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新型螺桿泵
（1）用于稠油開采的螺桿泵
   最近，美國R&M能源系統(tǒng)液流管理部研制出一種用于稠油開采的Moyno井下螺桿泵，見圖1-1。該泵采用了轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)形成的推進(jìn)式密閉腔室設(shè)計，液流由泵的吸入端推移至排出端時形成一個密閉腔體，從而實現(xiàn)舉升作用。這一設(shè)計提供了一個較直的流動通道和穩(wěn)定、無脈動的液流。轉(zhuǎn)子與定子螺旋式的連續(xù)密封保證了液體的連續(xù)流動。另外，該設(shè)計提供的轉(zhuǎn)子與定子臨界壓縮比符合最小的液流損失，減少了泵的內(nèi)部摩擦，使容積效率達(dá)到最大值。不同款泵型可處理不同流量、泵深和井況。新型泵僅有一個井下移動部件。較低的能量需求降低了作業(yè)成本，其連續(xù)的泵排量高達(dá)700t/d(5000BFPD日產(chǎn)液桶數(shù))，有效泵深為1829m(6000ft)。該泵可處理重度為5°～45°的API石油。可處理含砂和磨蝕的液流，也適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的、小井眼的和特殊類型的井。
（2）美國用于處理高溫高                        
   美國PCM泵業(yè)公司新研發(fā)的全金屬Vulcain螺桿泵是專為開采稠油而設(shè)計的，見圖1-2。與其它常規(guī)泵相比，該泵在開采高溫高粘采液時效率更高、更可靠，也許稠油這次遇到了真正的勁敵。
目前每年稠油及和其它非常規(guī)油開采量為3.6萬億桶油，占總量的比重越來越大，已超過目前世界未探明油氣儲量預(yù)測值。到2025年，非常規(guī)油供給量要占全球原油供給量的20%以上。熱力采油，像蒸汽輔助重力泄油和蒸汽吞吐增產(chǎn)等技術(shù)，開采稠油的投資較大。該技術(shù)是把熱能注入油藏，降低稠油粘度，然后使其流入到采油井中。然而，稠油溫度高達(dá)350℃，用桿式泵和電潛泵等常規(guī)泵開采難度較大。
   與其它泵相比，常規(guī)螺桿泵的泵效更高、更耐用，其運行的極限溫度低于稠油生產(chǎn)溫度，主要是受所用的材料限制。螺桿泵是由鋼制轉(zhuǎn)子、泵體、合成橡膠定子組成，橡膠定子使螺桿泵不適用于極高溫條件。橡膠定子在極高溫條件下極容易老化，并導(dǎo)致普通螺桿泵失效。
新型Vulcain型螺桿泵具有全金屬專利設(shè)計，與普通螺桿泵相比，具有不受超高溫限制的優(yōu)點和適應(yīng)性。Vulcain螺桿泵還具有較低的沉沒生產(chǎn)能力，在較低的井下壓力和較高粘度條件下運行良好。
   Vulcain螺桿泵是PCM公司與油田長達(dá)十年的研究合作成果。熱力采油過程中，螺桿泵要適應(yīng)的惡劣井下條件，并要盡可能低成本，使之進(jìn)行工業(yè)化推廣。通過合作，新型全金屬螺桿泵技術(shù)在全世界均受到專利保護(hù)。
   與電潛泵和桿式泵相比，Vulcain螺桿泵具有成本低、維修費用少、占地面積小、安裝和操作簡易等優(yōu)點。Vulcain螺桿泵密封設(shè)計降低了現(xiàn)場泄漏的危險，適用于完整的地面系統(tǒng)和成套工具。
PCM公司的Vulcain螺桿泵已在世界主要非常規(guī)油田成功應(yīng)用，包括加拿大阿爾伯塔省北部的Athabasca油田，全球非常規(guī)油田采出井都可以應(yīng)用此泵。
（3）加拿大全金屬 螺桿泵（MPCP）
   加拿大全金屬螺桿泵結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，見圖1-3。其主要工作部件為轉(zhuǎn)子和定子。與轉(zhuǎn)子匹配的定子呈雙螺旋形，在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子呈單螺旋形。轉(zhuǎn)子從底部開始快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生漸進(jìn)式腔體，把液體從每個腔體內(nèi)驅(qū)替出來，完成泵送。螺桿泵是非脈沖容積泵，在一定的轉(zhuǎn)子速度下，恒量泵送采出液。而常規(guī)式橡膠螺桿泵，螺旋形定子由橡膠制成，固定在外部金屬管上。全金屬螺桿泵的定子是由金屬材料制成，能夠承受高溫作業(yè)條件。定子是由3個9ft長的部件焊接在一起，成為一個獨立裝置。為防止高溫和磨損，轉(zhuǎn)子和定子都加了特殊涂層。
   全金屬螺桿泵有如下優(yōu)點：控制流量簡易，安裝方便，作業(yè)溫度范圍寬，最高可達(dá)350℃，泵送的采出液粘度范圍廣，揚程低（能在較低的井底壓力條件下作業(yè)）無剪切、乳狀液形成，在較高粘度條件下啟動靈活。目前的全金屬螺桿泵的設(shè)計如下兩個特點：使用壽命至少要達(dá)到1年，約8000h，能夠處理原油中的砂（超過5%）。
新型螺桿泵配套設(shè)備
（1）新型螺桿泵鎖定系統(tǒng)
   美國阿伯丁Caledyne股份有限公司研制出快速閉合(SISO) 鎖定系統(tǒng)，安裝在Weatherford生產(chǎn)的箭頭式螺桿泵上，可一次起下作業(yè)，見圖1-4。油管柱配裝一短節(jié)，并與鎖定裝置一起連接到螺桿泵上。鎖定裝置和定子可阻止轉(zhuǎn)子箭頭轉(zhuǎn)動，插入部件遇到接頭落下，進(jìn)入短節(jié)。然后鎖定止動鍵向下移動，釋放箭頭。轉(zhuǎn)子與定子下面的銷釘桿連接，轉(zhuǎn)子按規(guī)定操作程序停下，螺桿泵準(zhǔn)備運行。
   箭頭與內(nèi)心軸重新嚙合，釋放閉鎖裝置，使整個部件脫離孔眼。SISO鎖定裝置的設(shè)計使其無需離開孔眼就可在短節(jié)中復(fù)位，便于驅(qū)動頭靠近抽油桿柱。
（2）密封固定器
   美國Caledyne股份有限公司研制出一種可保證井下密封的密封固定器，該固定器可直接安裝在螺桿泵定子下面。該固定器更適應(yīng)于插接式螺桿泵。
該固定器是依靠裝置上部的（內(nèi)部球閥座的下面）油管或套管壓力而工作的，見圖1-5。密封固定器采用了抽汲皮碗座設(shè)計，減緩了裝置速度，并使其產(chǎn)生適應(yīng)油田的可調(diào)低壓。壓力增加可以剪切球閥座，也可以使球在液流中浮動，從而使液流以最小流量旁流，直接拉動定子可恢復(fù)密封固定器。
（3）防旋轉(zhuǎn)螺桿泵固定器
   Caledyne WL-5型固定器是專為螺桿泵定子研制的，是一根展開的鋼絲繩，與柱塞一起為螺桿泵定子組件構(gòu)成一個不旋轉(zhuǎn)的固定點。另外，該固定器在螺桿泵入口環(huán)空之間配有密封部件。
新型固定器是定子組件的一個組成部分，它安裝在柱塞底部，靠向下的震擊作用鎖定。當(dāng)固定器被鎖進(jìn)定子頂部時，向上震擊可恢復(fù)定子。
（4）桿式驅(qū)動的螺桿泵密封系統(tǒng)
   桿式驅(qū)動的螺桿泵密封系統(tǒng)(RDPCP)是開采出砂井、氣井或稠油井的經(jīng)濟(jì)有效的人工舉升方法。通常，地面驅(qū)動頭和井下抽油桿的密封裝置會因磨損引起環(huán)境問題和計劃外檢泵。桿式驅(qū)動的螺桿泵是靠地面電機（電機帶動驅(qū)動頭和井中的抽油桿）帶動驅(qū)動桿運行的。新系統(tǒng)必須將螺桿泵井的驅(qū)動頭底部密封，以控制井液。
   傳統(tǒng)的驅(qū)動頭密封方法是用壓扁后的密封繩放在盤根盒中，并固定在驅(qū)動桿周圍。然而，這種密封裝置要求定量的泄露，以保證盤根盒與驅(qū)動桿之間的潤滑。為防止泄露和減少檢泵的影響，美國Baker Hughes舉升中心研制了2種有效的用于Lifteq驅(qū)動頭系列的密封方法。
轉(zhuǎn)動密封  舉升中心研制出防泄露和有助于監(jiān)控桿式驅(qū)動螺桿泵運行狀況的轉(zhuǎn)動密封部件(RSU) 。新型密封部件是專為環(huán)境敏感地區(qū)研制的。通過冗余量密封和漏失孔的油田技術(shù)來定期檢查是否真正密封。
   密封部件一旦磨損，打開就會有液流從漏失孔流出。這時，作業(yè)人員有2個方法：①應(yīng)用最后的冗余密封量，直至到預(yù)定的檢泵周期；②鎖上轉(zhuǎn)動密封部件，變成用普通的密封繩密封，直至到下次檢泵。應(yīng)用新型密封系統(tǒng)避免了計劃外檢泵，降低了作業(yè)成本。
   注射式密封  當(dāng)密封繩密封系統(tǒng)開始磨損時，就會被井液壓力和縫隙壓力壓得變成扁平形。為進(jìn)一步密封或改變密封狀態(tài)，整個泵系統(tǒng)必須停泵和反轉(zhuǎn)，于是便停止作業(yè)和終止采油。
舉升中心（已合并到Lifteq驅(qū)動頭公司）研制的注射式密封部件縮短了停泵時間。作業(yè)期間，密封繩被壓扁、驅(qū)動頭仍在運行時可插入注射式密封部件。為填補壓扁的密封繩，可用壓力槍將半乳狀的密封部件插入到小孔中。新系統(tǒng)既延長了檢泵周期，又降低了桿驅(qū)動螺桿泵系統(tǒng)對環(huán)境的要求。
新型氣舉                     
采油配套設(shè)備
（1）大袋阻尼閥
Baker石油工具公司研發(fā)出口袋為1 in的標(biāo)準(zhǔn)大口袋和高容量、外徑為1 in型大口袋心軸的超密封高速阻尼閥，目的是為了安裝最近研發(fā)的尺寸與之相匹配的大口袋心軸。該閥是為高速注氣且操作安全的氣舉井而研制的。
該閥設(shè)計的直角邊緣口，用來控制從油套環(huán)空間注入到油管的氣體容量，見圖2-1。同井下安全閥的用途一樣，舌形閥和閥座阻止了閥回流（油管壓力必須超過油套環(huán)空壓力）。當(dāng)環(huán)空壓力高于油管壓力時，氣體通過閥流動，壓力降通過直角邊緣孔向下移動，通過舌形閥，兩者同時打開閥使其流動，防止了舌形閥和閥座的損壞和腐蝕。舌形閥和閥座的結(jié)構(gòu)無需逆流檢查，其配套組件被鎖定在注氣的流動通道中。與其它阻尼閥相比，新型閥大大提高了閥氣體的通過能力。
l in口袋的新型心軸是為5 in油管而設(shè)計的，增產(chǎn)需要極高的氣體注入速度。過去，有雙口袋的大袋心軸是用于這類井的人工舉升，不管怎樣，檢修這些閥的電纜是一個難題。對于配有大阻尼閥的心軸而言，高速注氣可通過單向流動控制裝置實現(xiàn)，如果需要，電纜維修工作將大大被簡化。
（2） 氣井排液
   最近，美國Schlumberger公司研制出的PerfLift型射孔層氣舉系統(tǒng)，用于處理氣舉井積液溶解問題。該系統(tǒng)可在生產(chǎn)封隔器的下部安置通用式氣舉閥，直達(dá)射孔段的深處，從最深產(chǎn)層中排液，見圖2-2。
   封隔器下部安裝氣舉閥可使氣體流入長射孔層段，地層壓降增大，臨界流速加快。這樣，地層底部產(chǎn)油層的壓力降低，而正常壓力會促使井排液。新型氣舉系統(tǒng)與地面的電纜測量技術(shù)相結(jié)合，可以用來優(yōu)化氣舉系統(tǒng)和井的性能。如果存在排液斷續(xù)問題，該系統(tǒng)可間歇采油，如果以增加產(chǎn)量為目的，可連續(xù)使用。
（3）井下監(jiān)控系統(tǒng)
   美國菲尼克斯Schlumberger公司研制出地面電纜(CTS)井下數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，對于監(jiān)控氣舉井、桿式泵井和螺桿泵井是一個經(jīng)濟(jì)有效的方法。該系統(tǒng)可安裝在舉升系統(tǒng)的上部和下部，舉升系統(tǒng)配有測量儀。監(jiān)控系統(tǒng)通過一根絕緣的金屬包層可密封隔水的電纜將井下壓力和溫度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妫�見圖2-3。
地面安裝一個常規(guī)的傳輸裝置，用于采集、儲存和傳輸數(shù)據(jù)。地面裝置設(shè)計成多用式，既可連接在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)上，也可通過補充裝置連接。數(shù)據(jù)可傳輸?shù)狡�遠(yuǎn)地區(qū)，用來診斷和優(yōu)化舉升系統(tǒng)。
（4）優(yōu)化油藏的監(jiān)控器
   斯倫貝謝公司還研制了優(yōu)化油藏的監(jiān)控器。該監(jiān)控器的工作流程設(shè)計獨特，通過電泵井采集的井下數(shù)據(jù)來完成實時監(jiān)控、監(jiān)視、診斷和優(yōu)化工作。監(jiān)控器不僅用于舉升系統(tǒng)，而且還包括井下流入動態(tài)。與菲尼克斯監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合后，該系統(tǒng)的服務(wù)項目將擴(kuò)展到包括氣舉、桿式泵和螺桿泵井的領(lǐng)域。
   應(yīng)用傳輸給采氣大隊和油藏專家的井下數(shù)據(jù)可進(jìn)行舉升系統(tǒng)的診斷和優(yōu)化，如產(chǎn)量優(yōu)化。為保持作業(yè)效率，該系統(tǒng)具有以下功能：定義了最有效的作業(yè)井窗口，確定油井動態(tài)的界限；用排除法處理井；隨時追蹤舉升系統(tǒng)中無效區(qū)域；提供積極干涉和監(jiān)控產(chǎn)量的影響。在油田開發(fā)中，應(yīng)用該系統(tǒng)可隨時繪制滲透率圖和壓力圖，以了解泄油半徑，從而通過加密鉆井，來提高采收率。