高温螺杆泵的研究与应用

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1、高温螺杆泵的研究与应用（兼论新产品发展状况）上海东方石油设备有限公司2003年8月高温螺杆泵的研究与应用III（兼论新产品发展状况）上海东方石油设备有限公司前言随着油田对稠油开发的日益重视，螺杆泵热采工艺已成为各油田针对稠油开采的一个重要的研究方向。上海东方石油设备有限公司与上海橡胶制品研究所通力合作，在高温橡胶研制、螺杆泵型面设计、压胶工艺、定转子配合间隙、室内检测、现场应用等方面进行深入的研究，于2000年6月开发了耐温达到170°C的GLB系列高温螺杆泵。2000年10月在新疆油田重油公司现场应用效果良好。2

2、001年6月开发了耐温达到250°C的GLB系列高温螺杆泵。在河南油田现场应用，性能基本达到设计要求。上海东方石油设备有限公司是由原中国石油天然气总公司科技局倡导在上海组建的专业从事螺杆泵及配套设备设计开发、制造、销售的有限责任公司。公司自1989年第一台螺杆泵在胜利油田现河采油厂应用成功以来，先后研制开发了几十种不同规格型号的螺杆泵产品，扬程范围0-2200米，排量范围3m3/d-300m3/d。经过多年的发展，公司技术力量不断壮大，1999年根据新疆油田和河南油田稠油热采对螺杆泵橡胶衬套耐高温的要求，开始高温螺

3、杆泵的研制。一、高温橡胶的研制高温螺杆泵的研制其核心就是高温橡胶的研制，稠油热采对橡胶的耐温要求至少在150°C以上，普通的丁睛橡胶在90°C以下物理机械性能稳定是螺杆泵理想的衬套材料，超过120€普通的丁惰橡胶物理机械性能急速下降，在3#标准油120°C条件下其拉伸强度几乎没有，扯断伸长率为零，说明其完全老化。氟橡胶是既耐油又耐高温的橡胶材料，在250°C条件下其拉伸强度、扯断伸长率没有明显变化,耐磨性能很好。但由于其内聚力较大，门尼粘度较高，在制造螺杆泵橡胶衬套时必须经过其他配合剂的改性，降低门尼粘度。同时氟橡

4、胶耐高温水蒸气的性能不佳，我们经过反复试验性能有所改进，但没有达到最佳状态。在普通丁睛橡胶的基础上，经改性使之成为高饱和度的氢化丁睛橡胶既保持了普通丁睛橡胶优良的耐油及耐水蒸气性能，又使氢化丁睛橡胶的耐高温性能提高到15(TC以上，在油类介质中更能耐至170°C以上，氢化丁惰橡胶还具有耐硫化氢的性能。综合两种橡胶的性能,油井温度在17CTC以下，氢化丁睛橡胶是高温螺杆泵理想的衬套材料，其物理机械性能与普通丁購橡胶在90°C以下的性能相差无几，能适合高温油井长期开采的要求。表一、氟橡胶、氢化丁睛橡胶、普通丁睛橡胶混炼

5、胶性能物理机械性能单位氟橡胶氢化丁睛橡胶普通丁睛橡胶拉伸强度Mpa14.114.719.1扯断伸长率%250450520硬度度626168撕裂强度KN/m22.23644.3阿克隆磨耗Cm3/1.61km0.0340.0760.06老化条件250°Cx72h150°Cx72h120°Cx72h拉伸强度变化率%0H0-26扯断伸长率变化率%-5-19-65硬度变化率%+4+19+12耐3#标准油条件250°Cx72h170°Cx72h120°Cx72h拉伸强度变化率%-15-1扯断伸长率变化率%+10-9硬度变化%0

6、+9体积变化%3.71-6.57.4二、螺杆泵型面设计及压胶工艺氟橡胶、氢化丁睛橡胶、普通丁睛橡胶的门尼粘度各不一样,氟橡胶最高，氢化丁騰橡胶次之，普通丁睛橡胶门尼粘度最低。为了顺利完成螺杆泵注胶，保证螺杆泵质量，我们做了几方面的研究工作。1、调整设计参数，保证定子内腔型面的质量。氟橡胶、氢化丁睛橡胶的收缩率与普通丁膳橡胶的收缩率不相同，因此在设计定子模具时适当调整参数，保证定子硫化定型后内腔截面形状达到设计要求。2、加各种配合剂，既保证橡胶性能不受影响，又最大限度地降低橡胶门尼粘度，保证注胶顺利完成。螺杆泵定子是

7、细长型管子最长的达到7米左右，要保证橡胶充满内腔，又不致管子压弯或爆裂，降低橡胶的门尼粘度是必须解决的问题，我们作了大量的试验，添加了各种配合剂，既保证橡胶性能不受影响，又使橡胶的门尼粘度降到50以下，使注胶顺利进行。3、注胶时给定子外壳加热，保证橡胶的工艺流动性。4、采用特种橡胶粘结剂，保证在高温下定子橡胶与金属壁的剥离强度达到12KN/m。三、定转子配合间隙的研究蒸气注采初期井底温度很高达到200度左右，工作一段时间后，温度逐渐下降，这对螺杆泵定转子的配合提出一个问题，由于橡胶与金属的热膨胀系数不一样，氟橡胶的

8、热膨胀系数为0.021cm/度,氢化丁騰橡胶的热膨胀系数为0.006cm/度，而金属转子的膨胀系数可以不计，按常规定转子的配合,在现场运用中很可能出现前期泵抱死和后期泵漏失严重等现象，针对这种情况我们在实际运用中采取一台泵配两根转子的方法可以有效避免以上两种情况的发生。通过以上几方面的研究和多次试验，我们于2000年6月成功试制完成了第一台高温螺杆泵的定子并