螺桿泵采油基礎(chǔ)知識及配套技術(shù)培訓(xùn)教材（可編輯）

1、螺桿泵采油基礎(chǔ)知識及配套技術(shù)培訓(xùn)教材 螺桿泵采油基礎(chǔ)知識 及配套技術(shù) 張?zhí)炖?前 言 螺桿泵采油系統(tǒng)是近幾年迅速發(fā)展起來的機(jī)械采油設(shè)備，在稠油和出砂采油井中該系統(tǒng)正成為替代抽油機(jī)采油的重要方式。螺桿泵采油技術(shù)已日臻成熟，一方面，大批新型螺桿泵相繼問世，螺桿泵及其配套設(shè)備制造質(zhì)量得到明顯的提高，另一方面，螺桿泵采油技術(shù)及管理水平也有一定進(jìn)步。大慶油田使用螺桿泵采油的油井?dāng)?shù)量不斷增多。如何進(jìn)一步提高螺桿泵采油技術(shù)和管理水平，已成為國內(nèi)外各油田普遍關(guān)注的問題。 第一章 螺桿泵采油系統(tǒng)的組成及工作原理 第一節(jié) 螺桿泵采油系統(tǒng)的組成 螺桿泵采油系統(tǒng)的組成：由電控部分、地面井口部分、井下部分、配套工具部分

2、的幾部分組成。 1、電控部分：螺桿泵井的控制部分，即電控箱，是控制電機(jī)的起、停。 2、地面井口部分：也是驅(qū)動裝置部分，將動力傳給井下泵轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)抽汲液、油的機(jī)械裝置。它包括電機(jī)、機(jī)械密封、減速箱、支架、封井器、防反轉(zhuǎn)裝置、皮帶、皮帶輪等。 3、井下部分：即是螺桿泵，由定子和轉(zhuǎn)子組成。 4、配套工具部分： （1）、抽油桿扶正環(huán) （2）、油管扶正器 （3）、抽油桿防脫器 （4）、油管錨定器 （5）洗井器等 第二節(jié) 螺桿泵的介紹： 1、螺桿泵的轉(zhuǎn)子：螺桿泵的轉(zhuǎn)子是由合金鋼調(diào)質(zhì)后經(jīng)防腐耐磨處理形成的一段螺紋狀金屬直桿。轉(zhuǎn)子的任一截面都是半徑為R的圓，每一截面中心相對整個轉(zhuǎn)子的中心位移

3、都有一個偏心距E，轉(zhuǎn)子的螺距為 t 。 2、螺桿泵的定子：螺桿泵定子是由丁晴橡膠襯套澆鑄粘接在鋼體外套內(nèi)形成的一種腔體裝置。襯套內(nèi)表面是雙螺旋曲面（或多螺旋曲面）。定子的任一截面是由兩個半徑為R的圓（等于轉(zhuǎn)子截面圓的半徑）和兩個直線段組成。直線段的長度等于兩個半圓的中心距，因?yàn)槁輻U圓斷面的中心相對于它的軸線有一個偏心距E，而螺桿本身的軸線相對襯套的軸線又有同一個偏心距E，這樣，兩個半圓的中心距就等于4E。襯套的內(nèi)螺旋面和螺桿旋面的旋向相同，且內(nèi)螺旋的導(dǎo)程T為螺桿螺距t的二倍，即T=2t。 T t e 當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子襯套中所處位置不同時(shí)，它們的接觸點(diǎn)也是不同的，轉(zhuǎn)子截面位于襯套長圓形斷面兩端時(shí)，轉(zhuǎn)

4、子與定子的接觸為半圓弧線，而在其它位置時(shí)，僅有兩點(diǎn)接觸。由于轉(zhuǎn)子和定子是連續(xù)嚙合的，這些接觸點(diǎn)就構(gòu)成了空間密封線，在定子襯套的一個導(dǎo)程T內(nèi)形成一個封閉腔室。這樣，沿著螺桿泵的全長，在定子襯套內(nèi)螺旋面和轉(zhuǎn)子表面形成一系列封閉腔室，如圖3所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，舉升介質(zhì)便進(jìn)入另一個腔室，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，這個腔室開始封閉，并沿著軸向排出端移動，封閉腔室在排出端消失，同時(shí)在吸入端形成新的封閉腔室。由于封閉腔室的不斷形成、運(yùn)動和消失，使舉升介質(zhì)通過一個一個封閉腔室，從吸入端擠到排出端，壓力不斷升高，排量保持不變。 第三節(jié) 螺桿泵工作原理： 采油螺桿泵是單螺桿式水利機(jī)械的一種,是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用

5、.螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副是利用擺線的多等效動點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對轉(zhuǎn)動時(shí)，封閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和液體能的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升液體的作用。 第四節(jié) 螺桿泵的表示方法 1、型號的表示方法： 主要用螺桿泵的排量和級數(shù)來表示： 例如：GLB800-14 GLB-桿式驅(qū)動井下單螺桿泵 800-泵每轉(zhuǎn)排量800毫升 14-泵的總級數(shù)為14級 2、螺桿泵理論排量800型的計(jì)算公式： 例如： GLB800-14 單螺桿泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速n=100轉(zhuǎn)/分 理論排量公式：Q=800*100*1440*10-6=115.2 m3/d； 3、螺桿泵的理論排量

6、由下式確定 Q=4EDTn=5.76 x 10-6 EDTn 式中 Q螺桿泵的理論排量，m3/d； E 轉(zhuǎn)子的偏心距，mm； D 轉(zhuǎn)子截圓直徑，mm， D=2R； T 定子導(dǎo)程， mm， T=2t； n 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速， r/min。 t-轉(zhuǎn)子的螺距， mm 螺桿泵的實(shí)際排量Q為 Q= Qv 式中v 螺桿泵的容積效率，%。由上面兩個公式可以看出螺桿泵的理論排量或?qū)嶋H排量與螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)E、D、T和工作參數(shù)n有關(guān)系。對現(xiàn)有螺桿泵的結(jié)構(gòu)和作用情況進(jìn)行分析表明，在E、D、T三者間存在一定的聯(lián)系，就是在這三個參數(shù)維持一定比值的條件下，螺桿泵才能保證高效率的長期的工作。 第二章 螺桿泵工作特性分析 第一節(jié)

7、 螺桿泵工作特性曲線 由螺桿泵的原理可知，其定、轉(zhuǎn)子間過盈在一定程度上決定了單級承壓能力的大小，如上圖所示，過盈量將直接影響螺桿泵工作特性。過盈小會降低舉升能力，而過盈大會增加定、轉(zhuǎn)子間的摩擦，降低效率。因此，定、轉(zhuǎn)子間的過盈選擇是螺桿泵制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。 從試驗(yàn)曲線說明隨著轉(zhuǎn)速的提高，在同一舉升高度條件下，泵的容積效率升高；在同一容積效率條件下，泵的舉升高度增加。 但另一方面，由于螺桿泵的定、轉(zhuǎn)子間有一定的過盈值，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子橡膠受到周期性壓縮，產(chǎn)生摩擦面的自動升溫和疲勞。在井溫比較高的情況下，加速了橡膠分子鏈的重新組合，使彈性模數(shù)減小，從而降低疲勞特性及金屬套和橡膠結(jié)合面上粘

8、結(jié)劑的強(qiáng)度，也加速定子橡膠的老化而縮短其壽命。從試驗(yàn)得知，自動升溫值和壓縮疲勞以及橡膠的老化是加載頻率(即轉(zhuǎn)速)的函數(shù)，因此，選擇泵的適當(dāng)轉(zhuǎn)速是很有必要的。一般來說，近幾年設(shè)計(jì)的地面驅(qū)動采油螺桿泵，最高轉(zhuǎn)速均在300r/min 左右，而最常用的轉(zhuǎn)速為50200r/min。 對于高含砂油井，磨蝕是限制泵轉(zhuǎn)速的又一重要因素。在磨蝕工況下，定子橡膠的磨損量與轉(zhuǎn)速的平方成正比。因此，在高含砂油井，螺桿泵不宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 第二節(jié) 影響螺桿泵工作特性的幾個因素 1、定、轉(zhuǎn)子加工質(zhì)量對螺桿泵特性的影響 定子內(nèi)腔直線度對泵特性的影響 轉(zhuǎn)子直線度對泵特性的影響 轉(zhuǎn)子偏心距和截面圓直徑對泵特性的影響 2、舉升介質(zhì)對

9、螺桿泵特性的影響 溫度對泵特性的影響 在同一凈舉升高度條件下，溫度升高，螺桿泵容積效率也隨之提高，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 溫度升高泵扭矩變化不明顯。 (2)介質(zhì)粘度對螺桿泵工作特性的影響 通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)表明，試驗(yàn)介質(zhì)的粘度增加也會使泵的容積效率得到改善，因?yàn)檎扯仍酱螅肿娱g的力就越大，外力破壞其結(jié)構(gòu)就越困難，表現(xiàn)在螺桿泵上，就是密封效果變好，即在同一凈舉升高度條件下，試驗(yàn)介質(zhì)粘度增加，泵的容積效率升高。但另一方面，抽油桿在液體介質(zhì)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，隨著介質(zhì)粘度的增加，抽油桿與液體的摩擦力增加，表現(xiàn)為抽油桿的扭矩增加。 第三節(jié) 影響螺桿泵使用壽命的主要因素 影響螺桿泵使用壽命的因素很多，通過長期的實(shí)踐摸索

10、，從產(chǎn)品質(zhì)量的角度分析其主要因素有以下幾點(diǎn)。 1、定、轉(zhuǎn)子的加工精度及表面光潔度； 2、定子橡膠的耐溫、耐油、耐氣浸性能； 3、定子橡膠與金屬外套的粘結(jié)強(qiáng)度； 4、定子內(nèi)腔及轉(zhuǎn)子的直線度； 5、定、轉(zhuǎn)子間合理過盈量的選擇； 6、轉(zhuǎn)子合理轉(zhuǎn)速的確定。 第三章 螺桿泵采油配套工藝技術(shù) 第一節(jié) 選井選泵技術(shù) 所謂螺桿泵選井選泵技術(shù)是依靠油井的狀況來合理選擇螺桿泵的泵型、確定泵的工作參數(shù)，或根據(jù)某一規(guī)格的螺桿泵來選井。而螺桿泵采油井的合理工況是指油井在合理流壓下生產(chǎn)，螺桿泵在合理工作區(qū)域內(nèi)工作。 由螺桿泵的工作特性曲線可知， 螺桿泵同潛油電泵一樣存在最佳工作區(qū)域。經(jīng)過幾年來的實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，把螺桿泵工作

11、特性曲線分為A、B、C三個區(qū)域較為合理。其中A為合理工作區(qū)，B為軟工作區(qū)，C為不合理工作區(qū)，區(qū)域邊界的確定方法大致如下。 上限：泵容積效率應(yīng)大于65%； B區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作，雖然泵效高，但系統(tǒng)效率低，有效揚(yáng)程低，不但泵的潛能沒得到發(fā)揮，而且因生產(chǎn)壓差過小，油井產(chǎn)能也被抑制。因此螺桿泵不應(yīng)工作在B區(qū)。 A區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作，取B、C區(qū)之長，避B、C區(qū)之短， 流壓與排量、系統(tǒng)效率的關(guān)系不敏感，生產(chǎn)穩(wěn)定性好。 C區(qū)：螺桿泵在該區(qū)工作，盡管有效揚(yáng)程較高，但泵漏失嚴(yán)重，系統(tǒng)效率非常低，因而螺桿泵在C區(qū)工作很不經(jīng)濟(jì)，而且螺桿泵在C區(qū)工作穩(wěn)定性差，泵效與流壓關(guān)系敏感，故螺桿泵不應(yīng)在區(qū)工作 第二節(jié) 檢測

12、技術(shù) 由于螺桿泵本身結(jié)構(gòu)材質(zhì)以及加工工藝的復(fù)雜性，致使螺桿泵的工作特性的穩(wěn)定性、互換性較差，所以在螺桿泵下井前必須對其工作特性及其加工質(zhì)量進(jìn)行全面檢測。通過檢測可以有效地避免不合格產(chǎn)品下井，同時(shí)為螺桿泵的選井、選泵提供技術(shù)依據(jù)，也為設(shè)計(jì)參數(shù)選擇、制造工藝改進(jìn)提供主要的基礎(chǔ)依據(jù)。 第三節(jié) 管柱防脫技術(shù) 因?yàn)槁輻U泵的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動，工作負(fù)載直接表現(xiàn)為扭矩，轉(zhuǎn)子扭矩作用在定子上，定子的扭矩會使上部的正扣油管倒扣造成管柱脫扣，所以螺桿泵的管柱必須實(shí)行防脫措施?？煽康姆烂摯胧┯袃煞N：錨定工具、反扣油管。 1、支撐卡瓦 支撐卡瓦的結(jié)構(gòu)圖和平面展開圖 2、Y221型螺桿泵不壓井機(jī)械式油管錨的應(yīng)用 為

13、解決螺桿泵井作業(yè)時(shí)壓井問題，試驗(yàn)應(yīng)用了Y221型螺桿泵不壓井機(jī)械式油管錨。該油管錨將錨定和不壓井作用合二為一，連接在螺桿泵下方，正常起下管柱時(shí)，油管錨內(nèi)部的密封套將油管密封，井下液體不能從油管內(nèi)流出，達(dá)到不壓井作業(yè)的目的。 （1）工作原理: 該油管錨與普通油管錨一樣連接在螺桿泵下方，正常起 下油管時(shí),Y221型自封式油管錨內(nèi)部的密封套將油管蜜封， 井下液體不能從油管內(nèi)流出；當(dāng)需要座封時(shí)；上提管柱約500 mm，右旋油管3-4圈，（多轉(zhuǎn)無害、邊提邊轉(zhuǎn)最佳），然后下 放管柱，即可座封。如中途座封、或需要解封，只需上提管 柱1-1.5米即可。 （2）Y221自封式油管錨結(jié)構(gòu): Y221型螺桿泵不壓井

14、機(jī)械式油管錨結(jié)構(gòu)示意圖 第四節(jié) 桿柱防脫技術(shù) 1、首先，對抽油桿柱脫扣機(jī)理進(jìn)行探討： （1）抽油桿柱脫扣機(jī)理分析 （a）負(fù)載扭矩過大停機(jī)后桿柱高速反轉(zhuǎn)造成抽油桿脫扣 螺桿泵采油井一旦發(fā)生蠟堵、結(jié)蠟嚴(yán)重或卡泵時(shí)，負(fù)載扭矩會明顯加大，因而整個桿柱上貯存一定量的彈性變形能，一旦停機(jī)或過載停機(jī)，桿柱內(nèi)貯存的彈性變形能要釋放，從而造成桿柱高速反轉(zhuǎn)，特別是桿柱上部即在彈性變形能釋放后，在慣性力的作用下，要繼續(xù)反轉(zhuǎn)，從而會使桿柱絲扣聯(lián)接處倒扣，造成桿柱脫扣。 （b）停機(jī)后油管內(nèi)液體回流桿柱反轉(zhuǎn)造成抽油桿脫扣 如果螺桿泵采油井突然停機(jī)，而且油井動液面較深，那么停機(jī)后，螺桿泵在管柱內(nèi)的液力作用下，將驅(qū)動轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，帶動桿柱反轉(zhuǎn)脫扣。 （c）轉(zhuǎn)子在油套環(huán)空內(nèi)的液力作用下轉(zhuǎn)動，造成桿柱脫扣 對于那些產(chǎn)液能力較強(qiáng)并有一定自噴能力的螺桿泵井（指大排量螺桿泵而言），一旦停機(jī)，套壓會很高，螺桿泵在油套環(huán)空液力的作用下，將驅(qū)動轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)動，而此時(shí)轉(zhuǎn)子將帶動桿柱正向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動將使整個桿柱的螺紋聯(lián)接處于倒扣狀態(tài)，因而