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單螺桿泵油氣多相混輸及流程分析

在石油開采中，油井生產中往往伴隨著一定量的天然氣、水和固體

顆粒。為了實現降低井口回壓、增加原油產量、提高開發效益以及

達到油氣密閉輸送目的，必須對用油氣多相混輸泵對油氣等多相混

合介質增壓輸送。單螺桿泵可以輸送氣液固多相介質，并可以在短

時間內輸送純氣體介質，實現多相混輸。在混輸系統設計中，充分

分析混輸介質和單螺桿混輸泵的特點，確保系統安全、可靠、科學。
   
單螺桿式油氣混輸泵工作原理及特點 
   
單螺桿泵工作是同一定外型面的轉子在對應內型面的定子內嚙

合，形成特殊的接觸線，使定子腔分隔，此接觸線稱密封線。當轉

子按一定軌跡轉動時，其密封線做軸向移動，也使定子容腔做軸向

移動，即容積位移，這時密封線在一端消失，又從另一端產生新的

密封線，隨之把介質從一端推向另一端。 
   
單螺桿式油氣混輸泵因采用具有良好彈性的橡膠材質的定子,它

與轉子嚙合需要有一定的過盈量，使其產生可靠的密封性。當泵工

作時密封線可有效地阻止氣體通過，從而達到輸送氣體的目的；當

介質中含有固體顆粒，若固體顆粒擠在密封線中時，由于橡膠定子

的彈性作用定子橡膠表面被壓縮，固體顆粒越過密封線，定子橡膠

回彈恢復原來的形狀，這樣，單螺桿泵可實現輸送介質中含有微量

固體顆粒的目的。 
   
單螺桿式油氣混輸泵適合用于腐蝕性介質、含氣介質、含泥沙

固體顆粒介質和高粘度介質的輸送。含氣量可達95%，介質粘度可達

50000mPa•S，含固量可達60%，允許固體顆粒直徑≤3.5~32mm，流量

與轉速成正比，在低轉速低流量下可保持壓力的穩定，具有良好的

調節性能，便于實現自動化控制。
 
   
單螺桿泵多相混輸介質主要指標
   
油氣比和含水率
   
油氣多相混輸介質是主要由原油、天然氣以及水、固體顆粒等

液態、氣態、固態成份組成。在油田開發中衡量油井生產的油氣特

性的指標有油氣比、含水率、含固率等，不同油井的油氣比、含水

率各不相同，而且懸殊很大。油氣比指油氣介質在標準大氣壓下氣

體體積與原油體積之比值。氣體在不同壓力、溫度下，按氣態方程

改變其狀態；當不考慮溫度變化對其狀態變化的影響時，氣體的體

積隨壓力的變化成反比例變化。同時壓力升高，部分氣體會被液化，

反之液化的氣體會被氣化；并且在其壓力變化時，溶解在液體中

氣體的量也發生變化。油氣混輸時，泵吸入室所承受油井匯管壓力，

其壓力通常高于大氣壓，介質中的氣體已經壓縮，這時用在特定

氣壓下的油氣比表示介質特點已不能反映泵的實際運行狀態。含水

率是反指含水的質量百分比，也不能反映泵的實際運行狀態。為了

反映進入混輸泵中液、氣比例，我引入進液率的概念。
   
進液率
   
進液率是指介質在進泵時，液相成分的量占流量的百分比，這

里指體積之比。有了進液率的概念，不管油氣比是多少，液體中的

水分含多少，氣體被壓縮的程度有多大，也不管介質中固體顆粒成

分有多少，用進液率就基本上反映泵的運行狀況。
根據試驗及油田運行數據初步分析確認，進液率在不小于5%，單螺

桿泵就能正常工作。5%的液體就能把轉子與定子相對運動產生的摩

擦熱量帶走，也能對轉子和定子嚙合面起到潤滑作用，確保螺桿泵

正常運行。
   
混輸流程設計時應注意的問題
   
液相介質的連續供給問題
   
在油井原油生產中其生產狀態很不穩定，在一段時間內有可能

氣體含量高，而另一段時間內液體含量高，所以在使用單螺桿泵做

油氣混輸時，為了防止泵在輸送液體和氣體、混合液的過程中，有

一段時間內液體斷流，造成定子因摩擦產生的熱量使定子橡膠溫度

升高，橡膠老化，降低定子的使用壽命，介質在進入單螺桿泵腔時

盡量使用原油中的液體與氣體均勻混合，保證液體介質對泵的連續

供給。
   
A、 同時開動油田區塊中的多口油井，讓油井的油氣相互補充，使進入單螺桿泵的介質盡量均勻。
   
B、 泵前管路中增設緩沖罐，在緩沖罐里儲存一定量的原油，

并用一套限流裝置給混輸泵供給一定量的原油。這樣無論油井含氣

量如何變動，都可保證最低進液率，使混輸泵能夠正常工作。在輸

油管路上增設的限流裝置，其流量應為混輸泵流量1/20的定量泵，

用單螺桿泵效果會更好，使用時間應同時控制啟停。
   
C、泵后管路中增設回油罐，用限流裝置把罐中的部分液體反回

到混輸泵入口，保證進泵油氣的進液率，使混輸泵能夠正常工作。

限流裝置可用節流閥控制流量，也可用單螺桿泵控制流量。本方案

因回流部分液體，會降低系統效率。
   
當輸送流量較大，采用多臺泵并聯輸送時，必須注意吸入管路的

對稱布置，保證使進入單螺桿泵的介質盡量均勻分配，防止偏流。
   
串連運行中問題
   
當輸送距離較遠、泵壓力較高時，可采用多臺串聯運行。由于

氣體的可壓縮性，各級泵流量要根據油氣比、匯管壓力、混輸管線

壓力、各泵之間的壓力分配綜合考慮。為了各級泵都能協調正常工

作，必須要以各采壓點的壓力自動調節泵的轉速，調節泵的流量，

達到高壓油氣混輸的目的。
   
混輸泵的承壓問題
   
由于在混輸系統里，混輸泵吸入室不僅僅承受油井采油管路回

壓，可能還要承受出口壓力或前一級泵的壓力（如圖1所示）。當輸

送由管線輸送切換為混輸泵輸送，或由混輸泵輸送切換為管線直輸，

在閥門切換時，泵的吸入端和排出端都承受油氣混輸管線壓力。

因此吸入室必須能夠有足夠的承壓能力，通常要能承受排出端的壓

力。
 
混輸泵的防反轉問題
   
混輸泵在流程系統里運行后，泵進出管線之間產生一定的壓差。

當停泵閥門未關閉時，有可能泵發生倒轉現象。由于油氣混輸中

流體大部分是氣體，流動阻力較小，流動速度快，會使泵反轉超過

額定轉速，發生飛車現象，容易發生事故。在設計流程時，應采取

相應措施，防止發生這種現象�？梢栽诒贸隹诠苈飞习惭b逆止閥，

防止流體反向流動，這種方法最簡單實用可靠；也可選用附帶制動

裝置的電動機。
   
防止單螺桿泵超壓運行
   
一般單螺桿泵輸送介質的性質、狀態都比較復雜，在管路里可

能造成堵塞。因單螺桿泵是容積式類型的泵，當發生堵塞或人為操

作失誤時，會造成泵的超壓，很容易損壞其零部件。上海正奧泵業制造有限公司

為了防止泵的損壞，必須在泵的排出管到吸入管之間安裝安全閥。也可在出口管

線安裝壓力繼電器，在泵超過額定壓力時自動報警停泵。