螺桿泵采油技術(shù)

1、主講李樹臻l1、地面部分 2、井下部分l由抽油桿和抽油管 將地面部分和井下部分連接成為螺桿泵采油裝置。l1螺桿泵的結(jié)構(gòu)形式l螺桿泵的主要組成部分是螺桿（轉(zhuǎn)子）及與之相配套的襯套（定子）。l螺桿泵的分類：螺桿泵的分類：螺桿泵按其具有的螺桿的個數(shù)不同，可分為單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵、五螺桿泵等。在油田所用的螺桿抽油泵泵中，以單螺桿泵為主。本節(jié)主要討論單螺桿泵。l按螺桿的螺線頭數(shù)單螺桿泵又分為單頭螺桿泵和多頭螺桿泵。如圖所示單螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點：單螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點： 0 90 180 270 360 5 4 3 2 1 1-下接頭；2-限位銷；3-定子；4-轉(zhuǎn)子；5-上接頭定子由鋼制外套和橡膠襯套

2、組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)定子由鋼制外套和橡膠襯套組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過調(diào)質(zhì)、精車、鍍鉻并拋光加工而成，具有較高的強度和過調(diào)質(zhì)、精車、鍍鉻并拋光加工而成，具有較高的強度和耐磨性。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子兩種耐磨性。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子兩種。 螺桿泵定子是用丁腈橡膠襯套澆鑄粘接在鋼體外套內(nèi)而形成的一種腔螺桿泵定子是用丁腈橡膠襯套澆鑄粘接在鋼體外套內(nèi)而形成的一種腔體裝置。定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外表面相配合。體裝置。定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外表面相配合。l在單螺桿泵中，只有一個螺桿，。l螺桿的任一斷面都是半徑為r的圓，如圖3-1所示。整個螺桿的形狀可以看成是由很多半徑為r的薄

3、圓盤組成，不過這些圓盤的中心O1分布在一條圓柱螺旋線上，該圓柱的半徑為螺桿泵的偏心距e，螺旋線的螺距為t。圖3-1 單螺桿泵的螺桿tl螺桿泵定子襯套是由橡膠襯套粘接在鋼體外套內(nèi)形成的，其的斷面形狀是由兩個半徑為R(等于螺桿斷面的半徑)的半圓和兩個長度為4e的直線段組成的長圓形，如圖3-2所示。襯套的內(nèi)表面就是由很多這樣的斷面所組成的導(dǎo)程為T(T2t)的雙頭內(nèi)螺旋面。襯套的旋向與螺桿的旋向是相同的。 圖32單螺桿泵的襯套TRl(1)接觸點與接觸線l將螺桿置于襯套內(nèi)，則在每一個橫截面上，螺桿斷面與襯套斷面都有相互接觸的兩個點。在不同的橫截面上，接觸點是不同的。當(dāng)螺桿斷面位于襯套長圓形斷面的兩端時，

4、螺桿和襯套的接觸為半圓弧線，而在其它位置時，螺桿和襯套僅有a、b兩點接觸，如圖3-3所示。圖33 圖33 螺桿襯套副的密封線和密封腔室l這些接觸點在螺桿襯套副的有效長度范圍內(nèi)構(gòu)成了兩條空間密封線兩條空間密封線，而且在襯套的一個導(dǎo)程了內(nèi)同半圓弧接觸線半圓弧接觸線形成一個完整的密封腔。這樣，沿螺桿泵的全長，在螺桿的外螺旋表面和襯套的內(nèi)螺旋表面間形成了一個一個的密封腔室。l當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，螺桿襯套副中靠近吸人端的第一個腔室的容積增加，在壓力差的作用下，混合液便進入第一個腔室。之后該腔室形成封閉；以螺旋方式向排出端移動，并最終在排出端消失。同時在吸入端又形成新的密封腔。4、螺桿泵工作、螺桿泵工作原理原理

5、 螺桿泵工作的過程本質(zhì)上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。螺桿泵工作的過程本質(zhì)上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)子外表沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成多個密封腔室；隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，多個密封腔室；隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷形成密封腔室，并表面間會不斷形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端壓差的作用下失，油液在吸入端壓差的作用下被吸入，并由吸入端推擠到排出被吸入，并由吸入端推擠到排出端，壓力不斷升高，

6、流量非常均端，壓力不斷升高，流量非常均勻勻 。l襯套的一個導(dǎo)程內(nèi)形成一個完整的密封，稱為一級。采油螺桿泵單級舉升揚程一般不超過70m水柱，即單級最大工作壓力不超過0.7MPa。目前國產(chǎn)螺桿泵單級工作壓差設(shè)計為0.5MPa左右。單級工作壓差主要是靠定、轉(zhuǎn)子間的過盈單級工作壓差主要是靠定、轉(zhuǎn)子間的過盈來實現(xiàn)的。過盈越大，單級工作壓差越大，轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。過盈越大，單級工作壓差越大，轉(zhuǎn)子扭矩越大。過盈越小，單級工作壓差越小子扭矩越大。過盈越小，單級工作壓差越小。l所以螺桿泵定、轉(zhuǎn)子間的過盈應(yīng)選合理值。l螺桿泵的總揚程螺桿泵的總揚程=單級揚程單級揚程級數(shù)級數(shù)l由于螺桿泵的襯套由橡膠制成，螺桿與襯套間的相對

7、運動為滾動加滑動，為高粘度、高含砂、高含氣原油的輸送創(chuàng)造了有利的條件，加之螺桿泵的運動件少，過流面積大，油流擾動小，使其能在高粘原油中高效工作。 l螺桿泵四個重要參數(shù)：螺桿泵四個重要參數(shù)：l式中 e螺桿的偏心距， m；l D螺桿斷面的直徑， m； l T定子襯套的導(dǎo)程， m;l n螺桿的轉(zhuǎn)速。 r/min TDel如圖所示：定子空腔的截面積為兩個半圓和如圖所示：定子空腔的截面積為兩個半圓和一個長方形組成，轉(zhuǎn)子的截面是圓，由定子一個長方形組成，轉(zhuǎn)子的截面是圓，由定子空腔與轉(zhuǎn)子形成的空腔截面積為空腔與轉(zhuǎn)子形成的空腔截面積為 ：l單螺桿泵的理論流量由下式計算：lQi4eDTn m3/minl或 Qi

8、5760eDTn m3/dl單螺桿泵的泵效由下式計算：lQQil式中 單螺桿泵的泵效。l Q單螺桿泵的實際產(chǎn)液量；eDeD44D44Ds224eD轉(zhuǎn)子運動時偏轉(zhuǎn)子運動時偏心小心小 定子橡膠在橫定子橡膠在橫截面上分布相截面上分布相對較均勻?qū)^均勻 ，遇，遇油膨脹后不均油膨脹后不均勻變形較小勻變形較小 相同尺寸下，相同尺寸下，舉升揚程和排舉升揚程和排量較大。量較大。 雙頭螺桿泵雙頭螺桿泵由雙線螺桿由雙線螺桿轉(zhuǎn)子和三線轉(zhuǎn)子和三線內(nèi)螺旋面定內(nèi)螺旋面定子組成。子組成。l螺桿泵采油系統(tǒng)在按驅(qū)動類型可分為地面驅(qū)動和井下驅(qū)動兩大類。l（1）傳動形式分類）傳動形式分類 根據(jù)傳動形式不同，可分為皮帶傳動和直接傳動

9、兩種型式。l 1)皮帶傳動l電動機(柴油機或液壓馬達)、皮帶傳動輪、減速器等均置于地面采油井口裝置上面。當(dāng)驅(qū)動裝置工作時，帶動抽油桿和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將油舉升到地面。l 2)直接傳動l將電動機通過行星減速器與抽油桿光桿直接連接，驅(qū)動抽油桿旋轉(zhuǎn)。 圖圖34地面驅(qū)動螺桿泵采油示地面驅(qū)動螺桿泵采油示意圖意圖1電控箱；電控箱； 2-電機；電機；3-皮帶；皮帶； 4-方卡子；方卡子；5-光桿；光桿； 6-減速箱；減速箱； 7-專用井口；專用井口； 8-抽油桿；抽油桿；9-抽油桿扶正器；抽油桿扶正器；10-油管扶正器；油管扶正器；11-油管；油管； 12-螺桿泵；螺桿泵；13-套管；套管； 14-定位銷；定位銷

10、；15-錨定裝置；錨定裝置；16-篩管篩管51 12 23 36 67 78 89 91010111112121313141415151616l以地面驅(qū)動井下單螺桿泵采油系統(tǒng)為例介紹系統(tǒng)組成。它是由地面驅(qū)動部分、井下部分、電控部分、配套工具及其它井下管柱等五部分組成。l地面驅(qū)動部分：包括減速箱6、皮帶傳動3、電機2、盤根盒、支撐架、方卡子4等。l井下泵部分，主要由抽油桿、接頭、轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向頭和油管、接箍、定子、尾管等組成。為了防止油管、定子脫扣，在尾管下部應(yīng)安裝油管錨定裝置。51 12 23 36 67 78 89 91010111112121313141415151616l電控部分：包括電控箱

11、、電纜等。配套工具部分：包括防脫工具、防蠟器、泵與套管錨定裝置、單向閥、封隔器等。l常規(guī)及簡易井口裝置、正扣及反扣油管、實心及空心抽油桿、抽油桿扶正器、光桿扶正器等，另外，采油樹、抽油桿、光桿等均為常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)成品。 51 12 23 36 67 78 89 91010111112121313141415151616l地面驅(qū)動設(shè)備可分為電機、柴油機、液壓等方式。現(xiàn)以電機驅(qū)動為例，介紹地面驅(qū)動螺桿泵抽油系統(tǒng)。l地面驅(qū)動螺桿泵采油一股適用于井深1000m左右的直井。l其工作原理是：地面動力帶動抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，使螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，油井產(chǎn)出液經(jīng)螺桿泵下部吸入，由上端排出，并沿油管柱向上流動,至地面管匯

12、。 l這種采油方法簡便，實際使用時井下不需要再裝泄油裝置，由于螺桿泵轉(zhuǎn)子隨抽油桿柱下入或起出，螺桿泵轉(zhuǎn)子一旦脫離定子，油套管之間便連通，于是起到了泄油的作用。同時可在生產(chǎn)過程中測量動液面，使用費用也較低，是較理想的采油方法之一。l按驅(qū)動形式不同，可分為電驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種形式。動力置于并底，不用抽油桿。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點如下。l將潛油電動機、保護器與螺桿泵組合在一起，下入井下，利用電纜將其地面電力輸送到井下潛油電動機，地面上有變壓器和自動控制柜等。當(dāng)井底電機接通電源后，電機驅(qū)動螺桿泵工作，將井底原油泵入油管內(nèi)，并通過油管柱流至井口，最后輸送到計量站。正常工作時泄油器（同電動潛油離心泵）通孔是關(guān)閉的

13、，起下油管時泄油器旁通孔被打開，使油套管之間相互連通，便于起下油管作業(yè)。3圖3-5 電動潛 油 螺 桿泵 采 油 示意圖l井口；2出油口3油管；4螺桿泵5篩管；6保護器7電機；8油層；9套管10電纜11-電控柜3245610971811l電動潛油螺桿泵采油工藝簡單，而且可在不停產(chǎn)情況下直接測量動液面，但井底電機、電纜及其接頭在井液中的絕緣仍是個棘手的問題。l利用地面泵提供一定壓力和排量的液體，通過導(dǎo)管通向井下液壓馬達，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)抽油。l整個系統(tǒng)分為地面和井下兩部分：地面設(shè)備有動力液泵、管匯、油水分離器等；井下部分有動力油管、液馬達、封隔器、及螺桿泵。工作時供液泵將高壓動力液供給液馬達，液馬達

14、帶動螺桿泵工作，井底原油從其上部排出并與廢動力液混合后流入油套環(huán)形空間。由于封隔器的存在，油水混合液只能由油套環(huán)形空間返回井口，經(jīng)分離計量后輸至大罐，分離出的水再注入供液泵。 圖36 液壓螺桿泵采油示意圖1動力液；2井口；3出油管線；4油管；5液馬達；6套管；7-封隔器；8螺桿泵；9篩管；10一死堵：11油層l正常工作時，旁通閥靠壓力差處于關(guān)閉狀態(tài)。起下管柱時，閥靠彈簧打開，使油套環(huán)空相互連通，從而起到平衡管柱內(nèi)外壓力的作用。l由此可見，液壓螺桿泵采油雖然比電動潛油螺桿泵復(fù)雜，涉及到的設(shè)施較多，且在測試液面時須關(guān)井停泵，但這些設(shè)施相對容易解決，且系統(tǒng)工作可靠，并能根據(jù)油層供液能力、動液面高度及

15、泵掛深度，確定出系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，同時一個地面站可集中管理多口井，便于維護和管理。旁通閥l螺桿泵與其它機械采油設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點：l(1)由于結(jié)構(gòu)簡單，價格較低，節(jié)省一次投資。l(2)地面裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可直接坐在井口套管四通上，占地面積小，除原井口外，幾乎不另占面積。l(3)泵效高、節(jié)能、管理費用低。由于螺桿泵是螺旋抽油的容積泵，流量無脈動，軸向流動連續(xù)，流速穩(wěn)定，因此它與游粱式抽油機相比，沒有液柱和機械傳動的往復(fù)慣性力。泵容積效率可達90，它是現(xiàn)有機械采油設(shè)備中效率較高的機種之一。l(4)適應(yīng)粘度范圍廣，可以舉升稠油。一般來說，螺桿泵適合于粘度為8000mPa.s以下的各種含原油

16、流體，多數(shù)稠油井都可應(yīng)用。l(5)適應(yīng)高含砂井。從理論上來講，螺桿泵可輸送含砂量達80的砂漿。在高含砂的情況下螺桿泵仍可正常生產(chǎn)。l(6)適應(yīng)高含氣井。螺桿泵不會發(fā)生氣鎖，故較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣會占據(jù)一定的泵容積，使泵效降低。l(7)適應(yīng)于海上油井叢式井組和水平井，螺桿泵可下在斜井段，而且設(shè)備占地面積小，因此適合海上油田叢式井組或水平井使用。l(8)允許井口有較高回壓。在保證正常生產(chǎn)情況下，井口回壓可控制在l.5MPa，因此對邊遠(yuǎn)井的集輸很有利。l當(dāng)發(fā)動機或電機停轉(zhuǎn)時，在某些情況下，砂沉積在泵的上部，與有桿泵比較，螺桿泵有更大的恢復(fù)工作的可能性。 l(1)定子最容易損壞，檢泵

17、次數(shù)多，每次檢泵，必須起下管柱。l(2)泵需要較好的潤滑，如果泵只靠極低粘度的液體潤滑而工作，則泵過熱將會引起定子彈性體老化，甚至燒毀。l(3)定子的橡膠不適合在注蒸汽井中應(yīng)用。l(4)若操作人員不經(jīng)適當(dāng)操作訓(xùn)練，操作失誤，就會造成泵損壞。l(5)它與有桿泵比較，總壓頭較小。目前現(xiàn)場應(yīng)用在井深1000m左右的井。 l1螺桿泵地面驅(qū)動頭螺桿泵地面驅(qū)動頭l(1)結(jié)構(gòu)形式l地面驅(qū)動頭主要是一個減速系統(tǒng)，它將動力源的高轉(zhuǎn)速降低到適合螺桿泵、及抽油桿的轉(zhuǎn)速，一般為150500rmin，目前應(yīng)用的驅(qū)動頭的結(jié)構(gòu)形式主要有四種。l電機呈臥式或立式，由皮帶輪第一級皮帶減速傳給減速箱，減速箱體內(nèi)部有一對傘齒輪，功

18、能是將水平軸的旋轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪陛S的旋轉(zhuǎn)。箱體與井口法蘭連接，鋼圈密封，光桿用盤根盒密封。偏置式驅(qū)動裝置的特點是重量輕，體積小，不需用平衡裝置。l這種形式的驅(qū)動頭的電機呈立式，用一對皮帶輪一級減速將動力轉(zhuǎn)給減速箱，減速箱內(nèi)有一對直齒輪，再一次減速。箱體內(nèi)兩根軸呈平行分布，整體占據(jù)空間較大，需在電機對側(cè)放一平衡塊，以便調(diào)整重心對準(zhǔn)井口。驅(qū)動頭與井口法蘭連接，鋼圈密封，光桿轉(zhuǎn)動，盤根動密封封住光桿。這種裝置體積大，重量大，移動不方便，但穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用較多。l 電機呈立式，輸出軸端連接一擺線針輪減速器，減速器下端直接與井口連接，這種裝置對中性能最好，不存在偏心，實現(xiàn)動、靜平衡，且體積小、重量輕、操作方

19、便，缺點是調(diào)參困難、光桿動密封可靠性能差。l另一種是電機直接驅(qū)動，(無減速器)選用低轉(zhuǎn)速電機，直接與井底抽油桿連接，轉(zhuǎn)速高，操作方便，重量輕，目前應(yīng)用較少。 l驅(qū)動裝置通過特殊光桿與井底抽油桿相連接，特殊光桿強度大表面光滑，一端帶螺紋，長約23m，上端穿過驅(qū)動頭的軸套孔，通過方卡子與軸套連接；下端與井底的抽油桿螺紋連接驅(qū)動裝置下部安裝密封盤根盒，密封住旋轉(zhuǎn)的光桿。桿柱負(fù)荷通過光桿傳遞給驅(qū)動裝置，負(fù)荷由井口承受。這種光桿主要傳遞動力。稱為動力光桿。l1)電機電機通過皮帶輪將動力傳至驅(qū)動裝置，易于管理，是應(yīng)用最廣泛的一種。l2)柴油機柴油機通過皮帶將動力傳給驅(qū)動裝置，這種方式可用在無電網(wǎng)地區(qū)，但相

20、應(yīng)增加部分管理費用，在國內(nèi)有些油田采用。l3)拖拉機拖拉機尾部連接一變速箱，通過十字軸將動力傳給驅(qū)動裝置，這種方式比較適宜那些低豐度油田的間歇抽油，不設(shè)置電網(wǎng)、管網(wǎng)，可大幅度降低投資，是低產(chǎn)油田開采的較理想方式。l1）法蘭連接：驅(qū)動頭法蘭盤與井口法蘭連接是目前應(yīng)用最多的一種，驅(qū)動頭下部有一個法蘭盤，尺寸與采油樹井口法蘭相配合。l2)卡箍連接：井口卡箍頭連接驅(qū)動頭下部卡箍頭。 3）高架式是特制一個架子裝在驅(qū)動頭底部與井口連接。 l1)采用張緊輪調(diào)整。在驅(qū)動頭殼體上安裝一個張緊輪，通過壓緊張緊輪增大皮帶包角。l2)通過增加皮帶輪中心距來調(diào)整。電機座架與驅(qū)動頭殼體連接，座架有兩個螺栓槽。通過螺栓緊固

21、在殼體上，松開螺栓，即可將座架向外移動，這樣就可增加兩皮帶輪的距離，從而達到張緊的目的。 l通常螺桿泵驅(qū)動裝置可設(shè)計幾個轉(zhuǎn)速，在新井投產(chǎn)時，由于地層壓力高，供液能力強，可采用較高轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一段時間后，壓力逐漸降低，地層壓力趨于穩(wěn)定后，可調(diào)整到正常轉(zhuǎn)速，以免產(chǎn)生抽空現(xiàn)象。所以地面電驅(qū)動螺桿泵多采用更換皮帶輪調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。間歇采油裝置通過拖拉機尾部的變速箱來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 l螺桿泵抽吸的油液到達井口，流入集油管線，一般井口回壓應(yīng)保持1MPa左右以保證將油流送到計量間。從滿足生產(chǎn)的角度出發(fā)，井口盤根密封最低壓力不應(yīng)小于1MPa，但由于洗井解堵時壓力可達l0MPa，故螺桿泵井口密封特殊情況下短期最大壓力應(yīng)達到

22、10MPa。l螺桿泵在運轉(zhuǎn)一段時間后，井下抽油桿將會積累一部分能量，同時，由于油管內(nèi)油壓的作用，在螺桿泵停機時，抽油桿將高速反轉(zhuǎn)若不加以限制，其慣性作用勢必造成抽油桿脫扣，所以一般在螺桿泵驅(qū)動裝置上設(shè)計防反轉(zhuǎn)機構(gòu)。 l目前機械防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)主目前機械防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要有棘輪、棘爪機構(gòu)、要有棘輪、棘爪機構(gòu)、摩擦式防反轉(zhuǎn)裝置、楔摩擦式防反轉(zhuǎn)裝置、楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)、液壓防塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)、液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)和電磁式防反反轉(zhuǎn)系統(tǒng)和電磁式防反轉(zhuǎn)裝置等方式。其中棘轉(zhuǎn)裝置等方式。其中棘輪棘爪防反轉(zhuǎn)因結(jié)構(gòu)簡輪棘爪防反轉(zhuǎn)因結(jié)構(gòu)簡單，而且能夠釋放貯存單，而且能夠釋放貯存在光桿及裝置上的反轉(zhuǎn)在光桿及裝置上的反轉(zhuǎn)扭矩，壽命較長，現(xiàn)場扭

23、矩，壽命較長，現(xiàn)場也可以隨時更換，目前也可以隨時更換，目前是國內(nèi)應(yīng)用最多的一種是國內(nèi)應(yīng)用最多的一種防反轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)形式。防反轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)形式。 楔塊防反轉(zhuǎn)l油管防脫裝置油管防脫裝置l在螺桿泵正常運轉(zhuǎn)抽油時，轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)，由于摩擦力，使定子受到一個正轉(zhuǎn)力矩，使油管柱下端產(chǎn)生正轉(zhuǎn)，而油管柱上端掛在井口，不能轉(zhuǎn)動。定子扭矩會使上部正扣油管倒扣，造成管柱脫扣。有了防轉(zhuǎn)錨，阻止油管正轉(zhuǎn)，既保證定、轉(zhuǎn)子間相對運動的實現(xiàn)，又能防止油管脫扣。它安裝于螺桿泵的下端，與定子外套連接。當(dāng)油管受正轉(zhuǎn)力矩時，牙塊伸出，與套管咬死，阻止油管正轉(zhuǎn)；當(dāng)油管受到反轉(zhuǎn)力矩時，牙塊縮回，與套管松開，油管反轉(zhuǎn)上扣。 l抽油桿扶正器抽油桿扶正

24、器：避免或減緩抽油桿與油管的l磨損。l 油管扶正器油管扶正器：減小油管柱振動和磨損。l 防蠟器防蠟器：延緩原油中石蠟和膠質(zhì)在油管內(nèi)壁的沉積速度。l 防抽空裝置防抽空裝置：地層供液不足會造成螺桿泵損壞，安裝井口流量式或壓力式抽空保護裝l置可有效地避免此現(xiàn)象的發(fā)生。l 篩管篩管：過濾油層流體。l螺桿泵抽油有其自身的特點，搞清螺桿泵抽油的影響因素，以及影響程度是用好管好螺桿泵的關(guān)鍵。影響螺桿泵抽油的主要因素有1、砂、蠟、氣的影響；2、井深、溫度、壓頭的影響；3、螺桿泵定子壽命的影響；4、井況的影響；5、操作管理規(guī)范程度的影響。 l(1)油井出砂對螺桿泵采油的影響l油井在生產(chǎn)過程中，大部分井都出砂。不

25、同的井出砂量不同，同一口井由于地層壓力梯度、采液指數(shù)、流體粘度等不同，導(dǎo)致出砂程度則不同。砂粒隨液體由油層進人井眼，就是防砂技術(shù)再完備，砂進泵也是難免的，只是防砂措施效果越好，砂進泵量越少。l雖然螺桿泵對含砂有較好的適應(yīng)性，但是螺桿泵抽油系統(tǒng)適合含砂井是相對而言的，它比抽油機井、電潛泵井適應(yīng)砂的能力強幾十倍。在螺桿泵正常抽吸時可適應(yīng)含砂高達20以上，但含砂量越大對它的危害、事故出現(xiàn)率越大。砂粒對轉(zhuǎn)子和定子長期磨損，同樣使定、轉(zhuǎn)子表面破壞，使螺桿泵使用壽命縮短。l其磨損機理是：外轉(zhuǎn)子和定子吻合面之間砂粒被擠壓到橡膠面內(nèi)，更使定子橡膠表面加速破壞。同時螺桿也遭到相應(yīng)的磨損。 (a)油井出砂使定、轉(zhuǎn)

26、子之間的摩擦扭矩增加，易出現(xiàn)斷桿，使驅(qū)動頭負(fù)荷增大。電機電流增大隨之帶來一系列的問題。螺桿泵定、轉(zhuǎn)子的磨損加快，密封性下降，使螺桿泵過早漏失，壓頭降低。影響的大小與砂粒的體積、形狀、硬度、含量等因素有關(guān)。(b)油井出砂嚴(yán)重，長期不沖砂會埋泵吸人口，造成螺桿泵供液不足，而油井動液面上升、油井產(chǎn)量下降、油管內(nèi)流速下降，砂粒下沉，堆在泵出口處，造成沙埋，使電機電流增大，造成過載停機，卡泵或燒泵。(c)在螺桿泵停泵時，油管內(nèi)流體停止流動，流體含砂下沉。停泵后再次啟抽時，易出現(xiàn)憋泵或卡泵現(xiàn)象，易使抽油桿、地面驅(qū)動系統(tǒng)破壞；l因此，對出砂嚴(yán)重井，特別是含砂量超過因此，對出砂嚴(yán)重井，特別是含砂量超過10以后

27、，以后，應(yīng)加強螺桿泵抽油井的技術(shù)管理。應(yīng)加強螺桿泵抽油井的技術(shù)管理。 l一般原油含有石蠟質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，只是不同油井含蠟量不同。當(dāng)原油從井底通過螺桿泵沿油管舉升到地面的過程中，原油(或油、氣、水)，溫度隨地層溫度逐漸降低而降低。當(dāng)蠟質(zhì)達到結(jié)蠟溫度時，蠟質(zhì)從油液中析出，并粘結(jié)在油管壁和抽油桿上。l油井結(jié)蠟歸納起來有以下四種情況。l1)地面管線的結(jié)蠟，結(jié)果使井口回壓增大，造成螺桿泵實際壓頭增大。l2)泵出口以上結(jié)蠟l油管內(nèi)流速增大：油管沿程損失增大，增大泵的實際舉升壓頭。l抽油桿旋轉(zhuǎn)摩阻增大，抽油桿及地面驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)荷增大，所需舉升壓頭增大，有可能憋泵，使產(chǎn)量降低而能耗增加，事故率增加。 l3)下

28、泵部位結(jié)蠟，影響更為嚴(yán)重。使泵的抽吸狀況變差。l4)泵吸入口以下結(jié)蠟，影響最為嚴(yán)重。除上述影響外，另有泵吸入狀況變差，動液面上升，產(chǎn)量下降，嚴(yán)重時造成供液不足、泵效降低、易燒泵。l預(yù)防油井結(jié)蠟，是保證螺桿泵采油井長預(yù)防油井結(jié)蠟，是保證螺桿泵采油井長期正常運轉(zhuǎn)的主要途徑之一。因此要制期正常運轉(zhuǎn)的主要途徑之一。因此要制定合理的洗井周期，保證洗井徹底，同定合理的洗井周期，保證洗井徹底，同時也可對油井定期加藥防止結(jié)蠟。時也可對油井定期加藥防止結(jié)蠟。 l由于螺桿泵進液、排液是連續(xù)進行的，不會發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，能夠適應(yīng)于氣液比較高的油井。l但如果氣液比過高，將有大量氣體進人泵內(nèi)，對定子橡膠造成氣浸溶脹，增加摩

29、擦扭矩后，產(chǎn)生大量熱又不易被含氣量較高的流體帶走，引起泵溫升高；同時引起螺桿襯套副得不到充分潤滑，易損壞定子和轉(zhuǎn)子。因此對于螺桿泵采油井，氣液比較高的油井，應(yīng)盡量少下和不下尾管以有助于油氣分離。同時對于氣液比較高的油井，螺桿泵采油應(yīng)加深泵掛深度，增加泵的沉沒度。目的是為了減少油氣分離，并且分離氣進入油套環(huán)形空間。 l(1)泵深對螺桿泵采油的影響泵深對螺桿泵采油的影響l下泵越深，要求的舉升壓頭越大，同時管柱及桿柱受力越大，對桿、管的強度要求也越高。要求泵定子和轉(zhuǎn)子不但要有足夠的剛度，還要提高定、轉(zhuǎn)子的承壓能力，保證密封不漏失。螺桿泵的單級承壓能力一定時泵深大，要求泵的級數(shù)越多；級數(shù)一定時，要求的

30、單級承壓能力越大；對定子橡膠的耐溫要求也高；而且下泵越深，地層溫度越高，對定子橡膠影響越大。l目前多數(shù)螺桿泵定子橡膠、耐溫能力達到80以上。高溫橡膠，耐溫可超過120以上。若地層溫度超過橡膠許用溫度，定子橡膠會加快損壞。降低螺桿泵的性能指標(biāo)，大大降低使用壽命。橡膠溫度越高，定、轉(zhuǎn)子間的摩擦力就越大，使系統(tǒng)工況變差。l對于螺桿泵采油井，所選用螺桿泵的級數(shù)決定泵的壓頭。壓頭越大，舉升液體能力就越高。如果因外界因素造成舉升壓力增加，并超過泵的舉升能力，致使泵舉升困難或燒泵。 l1、清防蠟解堵技術(shù)、清防蠟解堵技術(shù)l螺桿泵在開采稠油、含蠟高、凝固點高的油井時，如不解決清防蠟降粘問題，會使螺桿泵井負(fù)荷增大

31、，甚至造成蠟堵，因此，必須實施清防蠟解堵工藝。清防蠟解堵技術(shù)目前主要有：熱洗清蠟：目前成熟的技術(shù)有上提轉(zhuǎn)子，使其脫離定子后進行油套環(huán)空熱洗清蠟、安裝熱洗閥熱洗清蠟、自然循環(huán)熱洗清蠟(時間較長)、加藥防蠟、電加熱清蠟等。 l由于電動螺桿泵的定子和轉(zhuǎn)子間采用過盈配合，因此轉(zhuǎn)子在定子中高速旋轉(zhuǎn)就會摩擦生熱。如果產(chǎn)生的熱量不能及時由液體帶走，定子、轉(zhuǎn)子間就會產(chǎn)生干磨、燒泵情況，因此必須實施抽空保護技術(shù)。目前有以下兩種保護方法：l1)電流法：由設(shè)置的欠載電流值，控制電動機停機，實現(xiàn)抽空保護；欠載保護也是針對電動螺桿泵井出現(xiàn)桿斷、脫扣、擼扣等現(xiàn)象時須實施的保護。l2)流量法：通過控制井口流量來實現(xiàn)抽空保護

32、(裝在油管線上的一種彈簧繼電器裝置)。當(dāng)流量低于設(shè)定流量值時，控制電動機停機，實現(xiàn)抽空保護；l電動螺桿泵一旦過載就會使油井出現(xiàn)桿斷、皮帶斷，減速箱內(nèi)的齒輪、軸承損壞，甚至燒毀電動機等事故，所以電動螺桿泵井必須實施過載保護。電動螺桿泵井過載保護常見的有扭矩法、電流法兩種。l1） 扭矩法：主要是在轉(zhuǎn)動軸上安裝剪斷銷釘。l2） 電流法：因為電動機的工作電流直接反映工作載荷的大小，所以在電控系統(tǒng)中設(shè)置過載保護即可，這是常用的方法。l 因為螺桿泵的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)順時針轉(zhuǎn)動，工作載荷直接表現(xiàn)為扭矩，轉(zhuǎn)子扭矩作用在定l子上，定子扭矩會使上部的正扣油管倒扣造成油管柱脫扣，所以螺桿泵井的油管柱必須實施l防脫措施。

33、可靠的防脫措施主要有兩種：錨定錨定工具和反扣油管工具和反扣油管，一般采用錨定工具，與常規(guī)油管錨一樣。l抽油桿柱脫扣機理抽油桿柱脫扣機理。l a負(fù)載扭矩過大。螺桿泵采油是依靠細(xì)長抽油桿傳遞能量，因而整個抽油桿柱上儲存一定量的彈性變形能，一旦停機或過載停機，抽油桿柱內(nèi)儲存的彈性變形能要釋放，從而造成抽油桿柱高速反轉(zhuǎn)，特別是抽油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)，從而會使抽油桿柱螺紋連接處倒扣，造成抽油桿柱脫扣。l b停機后油管內(nèi)液體回流。如果螺桿泵采油井突然停機，而且油井動液面較深，那么停機后，螺桿泵在油管柱內(nèi)的液力作用下，將驅(qū)動轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，帶動抽油桿柱反轉(zhuǎn)脫扣。 lc油套環(huán)

34、空內(nèi)的液力作用。對于那些產(chǎn)液能力較強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，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，而此時轉(zhuǎn)子將帶動抽油桿柱正向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動將使整個抽油桿柱的螺紋連接處于倒扣狀態(tài)，因而會造成抽油桿柱脫扣。ld作業(yè)施工。作業(yè)施工過程中，如果抽油桿連接螺紋上扣扭矩不夠，當(dāng)轉(zhuǎn)子進入定子時，轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)，從而會使轉(zhuǎn)子上部抽油桿柱螺紋連接不緊處發(fā)生脫扣。la機械防反轉(zhuǎn)裝置機械防反轉(zhuǎn)裝置。在驅(qū)動頭上安裝防反轉(zhuǎn)裝置，使抽油桿不能反轉(zhuǎn)，從而達到防止因抽油桿反轉(zhuǎn)而造成的脫扣的目的。該裝置采用單向離合器的原理，使抽油桿只能做單向轉(zhuǎn)動。在離合器的外殼體上安裝有

35、剎車帶。當(dāng)需要上提抽油桿柱時，可先緩慢放開剎車帶，將彈性變形能釋放出去，確保施工作業(yè)安全。lb降壓制動防反轉(zhuǎn)降壓制動防反轉(zhuǎn)。該方法采用電器控制原理。停機時，先降壓運行一段時間，降低驅(qū)動電機的負(fù)載能力，使抽油桿的彈性變形能釋放出，一部分，然后時間繼電器動作而停機，從而達到防反轉(zhuǎn)脫扣的目的。lc、井下回流控制閥、井下回流控制閥。在螺桿泵的吸入口處安裝單向閥，使液體只能做舉升方向上的單向流動。停機時，油管內(nèi)的液體不能回流，抽油桿也就不會因液體回流而反轉(zhuǎn)，從而達到防止用液體回流而造成的抽油桿脫扣。ld放氣閥防正轉(zhuǎn)脫扣放氣閥防正轉(zhuǎn)脫扣。在井口安裝放氣閥，當(dāng)套壓大于閥的調(diào)定壓力時。放氣閥自動打開，氣體進入

36、油管線；當(dāng)套壓低于閥的調(diào)定壓力時，閥關(guān)閉，從而保證套壓始終不致過高，降低油套環(huán)空對泵的液力作用，防止轉(zhuǎn)子在液力作用下正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)抽油桿柱防脫。 l 由于螺桿泵轉(zhuǎn)子離心力的作用，定子受到周期性沖擊產(chǎn)生振動，為減小或消除定子的振動需要設(shè)置扶正器。一般在定子上接頭處安裝較為適宜，而對于采用反扣油管的油管柱，則需在定子上、下接頭處分別安裝扶正器。目前扶正器有兩種；一種是彈簧式；一種是橡膠式。 l 抽油桿柱在油管內(nèi)轉(zhuǎn)動，抽油桿柱的轉(zhuǎn)動會引起井口的振動及抽油桿柱與油管柱的摩擦，所以抽油桿柱必須實施扶正，特別是高轉(zhuǎn)速的螺桿泵井。通常在抽油桿柱的上端即光桿附近、抽油桿柱的下端即轉(zhuǎn)子附近以及中下部一定要放置扶正器

37、。另外，在井斜變化大的狗腿子位置也應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾臃稣?。抽油桿扶正器一般采用抗磨損的尼龍材料制造。l l1、解堵工藝技術(shù)、解堵工藝技術(shù)l 冬季溫度低而原油含蠟量高、凝固點高，因故停機時間較長會造成上部油管內(nèi)原油凝固而使螺桿泵啟動困難或根本無法啟動，需要進行解堵。電纜加熱解堵是在空心抽油桿內(nèi)下入活動式加熱電纜，通電后電纜產(chǎn)生熱量使油管內(nèi)原油降粘解堵。解堵時電纜車將電纜經(jīng)井口滑輪下人空心桿(已注滿清水)內(nèi)，當(dāng)電纜下到結(jié)蠟點以下深度時通電，于是電纜放出熱量，經(jīng)空心桿傳遞給油管，從而使油管內(nèi)原油升溫。在加熱過程中要定時測量井口油溫，當(dāng)油溫達到原油凝固點以上時，起出電纜，啟動螺桿泵，從而達到解堵的目的。

38、l螺桿泵也同其他采油設(shè)備一樣，如果管理不當(dāng)、工況不合理或產(chǎn)品質(zhì)量有問，也會出現(xiàn)一系列故障。由于螺桿泵采油的特殊性，各類故障的特征反應(yīng)和診斷方法同其他采油方式有所不同。螺桿泵采油井常見故障有抽油桿斷脫、油管脫落、措堵、定子橡膠脫落等，經(jīng)過幾年的實踐和理論探討，總結(jié)出如下診斷法。 l電流法就是通過測試驅(qū)動電動機的工作電流，根據(jù)工作電流大小來診斷泵況的方法。電流法可以診斷如表45中的各類故障。工作電流工作電流工況特征工況特征故障形式故障形式接近電機空載電流無排量，油套不連通抽油桿斷脫油套連通油管脫落，或油管、或油管頭嚴(yán)重漏失接近正常運行電流排量很?。ㄏ鄬碚撝担瑒右好孑^淺油管漏或泵的定子橡膠磨損嚴(yán)

39、重、失效。排量很?。ㄏ鄬碚撝担?，動液面較深泵嚴(yán)重漏失，舉升揚程不夠，氣體影響，油層供液能力不足。高于正常運轉(zhuǎn)電流排量正常，油壓正常結(jié)蠟嚴(yán)重排量降低，油壓明顯升高地面輸油管線堵塞。排量正常（投產(chǎn)初期） 定子橡膠溶脹或定子不合格周期性波動脈動出液轉(zhuǎn)子不連續(xù)運轉(zhuǎn)，泵不合格。l憋壓法就是通過關(guān)閉采油樹回壓閘門進行憋壓，觀測井口油壓和套壓變化進行診斷井下泵況的方法l 螺桿泵采油井的測試主要是指地面工作參數(shù)測試和井下壓力的測試。其中地面工作參數(shù)的測試包括運行電流、工作轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)效率、工作扭矩等。井下壓力的測試包括流壓和靜壓。l 電參數(shù)測試。電參數(shù)測試最常用的是用電流表測試驅(qū)動電動機的工作電流，因為工作電

40、流的大小直接反映工作負(fù)載的大小，同時根據(jù)工作電流的大小也能診斷一些故障。而使用功率儀或電度表能夠測量電動機的輸入功率，從而能夠計算出螺桿泵采油井的系統(tǒng)效率。l 轉(zhuǎn)速測量。光桿轉(zhuǎn)速決定了螺桿泵的排量，它是螺桿泵采油的主要工作參數(shù)，轉(zhuǎn)速的測量主要是應(yīng)用非接觸式的轉(zhuǎn)速表測量。 l載荷扭矩亦即光桿扭矩，它是分析油井工況和故障診斷的關(guān)鍵依據(jù)。它的測量可以用螺桿泵光桿扭矩測試儀直接測量，也可以通過電參數(shù)測量的功率法間接得到。l l 由于螺桿泵井無下井壓力計的通道和測試工藝，目前螺桿泵采油井的井下壓力測試只能通過液面法折算流壓和靜壓，具體計算與有桿泵類同。l(1)電機、電網(wǎng)錯相，引起抽油桿倒轉(zhuǎn)，造成脫桿，增加打撈和作業(yè)的工作量。l(2)洗井不提出轉(zhuǎn)子，洗井壓力越高，越易脫桿。l(3)用腐蝕橡膠的工作液或高溫水洗井，會損壞定子。l(4)螺桿泵轉(zhuǎn)子磨止推銷，會破壞定、轉(zhuǎn)子。l(5)轉(zhuǎn)子沒全部下入定子內(nèi)，使螺桿泵總壓頭降低。若達不到油井所需壓頭，井口不出液，會在短時間內(nèi)燒壞螺桿泵定子。