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单螺杆泵油气多相混输及流程分析

发布时间:2011-2-21 9:59:44 | 阅读次数:1151次

螺杆泵油气多相混输及流程分析

在石油开采中,油井生产中往往伴随着一定量的天然气、水和固体

颗粒。为了实现降低井口回压、增加原油产量、提高开发效益以及

达到油气密闭输送目的,必须对用油气多相混输泵对油气等多相混

合介质增压输送。单螺杆泵可以输送气液固多相介质,并可以在短

时间内输送纯气体介质,实现多相混输。在混输系统设计中,充分

分析混输介质和单螺杆混输泵的特点,确保系统安全、可靠、科学。
   
单螺杆式油气混输泵工作原理及特点 
   
单螺杆泵工作是同一定外型面的转子在对应内型面的定子内啮

合,形成特殊的接触线,使定子腔分隔,此接触线称密封线。当转

子按一定轨迹转动时,其密封线做轴向移动,也使定子容腔做轴向

移动,即容积位移,这时密封线在一端消失,又从另一端产生新的

密封线,随之把介质从一端推向另一端。 
   
单螺杆式油气混输泵因采用具有良好弹性的橡胶材质的定子,它

与转子啮合需要有一定的过盈量,使其产生可靠的密封性。当泵工

作时密封线可有效地阻止气体通过,从而达到输送气体的目的;当

介质中含有固体颗粒,若固体颗粒挤在密封线中时,由于橡胶定子

的弹性作用定子橡胶表面被压缩,固体颗粒越过密封线,定子橡胶

回弹恢复原来的形状,这样,单螺杆泵可实现输送介质中含有微量

固体颗粒的目的。 
   
单螺杆式油气混输泵适合用于腐蚀性介质、含气介质、含泥沙

固体颗粒介质和高粘度介质的输送。含气量可达95%,介质粘度可达

50000mPa•S,含固量可达60%,允许固体颗粒直径≤3.5~32mm,流量

与转速成正比,在低转速低流量下可保持压力的稳定,具有良好的

调节性能,便于实现自动化控制。
 
   
螺杆泵多相混输介质主要指标
   
油气比和含水率
   
油气多相混输介质是主要由原油、天然气以及水、固体颗粒等

液态、气态、固态成份组成。在油田开发中衡量油井生产的油气特

性的指标有油气比、含水率、含固率等,不同油井的油气比、含水

率各不相同,而且悬殊很大。油气比指油气介质在标准大气压下气

体体积与原油体积之比值。气体在不同压力、温度下,按气态方程

改变其状态;当不考虑温度变化对其状态变化的影响时,气体的体

积随压力的变化成反比例变化。同时压力升高,部分气体会被液化,

反之液化的气体会被气化;并且在其压力变化时,溶解在液体中

气体的量也发生变化。油气混输时,泵吸入室所承受油井汇管压力,

其压力通常高于大气压,介质中的气体已经压缩,这时用在特定

气压下的油气比表示介质特点已不能反映泵的实际运行状态。含水

率是反指含水的质量百分比,也不能反映泵的实际运行状态。为了

反映进入混输泵中液、气比例,我引入进液率的概念。
   
进液率
   
进液率是指介质在进泵时,液相成分的量占流量的百分比,这

里指体积之比。有了进液率的概念,不管油气比是多少,液体中的

水分含多少,气体被压缩的程度有多大,也不管介质中固体颗粒成

分有多少,用进液率就基本上反映泵的运行状况。
根据试验及油田运行数据初步分析确认,进液率在不小于5%,单螺

杆泵就能正常工作。5%的液体就能把转子与定子相对运动产生的摩

擦热量带走,也能对转子和定子啮合面起到润滑作用,确保螺杆泵

正常运行。
   
混输流程设计时应注意的问题
   
液相介质的连续供给问题
   
在油井原油生产中其生产状态很不稳定,在一段时间内有可能

气体含量高,而另一段时间内液体含量高,所以在使用单螺杆泵做

油气混输时,为了防止泵在输送液体和气体、混合液的过程中,有

一段时间内液体断流,造成定子因摩擦产生的热量使定子橡胶温度

升高,橡胶老化,降低定子的使用寿命,介质在进入单螺杆泵腔时

尽量使用原油中的液体与气体均匀混合,保证液体介质对泵的连续

供给。
   
A、 同时开动油田区块中的多口油井,让油井的油气相互补充,使进入单螺杆泵的介质尽量均匀。
   
B、 泵前管路中增设缓冲罐,在缓冲罐里储存一定量的原油,

并用一套限流装置给混输泵供给一定量的原油。这样无论油井含气

量如何变动,都可保证最低进液率,使混输泵能够正常工作。在输

油管路上增设的限流装置,其流量应为混输泵流量1/20的定量泵,

用单螺杆泵效果会更好,使用时间应同时控制启停。
   
C、泵后管路中增设回油罐,用限流装置把罐中的部分液体反回

到混输泵入口,保证进泵油气的进液率,使混输泵能够正常工作。

限流装置可用节流阀控制流量,也可用单螺杆泵控制流量。本方案

因回流部分液体,会降低系统效率。
   
当输送流量较大,采用多台泵并联输送时,必须注意吸入管路的

对称布置,保证使进入单螺杆泵的介质尽量均匀分配,防止偏流。
   
串连运行中问题
   
当输送距离较远、泵压力较高时,可采用多台串联运行。由于

气体的可压缩性,各级泵流量要根据油气比、汇管压力、混输管线

压力、各泵之间的压力分配综合考虑。为了各级泵都能协调正常工

作,必须要以各采压点的压力自动调节泵的转速,调节泵的流量,

达到高压油气混输的目的。
   
混输泵的承压问题
   
由于在混输系统里,混输泵吸入室不仅仅承受油井采油管路回

压,可能还要承受出口压力或前一级泵的压力(如图1所示)。当输

送由管线输送切换为混输泵输送,或由混输泵输送切换为管线直输,

在阀门切换时,泵的吸入端和排出端都承受油气混输管线压力。

因此吸入室必须能够有足够的承压能力,通常要能承受排出端的压

力。
 
混输泵的防反转问题
   
混输泵在流程系统里运行后,泵进出管线之间产生一定的压差。

当停泵阀门未关闭时,有可能泵发生倒转现象。由于油气混输中

流体大部分是气体,流动阻力较小,流动速度快,会使泵反转超过

额定转速,发生飞车现象,容易发生事故。在设计流程时,应采取

相应措施,防止发生这种现象。可以在泵出口管路上安装逆止阀,

防止流体反向流动,这种方法最简单实用可靠;也可选用附带制动

装置的电动机。
   
防止单螺杆泵超压运行
   
一般单螺杆泵输送介质的性质、状态都比较复杂,在管路里可

能造成堵塞。因单螺杆泵是容积式类型的泵,当发生堵塞或人为操

作失误时,会造成泵的超压,很容易损坏其零部件。上海J9集团九游泵业制造有限公司

为了防止泵的损坏,必须在泵的排出管到吸入管之间安装安全阀。也可在出口管

线安装压力继电器,在泵超过额定压力时自动报警停泵。

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