采油工程课件-第三章螺杆泵采油-.ppt

1、螺杆泵采油系统螺杆泵采油系统什么是螺杆泵？什么是螺杆泵？螺杆泵又叫螺杆泵又叫渐进式容积泵，由定子和转子组渐进式容积泵，由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输。转运动实现对介质的传输。井下单螺杆泵由哪几部分组成？井下单螺杆泵由哪几部分组成？井下单螺杆泵由定子和井下单螺杆泵由定子和转子组成。定子由钢制外转子组成。定子由钢制外套和橡胶衬套组成，定子套和橡胶衬套组成，定子内表面呈双螺旋曲面，与内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面相配合。转子转子外表面相配合。转子由合金钢的棒料经过精车、由合金钢的棒

2、料经过精车、镀铬并抛光加工而成。转镀铬并抛光加工而成。转子有空心转子和实心转子子有空心转子和实心转子两种两种。1-下接头；下接头；2-限位销；限位销；3-定子；定子；4-转子；转子；5-上接头上接头一、螺杆泵采油系统一、螺杆泵采油系统 螺杆泵采油系统在按驱动类型可分为地面驱动和井下驱动两大类。1.地面驱动螺杆泵采油系统地面驱动螺杆泵采油系统根据传动形式不同，可分为皮带传动和直接传动两种型式。(1)皮带传动电动机（柴油机或液压马达）、皮带传动轮、减速器等均置于地面采油井口装置上面。当驱动装置工作时，带动抽油杆和转子旋转，将油举升到地面。(2)直接传动将电动机通过行星减速器与抽油杆光杆直接连接，驱

3、动抽油杆旋转。(3)系统组成系统组成 由地面驱动部分、井下部分、电控部分、配套工具及其它井下管柱等五部分组成。地面驱动部分：包括减速箱、皮带传动、电机、盘根盒、支撑架、方卡子等。井下泵部分，主要由抽油杆、接头、转子、导向头和油管、接箍、定子、尾管等组成。为了防止油管、定子脱扣，在尾管下部应安装油管锚定装置。电控部分：包括电控箱、电缆等。配套工具部分：包括防脱工具、防蜡器、泵与套管锚定装置、卸油阀、单向阀、封隔器等。常规及简易井口装置、正扣及反扣油管、实心及空心抽油杆、抽油杆扶正器、光杆扶正器等，另外，采油树、抽油杆、光杆等均为常规标准成品。地面驱动井下单螺杆泵采油系统地面驱动井下单螺杆泵采油系

4、统 地面驱动螺杆泵采油一般适用于井深1000m左右的直井。由螺杆泵、抽油杆柱、抽油杆柱扶正器及地面驱动系统等组成。工作原理：地面动力带动抽油杆柱旋转，使螺杆泵转子随之一起转动，油井产出液经螺杆泵下部吸入，由上端排出，并沿油管柱向上流动。地面驱动部分地面驱动部分 地面驱动装置是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子实现行星运动，实现抽汲原油的机械装置。从传动形式上分，有液压传动和机械传动；从变速形式上分，有无级调速和有级调速。螺杆泵驱动装置的螺杆泵驱动装置的种类种类机械驱动装置机械驱动装置 液压驱动装置液压驱动装置（一）螺杆泵地面驱动装置的种类、组成及工作原理（一）螺杆泵

5、地面驱动装置的种类、组成及工作原理图2 固定式螺杆泵管柱1-抽油杆；2-回音标；3-抽油杆扶正器；4-转子回转调节器；5-转子；6-定子；7-定子扶正器；8，12-带孔管；9-转子限位器；10-防砂封隔器；11-单流阀图3 螺杆泵抽油杆柱结构1-光杆；2-标准抽油杆接箍；3-抽油杆扶正器；4-抽油杆；5-转子金属定子螺杆泵结构剖视图1金属材质的转子，3橡胶材质的定子，2、5上下接头，4定位销子，6尼龙金属定子螺杆泵结构剖视图1金属材质的转子，3橡胶材质的定子，2、5上下接头，4定位销子，6尼龙电动螺杆泵采油示意图 液压螺杆泵采油示意图 2.井下驱动螺杆泵采油系统井下驱动螺杆泵采油系统 按驱动形

6、式不同，可分为电驱动电驱动和液压驱动液压驱动两种形式。动力置于井底，不用抽油杆。(1)电潜螺杆泵采油系统的组成及工作原理中间部分 井下部分地面部分自动控制台、自藕变压器及辅助设备(电缆滚筒、导向轮、井口支座和挂垫等)组成 潜油电缆和油管组成 扶正器、四极潜油电机、电机保护器、齿轮减速器、减速器保护器、双万向节、吸入口、螺杆泵、单流阀、泄油阀。电潜螺杆泵工作原理 地面电网电源通过变压器、控制柜、接线盒连接后，利用井下电缆将地面电力输送到井下潜油电动机，当井底电机接通电源后，电机旋转经过减速器和联轴节驱动螺杆泵在低速下转动，井液经过螺杆泵增压后，通过油管举升到地面，输送到计量站。电潜螺杆泵机组是将

7、潜油电动机、减速器、保护器、联轴节(带泵吸入口)、与螺杆泵组合在一起，下入井内，螺杆泵与油管、地面管线连接。电动潜油螺杆泵采油系统的技术关键及解决方式(1)泵的低转速高扭矩输入要求；(2)电机与泵连接轴的受力；(3)井下机组高温、高压保护。其相应解决方式为：（3）专门设计了井下机组的润滑保护装置，以解决井下机组的高温、高压保护问题。开发技术的关键：(1)改造潜油电机，降低潜油电机转速；潜油电机+减速装置(2)专门设计制造联轴节以解决输出轴与泵轴的传动问题和轴向止推力问题；a.降低电源频率，或常规电源+变频器方式；b.改变电机磁极数。优点在于能在降低电机转速的同时提高单螺杆泵的输入扭矩 系统组成

8、：整个系统分为地面和地下两部分。地面设备：管汇、油水分离器；井下部分：旁通管、液马达、封隔器、及螺杆泵。（2）液压驱动螺杆泵采油系统）液压驱动螺杆泵采油系统 封隔器死堵螺杆泵筛管油管液马达套管油层 工作原理：工作时供液泵将高压水供给液马达，液马达驱动螺杆泵工作，井底原油从其上部排出并与动力液混合后流入油套环形空间。由于封隔器的存在，油水混合液只能由油套环形空间返回井口，经分离计量后输至大罐，分离出的水再注入供液泵。二、螺杆泵采油系统的特点二、螺杆泵采油系统的特点螺杆泵与其它机械采油设备相比，具有以下优点：(1)由于结构简单，价格较低，节省一次投资，(2)地面装置结构简单，安装方便，可直接坐在井

9、口套管四通上，占地面积小，除原井口外，几乎不另占面积。(3)泵效高、节能、管理费用低。由于螺杆泵是螺旋抽油的容积泵，流量无脉动，轴向流动连续，流速稳定，因此它与游梁式抽油机相比，没有液柱和机械传动的惯性损失。泵容积效率可达90，它是现有机械采油设备中效率较高的机种之一。(4)适应粘度范围广，可以举升稠油。一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000mPa.s以下的各种含原油流体，多数稠油井都可应用。(5)适应高含砂井。从理论上来讲，螺杆泵可输送含砂量达80%的砂浆。在高含砂的情况下螺杆泵仍可正常生产。(6)适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，故较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会占据一定的泵容积。(

10、7)适应于海上油井丛式井组和水平井，螺杆泵可下在斜井段，而且设备占地面积小，因此适合海上油田丛式井组或水平井使用。(8)允许井口有较高回压。在保证正常生产情况下，井口回压可控制在1.5MPa，因此对边远井的集输很有利。(9)当发动机或电机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上部，与有杆泵比较，螺杆泵有更大的可能恢复工作。(1)定子最容易损坏，检泵次数多，每次检泵，必须起下管柱。(2)泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑而工作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。(3)定子的橡胶不适合在注蒸汽井中应用。（4）若操作人员不经适当操作训练，操作失误，就会造成泵损坏。（5）它与有杆泵比较，

11、总压头较小。目前现场应用在井深1000m左右的井。螺杆泵的局限性：三、螺杆泵主要设备及配套三、螺杆泵主要设备及配套螺杆泵采油系统的主要设备包括地面和地下设备。地下设备有螺杆泵和锚定工具等；地面部分主要有驱动头、驱动动力设备及井口。动力源将动力传递给驱动头，通过驱动头减速后，再由方卡子将动力传递给光杆，光杆与井底抽油杆连接将动力直接传至井底的螺杆泵。螺杆泵举升的原油沿抽油杆与油管的环形空间上升到井口，进输油管道，井口上端有一盘根盒，密封住旋转的光杆。分类（按传动形式不同）：分类（按传动形式不同）：（1 1）皮带传动）皮带传动：电动机（柴油机或液压马达）、皮带传动轮、：电动机（柴油机或液压马达）、

12、皮带传动轮、减速器等均置于地面采油井口装置上面。当驱动装置工作时，减速器等均置于地面采油井口装置上面。当驱动装置工作时，利用皮带带动抽油杆和转子旋转。利用皮带带动抽油杆和转子旋转。（2 2）直接传动）直接传动：将电动机（液压马达）轴立起来，通过行星减：将电动机（液压马达）轴立起来，通过行星减速器与抽油杆光杆直接连接，驱动抽油杆旋转。速器与抽油杆光杆直接连接，驱动抽油杆旋转。1螺杆泵地面驱动头螺杆泵地面驱动头(1)驱动头 驱动头是地面的一个主要减速装置，它将动力源的高转速降低到适合螺杆泵及抽油杆的转速，一般为150500rmin，目前应用的驱动头的结构形式主要有四种。1）偏置式:电机呈卧式或立式

13、，由皮带轮第一级减速传给减速箱，减速箱体内部有一对伞齿轮，功能是将绕水平轴线的旋转变为绕垂直轴线的旋转。箱体与井口法兰连接，钢圈密封，光杆用盘根盒密封。偏置式特点：重量轻，偏置式特点：重量轻，体积小，不需用平衡体积小，不需用平衡装置。装置。2）平衡式:这种形式的驱动头的电机呈立式，用一对皮带轮一级减速将动力转给减速箱，减速箱内有一对直齿轮，再次减速。箱体内两根轴呈平行分布，整体占据空间较大，需在电机对侧放一平衡块，以便调整重心对准井口。驱动头与井口法兰连接，钢圈密封，光杆转动，盘根动密封封住光杆。这种装置体积大，重量大，移动不方便，但稳定性好，目前应用较多。特点：装置体积大，特点：装置体积大，

14、重量大，移动不方便，重量大，移动不方便，但稳定性好，目前应但稳定性好，目前应用较多。用较多。3）一体式电机呈立式:输出轴端连接一摆线针轮减速器，减速器下端直接与井口连接。另一种是电机直接驱动，（无减速器）选用低转速电机，直接与井底抽油杆连接，转速高，操作方便，重量轻，目前应用较少。一体式一体式 优点：对中性能最好，不存在优点：对中性能最好，不存在偏心，实现动、静平衡，且体偏心，实现动、静平衡，且体积小、重量轻、操作方便。积小、重量轻、操作方便。缺点：调参困难、光杆动密封缺点：调参困难、光杆动密封可靠性能差。可靠性能差。(2)光杆连接方式光杆连接方式 驱动装置通过光杆与井底抽油杆相连接，光杆表面

15、较光滑，是一个一端带螺纹的抽油杆短节，长约23m，上端穿过驱动头的轴套孔，通过方卡子与轴套连接；下端与井底的抽油杆螺纹连接。驱动装置下部安装密封盘根盒，密封住旋转的光杆。杆柱负荷通过光杆传递给驱动装置，负荷由井口承受。这种光杆主要传递动力。称为动力光杆。还有一种光杆不传递动力，主要用来密封，动力通过驱动装置的轴套传给抽油杆，光杆放在轴套内，通过静密封胶圈封住环空油液。(3)动力源动力源 螺杆泵采油系统常用动力源有电机、柴油机、液压马达等，其中最常见的是：l）电机通过皮带轮将动力传至驱动装置，易于管理，是应用最广泛的一种。2）柴油机通过皮带将动力传给驱动装置，这种方式可用在无电网地区，但相应增加

16、部分管理费用，在国内有些油田采用。3）拖拉机尾部连接一变速箱，通过十字轴将动力传给驱动装置，这种方式比较适宜那些低丰度油田的间歇抽油，不设置电网、管网，可大幅度降低投资，是低产油田开采的较理想方式。(4)驱动装置与井口的主要连接方式驱动装置与井口的主要连接方式 1）驱动头法兰盘与井口法兰连接是目前应用最多的一种，驱动头下部有一个法兰盘，尺寸与采油树井口法兰相配合。2）井口卡箍头连接驱动头下部卡箍头。3）高架式是特制一个架子装在驱动头底部与井口连接。(5)皮带张紧调节方式皮带张紧调节方式1）采用张紧轮调整。在驱动头壳体上安装一个张紧轮，通过压紧张紧轮增大皮带包角。2）通过增加皮带轮中心距来调整。

17、电机座架与驱动头壳体连接，机架有两个环形槽。通过螺栓紧固在壳体上，松开螺栓，即可将座架向外移动，这样就可增加两皮带轮的距离，从而达到张紧的目的。(6)更换皮带轮调速更换皮带轮调速 通常螺杆泵驱动装置可设计几个转速，在新井投产时，由于地层压力高，供液能力强，可采用较高转速，经过一段时间后，压力逐渐降低，地层压力趋于稳定后，可调整到正常转速，以免产生抽空现象。所以电机提供动力的螺杆泵多采用更换皮带轮调节转速。间歇采油装置通过拖拉机尾部的变速箱来调节转速。(7)井口密封井口密封 螺杆泵抽吸的油液到达井口，流入集油管线，一般井口回压应保持1MPa左右以保证将油流送到计量间。从满足生产的角度出发，井口盘

18、根密封最低压力不应小于1MPa，但由于洗井解堵时压力可达10MPa，故螺杆泵井口密封特殊情况下短期最大压力应达到10MPa。(8)防反转机构防反转机构 螺杆泵在运转一段时间后，井下抽油杆将会积累一部分能量，同时，由于抽油杆与油管内与油套环空内液面的高度差造成螺杆泵象液压马达那样反转，在螺杆泵停机时，抽油杆将高速反转若不加以限制，其惯性作用势必造成抽油杆脱扣，所以必须在螺杆泵驱动装置上设计防反转机构设计时应参考抽油杆所能承受的最大扭矩。(9)轴向载荷轴向载荷 轴向载荷与抽油杆深度成正比，与泵的几何尺寸、举升压差有关。2.驱动头配套装置驱动头配套装置(1)常规螺杆泵驱动配套装置常规螺杆泵驱动配套装

19、置工作原理:地面驱动装置将动力传递给井下泵转子，使转子实现行星运动。从传动形式上分，目前国内外采用的有液压传动和机械传动两种；从变速范围上分，有无级调速和分级调速两种。国产螺杆泵驱动装置主要是采用机械传动二级变速.这种装置结构简单，安装操作方便。驱动电机通过皮带、齿轮变速机构实现螺杆泵所需要的转速。（2）电机为防爆型三相异步电动机。）电机为防爆型三相异步电动机。(3）传动皮带）传动皮带皮带传动将电机的输出动力传递到减速箱如图3-5所示，另外，螺杆泵采油井调参也通过更换皮带轮来实现。目前使用的螺杆泵每台机组配备的皮带和皮带轮。（4）减速箱）减速箱 电机的动力通过减速箱的输入轴和箱体内齿轮，由输出

20、轴输出到光杆。光杆通过抽油杆将动力传递到井下螺杆泵转子，减速箱除了具有传递动力的作用外，还将承受抽油杆的轴向负荷。(5）盘根盒）盘根盒 盘根盒的作用是阻止油管内井液外流。它的密封作用是通过将盘根盒内的盘根压紧来实现(6)电控箱电控箱 电控箱的作用是确保螺杆泵机组安全运行。电控箱的主要功能：控制电机的启动、停止；过载自动停机保护；电流显示，以便监视螺杆泵机组的运行状况。2间歇抽油地面配套设备间歇抽油地面配套设备（l）驱动头：主要用来传递扭矩，实现正常抽油。驱动头还能将动力传递给丝杠，并能起下丝杠。（2）丝杠系统：用来实现抽油杆的起升、下放，实现一机多用。(3）三角架：连接驱动头井口；承受抽油杆的

21、轴向负荷。（4）防倒转装置：在间歇抽油过程中，停机防止抽油杆倒转、卸扣，使抽油杆在启、停时对驱动头及万向轴起保护作用。（5）光杆：能够快速拆卸，节省抽油杆拆卸时间，把驱动头扭矩传递给抽油杆。（6）万向轴：用来传递拖拉机的动力给驱动头。万向轴为伸缩式，用以调整拖拉机与井口之间的距离。(7）拖拉机与变速箱：在拖拉机尾部动力输出端连接一变速箱（调节转速），从而把拖拉机的动力传递给变速箱，再通过变速箱与万向轴连接，使动力输出。(8）出油管线：连接井口出油口，把抽上来的油通过此管线放入拉油罐车里。（9）油罐：此油罐为了能够放出原油，必须能够在短时间内给罐里的原油加热，从而减少放油时间。这样必须在罐里加电

22、热管线或蒸汽管线，给罐里的原油迅速加热。3井下泵井下泵井下泵包括定子和转子。(1)螺杆泵定子 螺杆泵定子是由橡胶衬套粘接在钢体外套内形成的。衬套的内表面是双螺旋曲面（或多螺旋曲面），它与螺杆泵转子相配合。转子在定子内转动，实现抽吸功能。(2)螺杆泵转子 螺杆泵转子是由合金钢调质后经防腐耐磨处理的。采油螺杆泵单级举升扬程一般不超过70m水柱，即单级最大工作压力不超过0.7MPa。目前国产螺杆泵 单级工作压差设计为0.5MPa左右。单级工作压差主要是靠定、转子间的过盈来实现的。过盈越大，单级工作压差越大，转子扭矩越大。过盈越小，单级工作压差越小。所以螺杆泵定、转子间的过盈应选合理值。过盈量的确定必

23、须在掌握了定子橡胶物性，特别是橡胶的热胀、溶胀性能的基础上方能确定。4.井下配套工具井下配套工具(1)防转锚 它保证定子、转子间相对运动的实现，它位于螺杆泵定子的下端，与定子连接。当油管受正转力矩时，牙块伸出，与套管咬死，阻止油管正转；当油管受到反转力矩时，牙块缩回，与套管松开，油管反转。在螺杆泵正常运转抽油时，转子正转，由于摩擦力，使定子受到一个正转力矩，有了防转锚，阻止油管正转，保证定、转子间相对运动的实现。(2)防脱器防脱器 下泵过程是先将定子下井之后再下转子，当转子下入定子时，由于转子外形为螺旋线，要发生旋转，转子跟抽油杆连接在一起，若抽油杆不转，势必造成抽油杆脱扣，防脱器装在抽油杆与

24、转子之间。当转子正向转动时，防脱器跟着转子转动，而上部的抽油杆则静止不动，可防止脱扣现象的发生。(3)扶正器扶正器 油管扶正器和抽油杆扶正器。油管扶正器主要是防止螺杆泵振动，抽油杆扶正器防止抽油杆磨油管，使抽油杆在油管内居中，减少杆、管磨损。四、影响油井工作的因素分析四、影响油井工作的因素分析影响螺杆泵抽油的主要因素：（1）砂、蜡、气的影响；（2）井深、温度、压头的影响；（3）螺杆泵定子寿命的影响；（4）井况的影响；（5）操作管理规范程度的影响。1.砂、蜡、气的影响砂、蜡、气的影响(1)油井出砂对螺杆泵采油的影响(a）油井出砂加快螺杆泵定、转子的磨损，使螺杆泵过早漏失，压头降低。定、转子之间的

25、摩擦扭矩增加，易出现断杆，使驱动头负荷增大。电机电流增大随之带来一系列的问题，影响的大小与砂粒的体积、形状、硬度、流体的含量等因素有关。(b)油井出砂严重，长期不冲砂会埋泵吸入口，造成螺杆泵供液不足，而油井液面上升、油井产量下降、油管流体不流动，油管流体中含砂下沉，堆在泵出口处，易卡泵，使电流增大，主要危害是易烧泵。(c)油井出的部分砂镶嵌在定子橡胶中，使橡胶表面破裂。镶嵌的砂粒越来越多，橡胶弹性过早失效，使螺杆泵定子橡胶过早破坏，压头降低，漏失量增加。（d）油井出砂在螺杆泵停泵时，油管内流体停止流动，流体含砂下沉。停泵后再次启抽时，易出现卡泵，易使抽油杆、地面驱动系统破坏；沉砂易堵塞油管流体

26、，形成憋泵现象，易出现破坏地面系统及烧泵现象。(2)油井结蜡对螺杆泵采油的影响油井结蜡对螺杆泵采油的影响1)地面管线的结蜡，结果使井口回压增大，造成螺杆泵实际压头增大。2)泵出口以上结蜡油管内流速增大；油管沿程损失增大，增大泵的实际举升压头。抽油杆旋转摩阻增大，抽油杆及地面驱动系统负荷增大，所需举升压头增大，有可能憋泵，使产量降低增加能耗、增加事故率。3）下泵部位结蜡，影响更严重。除上述影响外，泵的抽吸状况变差。4）泵吸入口以下结蜡，影响最为严重。除上述3条外，另有泵吸入状况变差，液面上升，产量下降，严重时造成供液不足、泵效降低、易烧泵。预防油井结蜡，是保证螺杆泵采油井长期正常运转的主要途径之

27、一。因此要制定合理的洗井周期，保证洗井彻底，同时也可对油井定期加药防止结蜡。(3)游离气对螺杆泵抽油的影响游离气对螺杆泵抽油的影响由于进液、排液是连续进行的，不会发生气锁现象，能够适应于气液比较高的油井。如果气液比过高,将有大量气体进入泵内,对定子橡胶造成气浸溶胀,增加摩擦扭矩后,产生大量热又不易被含气量较高的流体带走,引起泵温升高;同时引起定转子得不到充分润滑，易损坏定子和转子。因此对于螺杆泵采油井,气液比较高的油井,应尽量少下和不下尾管以有助于油气分离。同时对于气液比较高的油井,螺杆泵采油应加深泵挂深度,增加泵的沉没度。目的是为了减少油气分离,并且分离气进入油套环形空间。与抽油机相比,对泵

28、效的影响程度也小。2泵深、温度、压头的影响泵深、温度、压头的影响(1)泵深对螺杆泵采油的影响 一般下泵越深,要求的举升压头越大,同时管柱及杆柱受力越大,对杆、管的强度要求也越高。要求泵定子和转子不但要有足够的刚度，还要提高定、转子的承压能力，保证密封不漏失。同样的单级承压能力泵越深要求泵的级数越多；同样级数要求的单级承压能力越大；对定子橡胶的耐温要求也高；下泵越深，地层温度越高，对定子橡胶影响越大。(2)温度的影响温度的影响 目前多数螺杆泵定子橡胶、耐温能力达到80 以上。高温橡胶，耐温可超过120以上。若地层温度超过橡胶许用温度，定子橡胶会加快损坏。降低螺杆泵的性能指标，大大降低使用寿命。橡

29、胶温度越高，定、转子间的摩擦力增加量就越大，使系统工况变差。另外，油井温度高，使油流特性变好、结蜡减缓、粘度降低、油流沿程损失降低，使泵的举升压头降低。油井温度高对螺杆泵有好的一面，也有坏的一面。综合分析，不利因素占的比例大。螺杆泵定子橡胶环境温度的变化因素主要有：(a)地层 螺杆泵下入深度越深，温度越高。(b)液量对螺杆泵温度的影响 如果螺杆泵下在油层上部，油层出来的高温流体将使螺杆泵温度升高。排量越大，流体从油层中部到泵吸入口降温幅度越小；进螺杆泵流体温度越高，排量越小，降温幅度越大，螺杆泵处的温度越趋近于下泵点地层的温度。如果螺杆泵下在油层中部以下，则抽吸流体将给螺杆泵降温，排量越小，流

30、体升温越快，下泵点温度越趋近于地温。但在停抽期间，下泵点的温度等于地温。(c)螺杆泵举升流体与橡胶摩擦产生热量，使螺杆泵定子橡胶升温。温升幅度与泵抽流量、摩擦力的大小、举升压差等因素有关。（d）油井作业时，也会使螺杆泵温度发生变化。如注蒸汽，可使橡胶温度大幅度提高；注凉水、泥浆等都会使螺杆泵温度下降。总之，螺杆泵定子橡胶温度受综合因素的影响。螺杆泵不工作时，允许的温度偏高，螺杆泵在工作过程中不允许存在超过定子橡胶许用的温度。下泵后，螺杆泵定子橡胶温度变化是一个重要因素，不容忽视。(3)压头对螺杆泵采油的影响压头对螺杆泵采油的影响 对于螺杆泵采油井，所选用螺杆泵的级数决定泵的压头。压头越大，举升

31、液体能力就越高。如果因外界因素造成举升压力增加，并超过泵的举升能力，致使泵举升困难或烧泵。在螺杆泵采油过程中，井况常常发生变化。例如油管结蜡严重，形成蜡堵憋压，泵的压力就无法满足举升要求。若定转子因磨损，密封能力降低，就会导致泵的压头降低；泵温度升高或流体粘度增大，也会使泵单级承压能力增大提高泵效。若泵的举升压头不够，使泵抽液量过小，将易出现螺杆泵升温较快，易出现烧泵。3定子寿命对螺杆泵采油的影响定子寿命对螺杆泵采油的影响目前螺杆泵定子寿命是该系统的薄弱环节。泵从井底将液体举升到地面，是靠转子在定子内旋转实现的。在运转中，由于定子长期磨损，造成密封程度下降、漏失甚至损坏。如果含砂较多，更易于磨

32、损破坏。定子在浇注时也可能工艺处理不当，使用一段时间后，造成橡胶脱落或破碎而失去举升能力。定转子过盈量对定子橡胶的损坏程度有直接影响。温度过高也是影响定子过早损坏的因素之一。因此泵的使用寿命长短不但取决于油井条件及使用条件，同时也取决于泵的质量，更重要的是取决于定子的质量。针对定子失效原因，应定期分析螺杆泵工作状况，采取延长螺杆泵定子寿命的技术措施，延长螺杆泵定子寿命是提高抽油效率的重要措施。4井况对螺杆泵采油的影响井况对螺杆泵采油的影响 影响螺杆泵正常工作的因素有四种：井筒弯、井口偏、套管损坏、套管小。这四种原因分别分析如下：(1)井筒弯，抽油杆柱受力不好。抽油杆在正常工作时，每天受拉、压、

33、交变作用力几十万次，容易造成抽油杆疲劳断裂。同时抽油杆在旋转过程中，磨碰油管壁，不但会磨漏油管，而抽油杆也被磨损，且增加了附加扭矩，使泵处在不良工作状态。(2)井口偏，井口平面大多是与井身中心轴线不垂直。抽油杆光杆在旋转抽油的过程中磨油管或产生弹性变形，造成油井断杆事故，影响抽油时率。(3)套管不同程度的损坏和变形，更使井下旋转抽油杆处在恶劣环境内，在工作中随时都可能造成抽油杆扭断等事故。(4)套管内径小，易使抽油杆在弯曲状态下运转，其危害如(1)。五、操作管理不规范对螺杆泵采油的影响五、操作管理不规范对螺杆泵采油的影响操作者必须严格遵守操作程序和生产管理制度。启机前按要求详细检查和准备，启机

34、要平稳；启机后要严格执行运行过程中的全部规定，做到定期检查和监测并作好记录。对地面设备按要求作好检查和维修。常见的问题有以下几种。(1)电机、电网错相，引起抽油杆倒转，造成脱杆，增加打捞和作业的工作量。(2)洗井不提出转子，洗井压力越高，越易脱杆。(3)用腐蚀橡胶的工作液或高温水洗井，会损坏定子。(4)螺杆泵转子磨止推销，会破坏定、转子。(5)转子没全部下入定子内，使螺杆泵总压头降低。若达不到油井所需压头，会在短时间内烧坏螺杆泵定子。(6)井筒不畅启机，易破坏螺杆泵抽油系统或短时间烧泵等。3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.23.6.2地面驱动螺杆泵采油井生产系统设计地面驱

35、动螺杆泵采油井生产系统设计3.6.2.13.6.2.1节点系统划分节点系统划分地面驱动螺杆泵油井生产系统地面驱动螺杆泵油井生产系统节点划分示意图节点划分示意图 3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.23.6.2地面驱动螺杆泵采油井生产系统设计地面驱动螺杆泵采油井生产系统设计3.6.2.13.6.2.1节点系统划分节点系统划分油层、井筒与抽油设备的协调条件：油层、井筒与抽油设备的协调条件：（1 1）质量守恒：）质量守恒：油层生产、井筒流动和井下螺杆泵的吸入与排油层生产、井筒流动和井下螺杆泵的吸入与排出流体三者质量流量相同；出流体三者质量流量相同；（2 2）能量守恒：）能量守恒：

36、流体从油层流入井底时剩余压力等于流体在井流体从油层流入井底时剩余压力等于流体在井筒流动起始压力；流体从井底流到泵吸入口处剩余压力等于泵的筒流动起始压力；流体从井底流到泵吸入口处剩余压力等于泵的吸入压力；泵排出口处压力与井口油压和油管中流体的流动压降吸入压力；泵排出口处压力与井口油压和油管中流体的流动压降之和平衡；泵吸入口处的压力与井口套压和油套环空中的流体压之和平衡；泵吸入口处的压力与井口套压和油套环空中的流体压降之和平衡。降之和平衡。（3 3）热量守恒：）热量守恒：流入井底流体具有的热量与井口流体剩余热量流入井底流体具有的热量与井口流体剩余热量之差等于流体在井筒流动过程中与周围环境之间的热交

37、换量。之差等于流体在井筒流动过程中与周围环境之间的热交换量。3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油地面地面驱动驱动螺杆螺杆泵井泵井生产生产系统系统优化优化设计设计框图框图 3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.23.6.2地面驱动螺杆泵采油井生产系统设计地面驱动螺杆泵采油井生产系统设计3.6.2.33.6.2.3主要计算模型主要计算模型相对于常规泵而言，螺杆泵的不同点主要表现在泵的工作特性、相对于常规泵而言，螺杆泵的不同点主要表现在泵的工作特性、抽油杆柱运动规律和受力状况以及地面设备工作原理等三个方抽油杆柱运动规律和受力状况以及地面设备工作原理等三个方面，所以在其生

38、产系统优化设计中的计算模型特殊性主要在于面，所以在其生产系统优化设计中的计算模型特殊性主要在于泵效组成分析和抽油杆柱设计（组合）计算泵效组成分析和抽油杆柱设计（组合）计算方法。方法。用油气水三相综合用油气水三相综合IPRIPR方法（方法（PetrobrasPetrobras方法）描述流体在油层方法）描述流体在油层中的渗流规律，并以油井测试资料进行修正；采用中的渗流规律，并以油井测试资料进行修正；采用Beggs-Beggs-BrillBrill相关式描述多相流体在井筒中的流动规律；综合考虑流相关式描述多相流体在井筒中的流动规律；综合考虑流体特性影响井筒流体热传递的因素计算井筒流体的温度分布。体特

39、性影响井筒流体热传递的因素计算井筒流体的温度分布。3.6.2.33.6.2.3主要计算模型主要计算模型（一）抽油杆柱轴向力计算模型（一）抽油杆柱轴向力计算模型 （1 1）杆柱载荷）杆柱载荷LllGFniiniiir11 ;（2 2）折算液柱载荷）折算液柱载荷in2p1m1jj21rj2rjout2rm2plPd4p4ddPdd4F（3 3）杆液的摩擦载荷）杆液的摩擦载荷Ll ;l v e 2Fn1iin1iili1ilirl抽油杆柱井口轴向力抽油杆柱井口轴向力 rllrtFFFF（二）抽油杆柱扭矩计算模型（二）抽油杆柱扭矩计算模型 （1 1）举升井筒流体的扭矩）举升井筒流体的扭矩RPTPP55

40、.94.86lplinoutPQPPP（2 2）驱动抽油杆柱的扭矩）驱动抽油杆柱的扭矩启动时的扭矩启动时的扭矩 RPTrr55.91niiniiirirLllGRdP11 ;60正常生产时的扭矩正常生产时的扭矩 r1r2TcT（3 3）杆液的摩擦扭矩）杆液的摩擦扭矩n1i22ri2ti2ti2 riili2ldd60dd R l 8T启动时：启动时：lr1pt1TTTT正常生产时：正常生产时：lr2pt2TTTT（三）抽油杆柱设计强度理论（三）抽油杆柱设计强度理论第四强度理论第四强度理论认为在复杂应力状况下，最大形状改变比能是引认为在复杂应力状况下，最大形状改变比能是引起材料破坏的主要原因，只

41、要材料构件内部一点的形状改变比起材料破坏的主要原因，只要材料构件内部一点的形状改变比能达到拉伸发生屈服破坏时的形状改变比能，材料就发生屈服能达到拉伸发生屈服破坏时的形状改变比能，材料就发生屈服破坏。第四强度理论的强度条件为：破坏。第四强度理论的强度条件为：213232221421xd对抽油杆截面的力学分析可对抽油杆截面的力学分析可知，其危险点为二向应力状知，其危险点为二向应力状态：态：抽油杆柱的强度条件为：抽油杆柱的强度条件为：2243xd16dW ;WT ;AF3rininiiiti022 22 3222221（四）泵效分析（四）泵效分析容积式抽油泵的泵效表示实际排量与理论排量的比值，在地面

42、容积式抽油泵的泵效表示实际排量与理论排量的比值，在地面驱动螺杆泵油井正常生产过程中，影响泵效的因素主要有三个驱动螺杆泵油井正常生产过程中，影响泵效的因素主要有三个方面：方面：漏失的影响、气体的影响和原油体积系数变化的影响漏失的影响、气体的影响和原油体积系数变化的影响。（1 1）泵的理论排量）泵的理论排量6024RQQrpumpideal（2 2）实际泵效）实际泵效pumpidealwwwopump1Qff1Q1000E（4 4）体积系数变化对泵效的影响）体积系数变化对泵效的影响 1fBf1Bff11000QQEwwwowwwopumpidealpump3（5 5）漏失对泵效的影响）漏失对泵效的

43、影响漏失对泵效的影响与泵的间隙、泵的磨损程度及漏失对泵效的影响与泵的间隙、泵的磨损程度及泵两端的压差等因素有关。泵两端的压差等因素有关。3214EEE1E（3 3）气体对泵效的影响）气体对泵效的影响pumpidealrowwwwopumpsP2Q98000P98000273T273Tf1ff1Q1000RRE3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.33.6.3潜油电机驱动螺杆泵（潜油电机驱动螺杆泵（ESPCPESPCP）Electric Submersible Progressing Cavity PumpElectric Submersible Progressing Cav

44、ity Pump系统效率在系统效率在50%50%以上，比电潜泵高以上，比电潜泵高1 1倍，比普通螺杆泵高倍，比普通螺杆泵高14%14%。同时具有普通螺杆泵和电潜泵的优点，又克服了它们的缺点。同时具有普通螺杆泵和电潜泵的优点，又克服了它们的缺点。特点：特点：系统效率高、适用于稠油和含砂原油、不造成原油乳系统效率高、适用于稠油和含砂原油、不造成原油乳化、管理方便。化、管理方便。缺点：缺点：它是容积泵且井下部分的转速一定，调产只能通过变它是容积泵且井下部分的转速一定，调产只能通过变频器实现。频器实现。3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.33.6.3潜油电机驱动螺杆泵（潜油电机驱动

45、螺杆泵（ESPCPESPCP）（1 1）潜油电机）潜油电机潜油电机与电潜泵电机相似，都是三相异步电机。不同的是，由潜油电机与电潜泵电机相似，都是三相异步电机。不同的是，由于潜油螺杆泵要求的转速不高，一般在于潜油螺杆泵要求的转速不高，一般在300300500r/min500r/min，其电机，其电机一般为一般为4 4极和极和6 6极电机。极电机。（2 2）齿轮减速器）齿轮减速器 齿轮减速器是潜油螺杆泵的一个重要组成部分，也是它与电潜泵齿轮减速器是潜油螺杆泵的一个重要组成部分，也是它与电潜泵的一个区别标志，它位于电机之上。减速器的作用是把电机输出的一个区别标志，它位于电机之上。减速器的作用是把电机

46、输出的转速降低到螺杆泵需要的转速。的转速降低到螺杆泵需要的转速。（3 3）保护器）保护器 两个作用：其一是保护电机以防止井液进入电机；其二是润滑保两个作用：其一是保护电机以防止井液进入电机；其二是润滑保护减速器以带走减速器的摩擦热达到延长寿命的目的，护减速器以带走减速器的摩擦热达到延长寿命的目的，保护器保护器内都充填电机油。内都充填电机油。3 36 6地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油3.6.33.6.3潜油电机驱动螺杆泵（潜油电机驱动螺杆泵（ESPCPESPCP）（4 4）挠性轴）挠性轴挠性轴是潜油螺杆泵的一个关键部件，挠性轴是潜油螺杆泵的一个关键部件，对延长机组寿命起对延长机组寿命起着重

47、要的作用，着重要的作用，它处在螺杆泵和减速器之间，它处在螺杆泵和减速器之间，其作用是消其作用是消除转子的偏心运动和减振，除转子的偏心运动和减振，保证其下的保护器、减速器和保证其下的保护器、减速器和电机处于良好的同心运动状态。其结构简单，电机处于良好的同心运动状态。其结构简单，实质上就是实质上就是一根挠性很好的短轴，一根挠性很好的短轴，能够承受很高的轴向和径向载荷及能够承受很高的轴向和径向载荷及扭矩。其径向推力轴承采用高强度的碳化钨硬质合金钢。扭矩。其径向推力轴承采用高强度的碳化钨硬质合金钢。（5 5）螺杆泵）螺杆泵潜油螺杆泵机组所用螺杆泵在结构上基本相似，潜油螺杆泵机组所用螺杆泵在结构上基本相似，差别仅在差别仅在于连接方式，于连接方式，普通螺杆泵采用的是螺纹连接，普通螺杆泵采用的是螺纹连接，而潜油螺杆而潜油螺杆泵采用的是法兰螺栓连接。泵采用的是法兰螺栓连接。