采油单螺杆泵液压驱动系统的设计

　　液压与气动采油单螺杆泵液压驱动系统的设计张彦廷（石油大学（华东）机电系，山东省东营市257062）其优越性和适用场所。

　　中国分类号：TH137. 3：B文章编号：100（-4858（2001 1问题的提出随着油田开发的进一步进行，地面驱动螺杆泵在边际油田、海上油田的原油开采和死井的再开发领域都起到了越来越重要的作用。

　　当前国内采用的螺杆泵都是机械驱动式的，即电机通过皮带传动和锥齿轮传动把旋转动力传递给抽油杆，带动井下螺杆泵旋转，依靠螺杆泵容腔的渐进效能，把原油举升到地面。由于这种驱动方式结构简单传动可靠而在油田上得到了广泛的应用。但是在应用的过程中，人们也不断地发现了其缺点和不足，这主要表现在如下几个方面：1）需要单独设计一套“防反转机构”

　　正在工作着的螺杆泵，其动力是靠抽油杆传递到井下的。因为抽油杆比较长，传递的转矩比较大，所以其自身一般会扭转数十圈，从而在抽油杆内储存了大量的变形能。由于停电而停机或根据生产的实际情况而停泵时，抽油杆内的变形能释放，带动地面设备高速反转，则很容易发生烧电机的事故；由于惯性，变形能完全释放后，抽油杆会继续反转，致使部分杆段脱扣落入井中，引发更为严重的恶性事故。为防止此类事故的发生，驱动系统中必须设有防反转机构，使变形能逐步释放，避免事故的发生。这势必提高了系统的复杂程度和产品的成本同时也提高了系统的维修费用。

　　对于螺杆泵来说，一个比较多发的故障是橡胶衬套与螺杆抱死。由于机械驱动系统的过载保护能力比较差，一旦出现上述事故还必将引发其他某种事故，如：烧电机、扭断抽油杆和衬套脱胶等。

　　当出现断杆或脱胶故障时，地面驱动系统不会立即停止工作，可能会进一步导致其他设备的损坏。

　　2液压驱动系统的设计分析可知，存在上述问题的原因在于机械系统的监测和防护性能较差。为克服现有驱动系统的不足，我们开发了一套新型的螺杆泵驱动系统一液压驱动系统。

　　油田内每口油井的工况各不相同，在不同的生产时期的供液能力也不一样，所以为满足不同的要求，驱动系统应具备无级调速功能。又由于整个系统的装机功率比较大，为提高系统效率，我们采用了变量泵-定量马达容积式调速系统。该系统的工作原理如所示。

　　3系统的工作过程开泵之前，调小泵1的排量，调节阀6阀口开度控制手轮，使阀口处于全开状态，打开截止阀11，其他阀件处于常态。

　　师，硕士，从事液压与气动及石油机械的教学和科研工作。

　　液压与气动1变量泵2安全阀组件3、4单向阀5液控二位二通阀组件6方向流量阀组件7、9、J3过滤器8液压马达10.油箱11.截止阀12压力继电器14电动机液压驱动系统原理图起动电机14泵1打出液压油经阀11、阀6流回油箱，此时泵处于卸载状态；给阀6电磁铁通电，主阀芯关闭，泵1输出的液压油经阀11驱动马达8，通过抽油杆带动井下泵低速运行；马达8进口压力升高，使阀5导阀动作，从而使主阀导通，液压油经阀5流向马达8；关闭阀11经过5分钟运行，确认井下泵工作正常后，调节泵排量到设计值，使马达转速提高到设计值；调节阀6手轮到适当阻尼状态后锁紧，此时整个系统处于正常运行状态。

　　停泵时，首先关闭电机，随着泵转速的降低，压力开始下降，马达转速降低；阀6电磁铁断电，导阀切换；马达转速降低到0之后，抽油杆中弹性能开始释放，马达开始反转，马达原进口处压力回升，阀5反向不导通，马达打出的液压油经阀6的节流口缓慢流回油箱，从而使马达反转的速度得到控制，终使抽油杆中储存的弹性能逐渐释放。安全阀组件起到第二重保护作用。

　　4螺杆泵液压驱动系统的特点在螺杆泵的地面驱动系统当中，液压驱动系统与机构驱动系统相比具有如下特点：能够自动处理抽油杆抱死、抽油杆断脱等事故，根据井况无级调节产液量，具体操作如下：出现此类故障时，马达的输出转矩会增大，马达的进口压力会升高，则泵的出口压力也会升高。当压力达到压力继电器的设定压力时，压力继电器动作，切断电机的电源，泵停止工作，同时使阀6的电磁铁断电，导阀切换，防反转系统起动。

　　此时，马达的输出转矩会减小，马达的进口压力会降低，则阀5的导阀复位，主阀芯关闭，泵出口压力升高。当压力达到压力继电器的设定压力时，压力继电器动作，切断电机的电源，泵停止工作，同时使阀6的电磁铁断电，整个系统停止工作。

　　当油井的供液能力发生变化时，系统应能根据实际情况，调节井下单螺杆泵的转速。此时可以调节液压驱动系统变量泵的排量，改变系统的流量，调节马达的转速，从而使井下单螺杆泵转速相应地得到调整，防止泵抽空现象的发生。

　　5关于液压驱动螺杆泵的几点建议1）螺杆泵的应用应该走机电液一体化的道路目前，国外采油机械系统正在迅速向自动化控制方向发展，而我国在这方面还处于起步阶段，发展比较缓慢，这主要由于机械系统参数的测试和控制比较复杂。但液压系统的工作参数的测量和控制相对于机械系统来说是非常容易的，特别是采用可编程控制器控制可以使整个系统得到简化。

　　2）液压驱动螺杆泵比较适合于海上油田的开发应用螺杆泵的系统效率相对机械传动来说比较低，维护成本比较高，受环境的影响比较大。所以在陆地上应用，其优势不很明显。但用在海上油田却可以充分发挥液压驱动系统的优势。采油平台操作空间有限，采油系统密集。如果通过液压系统驱动螺杆泵，则可以采用单泵集中向多台马达供油的方案。这样不仅可以大大地节省平台上的操作空间，而且还可以降低采油系统的总体成本，提高原油开采的经济效益。

　　6结论地面液压驱动采油单螺杆泵的事故自处理能力强，具有自我保护功能，可以实现无级调速，便于实现自动化控制。用于海上油田开发时，还可以采用集中供油的方案，节省平台的操作空间，节约投资费用，降低原油的开采成本。