第十五章多相混輸泵技術(shù)中國石油大學(xué)李玉星一、引言1.1幾個概念兩相流－油、氣。三相流－油、氣、水。多相開采系統(tǒng)－油井產(chǎn)生的油、氣、水（有時還含有砂、天然氣水合物和蠟等）混合物通過管線輸送到中央處理裝置的過程。1.2傳統(tǒng)輸送方法井口短距離輸送然后進行相分離液－泵加壓繼續(xù)輸送氣－壓縮機加壓繼續(xù)輸送1.3多相混輸技術(shù)井口多相泵加壓輸送致目的地1.4使用多相泵的目的減小設(shè)備的資金成本和復(fù)雜性消除油水管線和氣體管線的分離邊際油田的開發(fā)提高產(chǎn)量減小重量和空間需求（海上應(yīng)用）減少氣體水和物延長油藏開采期限減小井口回壓1.5多相泵的經(jīng)濟影響通過減小井的回壓可以增加產(chǎn)量地面設(shè)施的合并衛(wèi)星油田的經(jīng)濟發(fā)展

1.6多相泵的分類旋轉(zhuǎn)動力泵－螺旋軸流泵容積式泵－雙螺桿泵雙螺桿泵對多相介質(zhì)具有良好的增壓效果、可靠性高，是世界各國研發(fā)的重點。二、國外發(fā)展現(xiàn)狀法國石油研究院(IFP)開發(fā)了一種旋轉(zhuǎn)動力式多相流混輸泵。特點是采用螺旋線葉輪與導(dǎo)葉配合，氣液混合物沿軸向流動，輸送混合物的干度范圍為0～0.95，相對應(yīng)的葉輪入口氣液比從0到18(體積比)。經(jīng)工作臺試車后，進行現(xiàn)場試驗，在實際工作條件下該泵安全運行5000小時。鮑曼公司在80年代中期開始研制多相泵，1988～1992年在突尼斯試制成功，1992年開始市場銷售，作為陸上泵已被廣泛采用，特別適合于近海油田的海上平臺。潛水泵也在開發(fā)研制，其ME型、MW型、MHP型和MPC型系列泵已在中國、美國、加拿大、突尼斯、委內(nèi)瑞拉、德國等國家的陸上和海上油田應(yīng)用，并取得良好效果。雷斯特利滋公司的第一臺多相泵于1993年應(yīng)用于墨西哥灣，現(xiàn)在可提供轉(zhuǎn)子直徑96～365mm、最大排量為1650m3/h，含氣率最高可達100%的雙螺桿泵。日本Natl

石油公司和日本九州大學(xué)的學(xué)者K.Egashira

等對泵內(nèi)回流量與螺桿參數(shù)的關(guān)系做了定性研究，建立了回流量的數(shù)學(xué)模型，分析了回流量與壓差、含氣率及轉(zhuǎn)速等因素的關(guān)系?，F(xiàn)場試驗證明雙螺桿泵即使在氣塞相當(dāng)嚴(yán)重的情況下也能很好工作，對多相介質(zhì)有良好的增壓效果。我國在這方面還處于整機引進和原理機試制階段。大慶、勝利等油田已引進了陸上用的雙螺桿混輸泵，累了一定的實踐經(jīng)驗。有關(guān)科研單位也開始了混輸泵的探索性研制工作，在雙螺桿多相泵的設(shè)計、試驗研制及多相流的數(shù)值計算等方面做了大量的工作，已完成了模型機的試驗。但混輸技術(shù)的研制開發(fā)工作仍面臨一系列的技術(shù)難題：雙螺桿多相泵的設(shè)計問題。雙螺桿多相泵轉(zhuǎn)子型線及刀具研究。密封、潤滑、冷卻及其附機配套技術(shù)的研究。

三、雙螺桿泵工作原理與性能3.1工作原理圖1雙螺桿混輸泵工作原理圖3.2性能特性3.2.1流量圖2雙螺桿混輸泵流量示意圖3.2.2壓力圖3理想雙螺桿混輸泵壓力分布示意圖3.2.3效率四、雙螺桿泵的特點4.1特點適合中小流量(10～1000m3/h)和低中高各種壓差(0～10MPa)；具有硬特性，即在進口參數(shù)或揚程發(fā)生變化時，流量基本不變；工作適應(yīng)性廣，可輸送0～100%范圍內(nèi)任何含氣率的流體；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，能在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高效，適合變頻驅(qū)動；允許輸送介質(zhì)中含泥沙及雜質(zhì)；價格比軸流混輸泵低；重量、尺寸較大。4.2優(yōu)勢

多相泵用于油田的開發(fā)，很大的優(yōu)勢就是降低總投資。表現(xiàn)在兩個方面：與傳統(tǒng)所用的先氣液分離，后分別增壓輸送的兩套獨立系統(tǒng)相比，多相混輸僅需一套增壓輸送系統(tǒng)即可滿足要求；探頭壓力被降低，提高了單井采油率，減少了開井口數(shù)。五、多相混輸泵的設(shè)計5.1螺桿齒形及泵結(jié)構(gòu)設(shè)計油氣混輸泵的主要工作元件－－螺桿。泵設(shè)計的要害問題－－螺桿齒形及桿與套的間隙。5.2雙螺桿泵輸送多相流介質(zhì)的特點油氣比影響排量多相輸送可減低泵的內(nèi)泄漏量，提高泵的效率軸向力太大、軸承早期破損用同步齒輪實現(xiàn)主動螺桿向從動螺桿傳遞運動在吸入腔下面設(shè)計一較大的存液區(qū)，當(dāng)發(fā)生段塞流，保證泵的正常運行。5.3非密閉螺桿齒型及設(shè)計原理確定非密閉螺桿泵負荷性質(zhì)的幾何因素

螺紋深度螺距斷面形狀圖4非密閉螺桿齒型參數(shù)

r－螺紋根圓半徑

R－頂圓半徑5.3.1各參數(shù)之間的關(guān)系及物理意義螺旋升角α＝0時，螺桿截面齒形為矩形；α≠0時，螺桿截面齒形為梯形。α對流量Qt的影響不大，α增大時，排量Qt有所增大。當(dāng)螺桿外徑D取定，即R=D/2時，r/R=0.4～0.7。Qt和r/R之間呈拋

物線關(guān)系，排量Qt隨r/R降低而增加。螺矩為t，t/R=0.5

～1.5，排量Qt正比與螺距t。

5.3.2設(shè)計方法已知條件

η－泵的機械效率

γ－多相流體中液體的流動粘度

H－泵的進出口壓差

Q－混輸系統(tǒng)要求的排量計算步驟1、根據(jù)要求的排量Q和輸送介質(zhì)情況選定的容積效率η，求出理論排量Qt；2、參考已有的非密閉螺桿泵參數(shù)和螺桿螺紋特