螺杆泵具有独特的优点。液体的种类多，粘度范围大，可抽稠油和高含蜡原油；适应产量方面，从几立方米到高产的几百立方米均可顺利举升；携砂能力强，衬套材料对砂粒等固体杂物有容让性，可抽含砂原油。还具备高气液比处理能力，不发生气锁。
（2）运动部件少，没有阀件和复杂流道，油流扰动小，水力损失低，泵效达70％，系统效率达60％。
（3）流量调节容易，改变地面驱动装置的转速就可实现。整套设备易损件少，井口驱动头仅有1套需润滑的驱动头，井下设备也只有1个移动件，维护方便，运行费用低。
（4）螺杆泵采油系统的主要缺点是扬程较低。目前，最大清水扬程仅为2600米，不能满足深井开采要求。
有资料显示螺杆泵可以举升6000cp的稠油，而且螺杆泵对出砂井有很好的适应性，以前螺杆泵的检泵周期比较短，主要是定子橡胶在长期工作环境下老化脱落，造成泵不密封，导致泵失效，現阶段由于耐高温抗老化的特种橡胶的出现，这个问题在一定程度上解决，或者说是减轻。螺杆泵在生产安过程中由于转速过快会产生大的离心力，使得抽油杆弯曲，从而造成管杆摩擦，严重时会造成抽油杆磨断脱，油管磨漏，在抽油杆上加装扶正器后这个问题可以缓解，至于地层供液不足，液流不足以带走定转子磨擦产生的热量，致使定子橡胶烧毁，导致检泵的问题是在设计过程中的问题，不应该归纳到螺杆泵本身上来，即使是普通的稠油泵，当供液不足时也会产生断杆，断管的问题，只有合理生产参数才能保证井下泵系统的正常工作，同时螺杆泵的生产参数调节要比抽油机好调节的多，只要降低转速就在一定程度上消除供液不足带来的影响，这是他的一个优势。螺杆泵技术的关键还是在于定子橡胶的寿命上，只有提高定子橡胶的寿命才能延长检泵周期，提高他的竞争力。
3螺杆泵采油故障原因分析
3.1造成螺杆泵检泵周期短的原因
螺杆泵采油与同排量的抽油机等常规采油设备相对比，螺杆泵泵效相对较低，检泵周期相对较短。大量的现场实践和理论分析表明，造成螺杆泵泵效低的主要原因是螺杆泵定子橡胶性能差，单级承压能力低，易引起泵漏失，导致泵效下降。
（1）定子导热性能差，橡胶长时间在高温环境下工作致使橡胶碳化破损，使用寿命降低。
（2）杆柱与油管发生偏磨，导致杆断脱、油管磨漏等井下工具的损坏，致使检泵。
（3）由于地层供液不足，液流不足以带走定转子磨擦产生的热量，致使定子橡胶烧毁，导致检泵。
3.2井口回压高、负荷重造成烧皮带频繁、电机烧毁原因
（1）因为混合物流体的粘度过高，根据某区原油粘度为348～7092mPa.s，胶质和沥青质的含量为21.95～44.4％，含蜡量为7.42～15.58%.原油胶质和沥青质的含量较高。原油在井下泵的强烈搅拌作用下，原油和水形成乳化程度很高的油包水型乳状液，乳状液的粘度随着乳化程度的升高（水滴颗粒被搅拌得很细）而大幅度提高，远远超出了螺杆泵负荷能力。
（2）驱动装置故障引起机械负荷增大，主要有中间滚轴轴承磨损造成受力不均引起负荷增大，上下两端的定位扶正滚珠轴承磨损、输入轴齿面和主锥体齿面啮合间隙过大造成受力不均引起负荷增大。
（3）因为原油在举升过程粘度会升高，所以一些螺杆泵井一旦回压过高则必须洗井才能恢复生产，同时地面输油管线需要扫线。因为乳状液的粘度对于温度的敏感性低，加温对于降粘效果不明显，通常将转子提出泵筒后采用反洗井。
3.3抽油杆、转子及油管脱扣原因
（1）由于螺杆泵井采用φ25mm高强度抽油杆和φ36mm空心抽油杆，由于扭矩大，很容易造成杆断和防脱器碎裂和过载停机，断脱位置在上、中、下均有。主要是停机时因为扭力卸载，抽油杆高速反转，其反转速度远远高于正常开抽时的正转速度，此时抽油杆非常容易脱扣，甚至造成油管脱扣。
（2）目前使用的油管锚为机械式座封，在座封时主要靠给油管加压使其坐封。加压使油管在井内严重弯曲，抽油杆在油管内工况恶化，坐封力不好控制，故易导致油管脱扣。
（3）驱动装置的密封性差。现有地面驱动装置密封有两处：一是减速器油封密封，二是井口盘根盒密封。尤其井口盘根密封漏油严重，因为现在采用的盘根为“O”型聚乙烯四氟，对光杆磨损较大，造成光杆外径变细，新加盘根后，光杆与盘根之间密封由于盘根的可塑性差造成间隙过大，导致从盘根处漏油。
（4）井下工况判断不精确。目前尚无有效的螺杆泵工况监测手段，对螺杆泵井的泵况诊断仅有2 种方法。一是观察运行电流，看电流是否在正常范围之内；二是井口憋压测试压降，通过观察油、套压的变化，绘制变化曲线进行分析，对出现的复杂情况难以准确诊断。
（5）泵最佳实际排量与油井产能不匹配。
4对策
（1）对反向乳化严重的油井，采用环空加破乳剂的方式生产，降低产出液粘度，并可提高螺杆泵的吸入能力；采用电动潜油螺杆泵，减少由于抽油杆搅动引起的粘度增加，并可提高油井的流通面积，井下机组运转产生的热量还可加热原油降低井筒流体的入泵粘度。
（2）采用传递高扭矩的抽油杆，解决抽油杆本体、连接丝扣的抗扭问题，防止抽油杆断脱；用旋转式油管锚替代在用的油管锚，减小因为管、杆弯曲造成的管、杆脱扣；对盘根密封的泄漏一是采用高塑性盘根，二是使用带锥度的盘根盒。
（3）螺杆泵系统优化设计。开发螺杆泵系统设计参数调整的软件，对螺杆泵下井前的检验、组装、设计进行优化。测量光杆扭矩、转速、轴向力及电力参数进行泵况诊断，使油井、驱动设备、油管、抽油杆及相关参数合理匹配，并随着地层压力、产能、产液物性等的改变进行设备和参数的调整，最终达到供抽协调。
（4）油井产层供液能力好坏、高低，决定了螺杆泵的使用效率。因此建议在今后油井原油举升方式上应科学、合理考虑其工艺设计条件。采油工艺的选择至原油提升设备的选型，必须依据油井油藏供液能力方面的客观现实，依托油藏工程方面科学的研究、预测、分析，“因井制宜”才能发挥较好的经济效益，并及时诊断低能效井，确定抽油系统的总效率，而确定总效率只需测量输入电动机的功率、测定井底生产压力和精确的生产测试数据。一般游梁式抽油系统的总效率应为50％左右，若低于此应提高其性能。提高总效率的技术包括保持高容积效率（泵的规格与井筒注入量匹配、消除气干扰、用抽空控制器或定时器控制抽油）和换掉过大的电动机。
5结束语
保持螺杆泵抽油高产率的具体做法，应进行声波液面测定，确定动液面与泵吸入口的相对深度。若液面高于泵吸入口，那么井不可能以最大产量开采。如果是气干扰影响产率，则液面高于泵吸入口；若是抽量过大导致低产，则液面应在泵吸入口处或附近。讨论了螺杆泵在使用过程中出现一些问题，螺杆泵抽油最常见的作业问题是泵不能完全充满，造成生产率低，泵不完全充满是由于泵的容量大于井的产量或泵吸入口处气分离不好，一部分泵排量受气干扰而损失，如果消除泵内气的干扰和控制泵的运转时间，使泵排量与流入井底的液量相匹配，就可以提高效率和降低成本。
参考文献：
[1] 韩修廷.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1998.