采油单螺杆泵的发展历史过程

螺杆泵的历史较长，在20世纪20年代中期法国人勒内·莫依诺发明设计出这种泵，在30年代
初期，莫依诺原理获得专利权，很快便有很多公司开始生产螺杆泵。1945年以来，螺杆泵在技术和制
造工艺上都做了大量的改进和完善，继法国之后美国、前苏联以及加拿大等国家都开展了螺杆泵的研
制和应用，在50年代中期，莫依诺原理(MoynoTheory)被用于钻井工业中，80年代初期，螺杆泵被
用作石油工业中的人工举升设备，Kois&Myers公司是首批采油螺杆泵制造商，他们把螺杆泵作为一种
代替常规举升工艺的替代技术推向市场。我国从80年代中期将螺杆泵引入到油田生产当中，1986年
大庆油田从加拿大Griffin公司引进螺杆泵在油田试用，从此国内厂家便开始了较系统地研制井下采油
螺杆泵。
目前，井下采油螺杆泵大致可分为以下四种结构形式:一是地面驱动采油单螺杆泵，它是井下采
油螺杆泵中最简单的结构形式，也是国内外井下采油螺杆泵采用的主要结构形式，由于是利用抽油杆
传递泵所需要的扭矩，因此在大排量情况下很难实现深井采油。二是电动潜油单螺杆泵，它的最大特
点是不需要抽油杆传递动力，特别适合于深井、斜井和水平井采油作业，较早开展这种泵的研究工作
的是前苏联和法国，近年来，美国等发达国家也开始重视电动潜油螺杆泵的开发，并在多砂、高粘深
井、定向井、水平井中采用，取得了很好的效果，在某些情况下，电动潜油螺杆泵的使用寿命甚至比
电动潜油离心泵高5倍。三是单螺杆液动机一单螺杆泵装置，这种装置将地面动力液送入井下的顶部螺
杆衬套副中，以顶部螺杆衬套副作为动力，驱动底部螺杆衬套副旋转，由底部螺杆衬套副作为泵来实现
采油作业，目前这种装置在国外已投入现场应用，但数量很少。四是多头螺杆泵，与单头单螺杆泵相
比，它大大地减小了泵的凡何尺寸，提高了泵的排量和压头，降低了泵的转速。
在国外较普遍应用的是井下采油单螺杆泵，目前井下采油单螺杆泵的最大下井深度已达到2438m，
最大排量已达795m3/d，泵的平均净举升高度为900一1550m，排量为80一160m3/d，在这种情况下泵
的系统效率在63%左右，美国一家石油公司曾对螺杆泵采油系统、电动潜油离心泵和有杆泵抽油系统
三种采油设备，在水驱采油井中进行同样条件下的采油试验，试验结果表明，三种采油系统的效率分
别为63.4%、52.4%、50.4%，其中螺杆泵采油系统的效率最高，此外螺杆泵采油系统的装备投资费用比
另外两种采油装备低20%一30%以上，定子的平均寿命为1一2年，地面驱动部分的寿命在5年以上。
另外，泵的工作寿命主要取决于定子衬套材料的性能，定子材料受到多种因素的影响，如温度、芳香
族化合物、HZS等，因此深入研究不同环境条件下的定子衬套材料是提高采油螺杆泵性能和工作寿命
的关键。目前，国外主要研制了4种橡胶材料作为螺杆泵定子衬套副的材料，即丁睛橡胶、超高丙烯
睛含量橡胶、氢化丁睛橡胶和含氟橡胶。目前国外开发的高丙烯睛含量橡胶能成功地用于温度为40℃，
芳香族化合物含量达11%的油井中，且能保持较好的机械性能，这种橡胶已成功地用于250℃的高温油
井中;氟橡胶能适应较高的温度，但机械性能不够好，因此工作寿命不长，在定子橡胶中加入添加剂
对减小螺杆一衬套副之间的摩擦很有益处，尤其在高含水高含气井中。在磨蚀和腐蚀环境下表面硼化处
理的转子比表面镀铬的转子寿命长得多，实验已证明，表面硼化处理的转子寿命是表面镀铬的5倍。
在原油开采中，螺杆泵抽油井有抽油机井不可比拟的优点:首先螺杆泵地面设备简单、紧凑、操
作安全可靠、管理方便、重量轻占地面积小、一次性投资少。其次由于螺杆泵是螺旋抽油的容积泵，
排量均匀无脉动，轴向流动流速稳定，因此没有液柱和机械传动的惯性损失，泵内无阀件和复杂的流
道，所以水力损失小，故障率低且泵效高，成为现有机械采油设备中能耗最小、效率较高的机种之一，
同时由于能均匀地排液和吸液，溶解气不易从原油中析出，从而减少了气体对泵效的影响，不会发生
气锁，因此较适合高含气井。再者螺杆泵是靠橡胶定子和镀铬转子挤压配合，使进入密封腔的流体随
转子的转动从吸入端向排出端移动，而且转子和定子之间腔室位置的横截面积和体积都是相同的，腔
室移动排油不存在配合间隙和余隙容积问题，不可能发生砂卡、阀失效、气锁等有杆泵常见的故障，
所以适合抽汲高粘度和产含砂原油，一般的螺杆泵适合输送粘度为80OmPas以下的流体，特殊的螺杆
泵能输送粘度更高的流体。
与其它各种采油方式一样，它也有自身的缺点:一是容易出现定子脱胶的问题，定子脱胶的原因
是由于高速旋转摩擦产生大量的热，使被硫化的橡胶在高温下老化而与钢管脱离，这就要求橡胶定子
具有良好的耐磨、耐腐蚀和耐热等物理化学性质，同时，还应具有良好的机械性能。再者螺杆泵的排
量低，螺杆泵采油系统的排量随转数的不同而不同，通常情况下，下泵深度为12O0m时的最大排量为
80m，左右。
随着合成橡胶技术和砧结技术及注聚合物采油技术的发展，螺杆泵不断得到推广应用，目前，我
国大庆、胜利等油田已广泛应用地面驱动单螺杆泵开采原油，并取得了较好的经济效益。

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