舉升工藝教材

第一章水驅(qū)注入和舉升工藝

第二節(jié)舉升工藝

一、概述

機(jī)械采油作為常規(guī)的人工舉升方式，在油田生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。據(jù)統(tǒng)

計(jì)，1996年美國、俄羅斯和中國分別有機(jī)械采油井56萬口、10.5萬口和7.6萬口，

各占其油井總數(shù)的98樂95%和97%左右。在我國，1996年陸上生產(chǎn)原油產(chǎn)量的91%

是通過機(jī)械采油這一舉升方式開采出來的。大慶油田從1981年開始自噴井轉(zhuǎn)抽，到

1995年底，全油田機(jī)械采油井已達(dá)20648口，占油井總數(shù)的99.3%。

隨著油田采油技術(shù)的發(fā)展，舉升工藝發(fā)展很快，特別是八十年代以后，各種新

型舉升方式應(yīng)運(yùn)而生，舉升工藝及其配套技術(shù)日趨多樣化、專用化、系統(tǒng)化，以滿

足和適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。

抽油機(jī)做為一種應(yīng)用最為普遍的舉升方式，使用井?dāng)?shù)占機(jī)采井總井?dāng)?shù)的80%以

上。經(jīng)過一百多年的不斷完善和發(fā)展，抽油機(jī)己經(jīng)由以前的幾種常規(guī)的游梁式抽油

機(jī)發(fā)展到異型游梁式、塔架式、鏈條式、增程式、皮帶式等多種形式的抽油機(jī)。目

前，國外相繼研制和陸續(xù)投入使用的抽油機(jī)達(dá)百余種，我國目前現(xiàn)場使用的抽油機(jī)

規(guī)格也有二十種左右。在這些機(jī)型中，有的只是對原普通游梁式抽油機(jī)的游梁結(jié)構(gòu)、

平衡方式、驢頭、支架以及相互的連接方式等方面進(jìn)行了部分改進(jìn)，如在常規(guī)游梁

式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上研制的前置式游梁抽油機(jī)、偏置式游梁抽油機(jī)及各種異型游梁式

抽油機(jī)。有的則徹底改變了原抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如塔架式抽油機(jī)、數(shù)控抽油機(jī)和

帶式長沖程抽油機(jī)等。其整體的趨勢是向節(jié)能、自動(dòng)控制的方向發(fā)展。在今后相當(dāng)

長的時(shí)間里，抽油機(jī)仍然是應(yīng)用最為廣泛的一種舉升工藝，其發(fā)展趨勢大致可歸納

為以下幾個(gè)方面：

1、品種多樣化

抽油機(jī)品種將逐漸增多，新型機(jī)種將相繼誕生，產(chǎn)品也將日趨多樣性，尤其是

結(jié)構(gòu)簡單、個(gè)小體輕、節(jié)能效果好的抽油機(jī)以及長沖程、大排量、重負(fù)荷的無游梁

式抽油機(jī)會(huì)有較大的發(fā)展。

2、產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化

前蘇聯(lián)、美國和歐洲的一些國家的抽油機(jī)“三化”技術(shù)比較完善，我國在統(tǒng)一

國產(chǎn)抽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)上雖做了大量工作，但與世界先進(jìn)水平還有一定的差距。

3、使用科學(xué)化

目前現(xiàn)場在用的抽油機(jī)中，有很大比例在非優(yōu)化工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，一些主要技術(shù)參

數(shù)未能實(shí)現(xiàn)最合理分配，因此，抽油機(jī)的優(yōu)化技術(shù)、診斷技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、管理技

術(shù)將有待于進(jìn)一步發(fā)展。

4、節(jié)能技術(shù)的研究

抽油機(jī)能耗大，加上使用范圍廣、投入數(shù)量多，消耗的電力資源十分巨大，如

果能把抽油機(jī)的能耗降低一個(gè)甚至零點(diǎn)幾個(gè)百分點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。

近年來，抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)越來越引起人們的重視，除改進(jìn)機(jī)采工作制度之外，在

節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能技術(shù)改造方面有很大的提高。今后，抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究和

推廣將進(jìn)一步發(fā)展，在抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)、平衡方式、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、節(jié)能監(jiān)控裝置和節(jié)能

傳動(dòng)元件等方面會(huì)有較大的變化和提高。

5、特殊工況抽油機(jī)的研制

隨著我國西部油田的開發(fā)以及海上油田的發(fā)展，沙漠抽油機(jī)、淺海灘涂抽油機(jī)、

深井和超深井抽油機(jī)、從式井及斜井抽油機(jī)，將會(huì)相應(yīng)的得到發(fā)展。

隨著抽油機(jī)技術(shù)的發(fā)展完善，泵、桿、管以及其它配套技術(shù)也將不斷發(fā)展，其

總體趨勢是高效率、高強(qiáng)度、長壽命、低價(jià)格、低能耗等。

電動(dòng)潛油離心泵簡稱電泵，1926年開始在美國魯賽爾（Russell）油田應(yīng)用。

電泵具有排液量大、經(jīng)濟(jì)效益好、時(shí)率高、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，目前己被廣泛應(yīng)用于

原油生產(chǎn)中，是重要的機(jī)械采油方式之一。目前，潛油電泵的排量范圍在

16-4100m7d,最高可達(dá)15000n?/d,最大下入深度在4500m以上。大慶油田80年代

從美國引進(jìn)潛油電泵，目前應(yīng)用井?dāng)?shù)已達(dá)數(shù)一千九百多口，排量在20-700m7d。

電泵作為一種舉升工藝，技術(shù)已經(jīng)比較完善，近二十年來結(jié)構(gòu)上沒有大的變化。

電泵主要由三大部分、七大部件組成。其中，三大部分為地面部分、中間部分和井

下部分。七大部件是指潛油電機(jī)、保護(hù)器、油氣分離器、多級離心泵、電纜、控制

屏和變壓器。

螺桿泵雖然在80年代初期才成為石油工業(yè)中的一種舉升設(shè)備，但由于其具有結(jié)

構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、能耗低、泵效高、管理方便、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，十幾年來發(fā)展

迅速，應(yīng)用井?dāng)?shù)逐年增加，應(yīng)用范圍也從高砂井、稠油井?dāng)U大到原油物性好、條件

好的油井，從單井應(yīng)用擴(kuò)大到區(qū)塊應(yīng)用。

由于螺桿泵研制應(yīng)用時(shí)間較短，很多技術(shù)環(huán)節(jié)還需進(jìn)?步完善，今后的發(fā)展方

向是大排量、長壽命。

除上述三種常用的舉升工藝以外，還有兩種依靠地面液壓傳動(dòng)的無桿舉升工藝

在油田中得到應(yīng)用，即水力活塞泵和射流泵。

從83年國家成立水力泵技術(shù)服務(wù)中心以來,我國的水力活塞泵采油技術(shù)得到較

大的發(fā)展，在80年代有多種規(guī)格，排量從30-1000m'/d。但由于對水力活塞泵的應(yīng)

用范圍和適應(yīng)條件認(rèn)識不夠，工藝技術(shù)和管理上還存在許多問題，推廣應(yīng)用比較緩

慢，隨著科技發(fā)展和管理水平的提高，水力活塞泵采油技術(shù)會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用I。

射流泵屬水力泵的一種，19世紀(jì)中葉由英國人發(fā)明，從本世紀(jì)50年代開始用

于原油開采，70年代后得到大量的應(yīng)用，在美國、前蘇聯(lián)和加拿大等國已經(jīng)得到較

為普遍的應(yīng)用。近年來，國外對射流泵不斷完善和改進(jìn)，大大的提高了泵效。在我

國，結(jié)合原油生產(chǎn)的實(shí)際需要，一些油田也逐漸應(yīng)用射流泵開采原油。

根據(jù)我國石油工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，舉升工藝還將日趨多樣化，各種舉升工藝規(guī)格

也將系列化，滿足不同油井的生產(chǎn)需要。今后，舉升工藝的發(fā)展方向是：

1、結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉。

2、方便管理，易于維護(hù)。

3、長壽命，低能耗。

4、排量選擇范圍大，效率高。

5、針對特殊井的舉升工藝技術(shù)逐步完善，滿足特殊井況原油生產(chǎn)的要求。

6、配套工藝技術(shù)完善，且將日趨標(biāo)準(zhǔn)化。

二、新型舉升工藝

1.幾種新型抽油機(jī)

1)矮型異相曲柄抽油機(jī)

該機(jī)是常規(guī)游梁式抽油機(jī)的一種異型機(jī)，也稱大擺角游梁式抽油機(jī)或低矮型抽

油機(jī)。設(shè)計(jì)型號為CYJY6-2.5-26HB,目前在全國各油田應(yīng)用較為廣泛，總裝機(jī)超過

2000臺。

(1)結(jié)構(gòu)原理

該機(jī)結(jié)構(gòu)主要由驢頭、橫梁連桿、曲柄及配重塊、減速箱、剎車裝置、電動(dòng)機(jī)、

支架、懸繩器等幾部分組成(見圖1-2-1)。

該機(jī)在結(jié)構(gòu)尺寸上采取了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要有：

①四連桿結(jié)構(gòu)的非對稱循環(huán)，極位夾角入max=10°,上沖程曲柄最大轉(zhuǎn)角為

190°,下沖程最小轉(zhuǎn)角為170。。

②采取了曲柄平衡重偏置結(jié)構(gòu)，偏置角T=32°-36。，并且偏置角和沖程均能

無級調(diào)節(jié)，能滿足抽汲參數(shù)優(yōu)選的需要。與常規(guī)型抽油機(jī)相比，該機(jī)平衡扭矩前置,

曲柄軸凈扭矩曲線波動(dòng)小，減緩減速箱輸出扭矩峰值。

(2)技術(shù)評價(jià)

CYJY6-2.5-26HB型低矮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見下表：

表1-2-1CYJY6-2.5-26HB型低矮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

序號主要技術(shù)參數(shù)

1懸點(diǎn)最大載荷KN60

2沖程m無級調(diào)節(jié)，最大2.5m

3沖次次/min4,6,9,12

4減速箱最大額定扭矩KN-m26

5減速箱傳動(dòng)比31.7

6電動(dòng)機(jī)功率kw15.22

7電動(dòng)機(jī)型號Y200L-8,Y255N-8

8整機(jī)高度m5.286

整機(jī)質(zhì)量kg9523

該機(jī)通過結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在具有常規(guī)機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有其它一

些特點(diǎn)。與常規(guī)機(jī)型相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：

①整機(jī)體積小，重量輕，高度矮，成本低。該機(jī)型通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后整機(jī)重量只

有9.5t,與同型號常規(guī)機(jī)相比，重量減少了2t以上，整機(jī)高度降低了1.8m,節(jié)省

了鋼材，降低了成本。

②操作簡單，管理方便。該機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了平衡重絲桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)平衡

時(shí)調(diào)曲柄銷即可，操作簡單，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。

③節(jié)能降耗。由于低矮型抽油機(jī)存在極位夾角，使得上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為190。，

上沖程運(yùn)行時(shí)間延長，速度放慢，從而降低了上沖程的動(dòng)載荷，提高了系統(tǒng)效率。

同時(shí)，由于偏置角的存在，使減速箱輸出軸凈扭矩變化平緩，峰值減小，平衡效果

理想，節(jié)能降耗效果顯著。

(3)適用范圍

與6型常規(guī)抽油機(jī)相同，由于其最大沖程只有2.5m,其理論排量受到限制，所

以只能用于產(chǎn)量較低的井上。

同時(shí)，由于該機(jī)具有上沖程慢、下沖程快的運(yùn)動(dòng)特性，在稠油井上要慎用，以

免出現(xiàn)抽油桿下行滯后現(xiàn)象。

2)異型游梁式抽油機(jī)

異型游梁式抽油機(jī)是我國在八十年代后期研制的一種新型抽油機(jī)，由于在結(jié)構(gòu)

上前后有兩個(gè)驢頭，且節(jié)能性好，所以又稱雙驢頭抽油機(jī)、雙驢頭節(jié)能型抽油機(jī)或

柔性連桿游梁式抽油機(jī)。它是在原普通游梁式抽油機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的新型長沖程

節(jié)能型抽油機(jī)。

(1)結(jié)構(gòu)原理

雙驢頭抽油機(jī)與普通游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，主要由懸繩器、光桿卡瓦、

吊繩、前驢頭、游梁、平臺、支架、底座、剎車裝置、電動(dòng)機(jī)、減速器、曲柄裝置、

曲柄銷裝置、連桿、橫梁、驅(qū)動(dòng)繩、保護(hù)繩、后驢頭(副驢頭)、沖程微調(diào)裝置等構(gòu)

成。與普通游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)是：該機(jī)去掉了原普通游梁式抽油機(jī)中的尾軸，

而以一個(gè)后驢頭代替，在后驢頭上端固定一柔性件，與橫梁相連接，構(gòu)成個(gè)完整

的抽油機(jī)四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。見圖「2-2。

(2)技術(shù)評價(jià)

表1-2-2CYJ10-5-48HB雙驢頭抽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

序號主要技術(shù)參數(shù)

1懸點(diǎn)最大載荷KN100

2沖程m3,4,5

3沖次次/min4,5

4減速箱最大額定扭矩KN-m48

5電動(dòng)機(jī)功率kw22

16長X寬X高m8.6x2.3x10.5

7整機(jī)質(zhì)量kg24000

該機(jī)由于其柔性件與后驢頭輪廓面相切，因而允許游梁做大擺角擺動(dòng)，以獲得

長沖程。如果后驢頭輪廓相對于游梁旋轉(zhuǎn)中心為非圓弧曲線，而是一變徑曲線，那

么合理選擇后驢頭輪廓曲線，可使抽油機(jī)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生非對稱循環(huán)，從而改善抽油機(jī)的

動(dòng)力性能消除了曲柄軸的負(fù)扭矩，具有較好的節(jié)能效果。

與同型號普通游梁式抽油機(jī)相比，該機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①?zèng)_程長，最大沖程可達(dá)5m,沖程增加70%左右，拓寬了其使用范圍。

②動(dòng)載小。

③工作平穩(wěn)。

該機(jī)的缺點(diǎn)是后驢頭與橫梁用驅(qū)動(dòng)繩連接，長期磨損將增加出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)。

(3)適用范圍

該機(jī)是適合于中低粘度原油和高含水期開采。

3)數(shù)控抽油機(jī)

數(shù)控抽油機(jī)是九十年代初我國研制成功的一種智能型抽油機(jī)。該機(jī)綜合了微電

子技術(shù)、變頻技術(shù)、過程控制技術(shù)等高新技術(shù)，按照機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想制做的

電子-機(jī)械裝置。

(1)結(jié)構(gòu)原理

數(shù)控抽油機(jī)具有塔式支架，采用重錘式平衡方式，以全數(shù)控電力拖動(dòng)為基礎(chǔ)，

主要由兩大部分組成，即抽油機(jī)械部分和數(shù)控智能部分。

抽油機(jī)械部分主要由懸繩器總成、動(dòng)力機(jī)底座、過渡鏈輪、護(hù)罩、主鏈輪總成、

減速器、電動(dòng)機(jī)、支架、鏈條防碰裝置、平衡重總成、圍欄、底座、壓杠裝置等部

分組成。見圖「2-3。

數(shù)控部分主要由P7系列逆變器(變頻器)和示位管理控制器PCV-1(可編程控

制器)組成。它是一種能隨機(jī)改變運(yùn)行姿態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)字控制電動(dòng)系統(tǒng)。

數(shù)捽抽油機(jī)使傳統(tǒng)抽油機(jī)從機(jī)械運(yùn)行進(jìn)化到實(shí)時(shí)可控的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，打破了傳統(tǒng)

的機(jī)械動(dòng)力無法隨機(jī)改變姿態(tài)的約束。可以根據(jù)每口井的特征隨機(jī)應(yīng)變，實(shí)時(shí)控制，

始終保持事先優(yōu)選的最佳運(yùn)行姿態(tài)。

數(shù)控抽油機(jī)的工作原理是：按油井生產(chǎn)的要求在變頻器上設(shè)定滿意的抽油機(jī)工

作參數(shù)，接通電源開關(guān)及系統(tǒng)控制器的開關(guān)，抽油機(jī)即可自動(dòng)地在設(shè)置的參數(shù)下投

入運(yùn)行，電機(jī)通過減速箱鏈輪和鏈條帶動(dòng)懸繩器、抽油桿和深井泵做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，

將井下液體抽出地面。

(2)技術(shù)評價(jià)

數(shù)控抽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1-2-3：

表1-2-3SKC16E型抽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

序號主要技術(shù)參數(shù)

1懸點(diǎn)最大載荷KN160

2沖程m最長7m

3沖次次/min無級調(diào)節(jié)，最多6次/min

4減速箱最大額定扭矩KN-m18

5減速箱傳動(dòng)比29

6電動(dòng)機(jī)功率kw22

7整機(jī)高度m11.820

8整機(jī)質(zhì)量kg31770

數(shù)控抽油機(jī)是一種自動(dòng)化程度較高的采油機(jī)械，與傳統(tǒng)機(jī)械動(dòng)力抽油機(jī)相比,

具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①自動(dòng)化程度高，操作簡單，使用方便。沖程沖次等運(yùn)行狀態(tài)直接由微處理

控制，現(xiàn)場調(diào)整時(shí)只要按幾個(gè)按鍵重新設(shè)定即可，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

②由于沖程沖次是無級調(diào)節(jié)，兩個(gè)參數(shù)配伍，能使油井處于最佳工作狀態(tài)。

③裝機(jī)容量小，節(jié)能效果顯著。

該機(jī)目前在油田中是試驗(yàn)性應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)一些問題需根據(jù)油田生產(chǎn)需

要進(jìn)一步改進(jìn)。

①數(shù)控抽油機(jī)采用重錘直接平衡方式，在節(jié)能省電的同時(shí)，也使該機(jī)對液面的

變化比較敏感。當(dāng)液面下降，載荷增加到一定程度就需加平衡塊，液面上升，載荷

減少到一定程度就需卸平衡塊，否則，就會(huì)周期性的處于頻繁停機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

②平衡重錘吊裝在后鏈條上，主車隨上下沖程運(yùn)行時(shí)自由度較大，運(yùn)行不太

平穩(wěn)，不僅對機(jī)架產(chǎn)生振動(dòng)，也增加了鏈條的磨損。

③控制部分的磁感應(yīng)裝置安裝在機(jī)架頂部的前后端，經(jīng)長時(shí)間的撞擊后，其

感應(yīng)敏感度降低，使得電機(jī)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。

（3）適用范圍

該機(jī)排量大，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，適用于高產(chǎn)井和產(chǎn)量波動(dòng)大的井。

4）斜直井游梁式抽油機(jī)

斜直井抽油機(jī)是為適應(yīng)斜井采油的特殊需要而制造的一種采油機(jī)械。在國外，

特別是美國、加拿大等國在八十年代開發(fā)應(yīng)用了多種傾斜式抽油機(jī)、斜井抽油機(jī)和

斜直井抽油機(jī)。近年來，隨著我國斜井?dāng)?shù)量的不斷增加，斜直井抽油機(jī)也得以開發(fā)

應(yīng)用。目前我國應(yīng)用的斜直井抽油機(jī)主要有斜直井前置式游梁抽油機(jī)和斜直井后置

式游梁抽油機(jī)兩種，卜面以XCYJ10-3-37HB型斜直井后置式游梁抽油機(jī)為例介紹一

下斜直井游梁式抽油機(jī)。

（1）結(jié)構(gòu)原理

該機(jī)是直井用游梁抽油機(jī)的改進(jìn)，結(jié)構(gòu)與普通游梁式抽油機(jī)基本相同，主要由

組合驢頭、吊繩、懸繩器、平臺、橫梁、支架、連桿、曲柄裝置減速器、支架調(diào)整

裝置、剎車裝置、箱座、電動(dòng)機(jī)、配電箱、底座等構(gòu)成（見圖1-2-4）。改進(jìn)設(shè)計(jì)部

分包括：連桿的有效長度可調(diào)，游梁的傾斜角度可調(diào)到與井筒傾斜角同步；曲柄上

有多個(gè)偏置銷孔，可按不同的井筒傾角及所需的沖程來選擇銷孔，保證使平衡重進(jìn)

入平衡相位。該機(jī)在結(jié)構(gòu)上具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，一是把0°-45°井斜角劃分為

45°—36°,36°—26°,25°—16°,16°—0°四段：二是把四段的四組四連桿

機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)在一臺抽油機(jī)上，使其具有四個(gè)機(jī)位，通過對機(jī)位的調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同

斜度井對抽油機(jī)安裝的要求。

斜直井游梁式抽油機(jī)的工作原理與常規(guī)游梁式抽油機(jī)基本相同。

（2）技術(shù)評價(jià)

表1-2-4XCYJ10-3-37HB型斜直井前置式游梁抽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

序號主要技術(shù)參數(shù)

I懸點(diǎn)最大載荷KN100

2沖程m1.8,2.5,3

3沖次次/min4,6,9,11

4減速箱最大額定扭矩KN-m18

5皮帶5V2650

j6電動(dòng)機(jī)功率kw45

7長x寬x高m12.5x2.002x9

18整機(jī)質(zhì)量kg17200

該機(jī)可實(shí)現(xiàn)井斜角分段調(diào)整，適應(yīng)斜井生產(chǎn)需要，整機(jī)動(dòng)力性能好，穩(wěn)定性好,

運(yùn)行平穩(wěn)。

（3）適用范圍

斜直井抽油機(jī)適應(yīng)于0°—45°內(nèi)任意井斜角的需要（見表「2-5）。

表1-2-5斜直井抽油機(jī)機(jī)位調(diào)整數(shù)據(jù)表

支架傾角曲柄偏置角連桿長度適應(yīng)井斜角度機(jī)位

a(°)T(°)I(m)6(°)

6185.000-16I

16286.1916-2511

26376.8921。III

36477.4936-45IV

5）其它新型抽油機(jī)

（1）旋轉(zhuǎn)驢頭式游梁抽油機(jī)

旋轉(zhuǎn)驢頭式抽油機(jī)是在整機(jī)高度變化不大的情況下，對抽油機(jī)驢頭部位進(jìn)行改

進(jìn)，使驢頭能在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而增大抽油機(jī)的沖程。使驢頭旋轉(zhuǎn)的主要方法

有兩種，一是依靠驢頭和支架間的連桿帶動(dòng)驢頭旋轉(zhuǎn)，二是采用輪式驢頭。目前旋

轉(zhuǎn)驢頭式抽油機(jī)主要有六連桿增程式抽油機(jī)、旋轉(zhuǎn)驢頭增距式長沖程抽油機(jī)、大輪

式抽油機(jī)（大擺角長沖程抽油機(jī)）、蛋型驢頭抽油機(jī)、行星驢頭長沖程抽油機(jī)等。

①六連桿增程式抽油機(jī)

六連桿增程式抽油機(jī)是我國在八十年代末研制的?種新型長沖程抽油機(jī)，它在

原游梁式抽油機(jī)的驢頭和機(jī)架之間增加了一對擺桿，將原來的四連桿機(jī)構(gòu)增加到六

連桿機(jī)構(gòu)。其增程原理是：在驢頭隨游梁往復(fù)擺動(dòng)完成原游梁抽油機(jī)?個(gè)沖程長度

以后，通過擺桿的作用使驢頭相對游梁向后轉(zhuǎn)動(dòng)?個(gè)角度，即在原沖程長度的基礎(chǔ)

上完成一個(gè)沖程長度的附加值，從而達(dá)到六連桿機(jī)增程的目的。

六連桿增程式抽油機(jī)是在普通10型機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)的，驢頭最大翻轉(zhuǎn)角度為160°,

雖然外型尺寸小，但最大沖程可達(dá)5.5m,是常規(guī)式游梁抽油機(jī)的1.8倍，其設(shè)計(jì)參

數(shù)和提液能力與14型抽油機(jī)相當(dāng)。它的主要缺點(diǎn)是由于擺桿吃負(fù)荷較大，擺桿連接

部位的部件加工強(qiáng)度和精度要求高。

②蛋形驢頭式抽油機(jī)

蛋形驢頭式抽油機(jī)是把原普通游梁式抽油機(jī)的弧形驢頭改為橢圓形驢頭，其它

部件與常規(guī)型游梁抽油機(jī)相同。鋼絲繞過蛋形驢頭，一端與抽油桿連接，一端與底

座連接。該機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是在不增加抽油機(jī)兒何尺寸的情況下，光桿沖程增加近一

倍，而驢頭負(fù)荷能力減小近一半。它的主要缺點(diǎn)是鋼絲長期磨損易損壞。

（2）無游梁式抽油機(jī)

目前，國內(nèi)外無游梁式抽油機(jī)種類很多，總的來說有滾筒式、塔架式、缸式、

增程式、鏈條式、皮帶式、繩索式等，下面簡要介紹兩種在大慶油田應(yīng)用過的無游

梁抽油機(jī)。

①雙擺增程式抽油機(jī)

從嚴(yán)格意義上講，雙擺增程式抽油機(jī)也屬于游梁平衡，但其機(jī)身總體上是塔架

結(jié)構(gòu)，我們把其歸納到無梁抽油機(jī)類。該機(jī)把滑輪組的原理應(yīng)用在驢頭（定滑輪）

和游梁（動(dòng)滑輪）上，由兩輪組成一個(gè)滑輪組，通過鏈條纏繞滑輪組，減速器傳動(dòng)

動(dòng)力并帶動(dòng)光桿、深井泵做上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用定滑輪上纏繞的鏈條行程

是動(dòng)滑輪行程兩倍的原理，實(shí)現(xiàn)增加沖程的目的。

該機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠、易損件少，主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)件與常規(guī)游梁式抽

油機(jī)通用，維修保養(yǎng)與常規(guī)機(jī)也基本相同。該機(jī)平衡調(diào)整容易，可通過增加平衡框

內(nèi)的平衡塊數(shù)量獲得精確平衡。主要易損件傳動(dòng)鏈條采用無鏈輪齒設(shè)計(jì)，避免了鏈

齒與鏈條間的摩擦拉伸造成的對鏈條的損害。該機(jī)沖程長，排液能力強(qiáng)能滿足油井

環(huán)空測試的要求，而且啟動(dòng)和運(yùn)行電流小，節(jié)電效果明顯，其裝機(jī)容量和減速箱扭

矩是同類長沖程抽油機(jī)中最小的一種。由于該機(jī)研制應(yīng)用時(shí)間較短，在一些部件的

設(shè)計(jì)上還存在一定的問題，如連桿上定位銷鎖定的可靠程度不夠高、主平衡塊在平

衡框內(nèi)的移位距離偏小、鏈條不能自動(dòng)潤滑等。

②塔架式抽油機(jī)

塔架式抽油機(jī)又稱復(fù)合天輪式長沖程抽油機(jī)，因其整機(jī)高度高，沖程長，安裝

后酷似井架而得名。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是去掉了常規(guī)抽油機(jī)的游梁和驢頭，以一組同心

不等徑大小天輪代替。它的最大特點(diǎn)是設(shè)計(jì)參數(shù)大、提液能力強(qiáng)，670mm泵徑最大

理論排量可達(dá)398m7d,可滿足環(huán)空測試的需要，且運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。但塔架機(jī)與

游梁抽油機(jī)相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整機(jī)重量和高度較大，安裝、調(diào)參和維護(hù)保養(yǎng)比較困

難，作為承載體的8根小天輪吊繩，承載后在天輪上的擠壓易造成破股損壞，而且

更換比較困難。

6)幾種抽油機(jī)對比分析

表1-2-幾種新型抽油機(jī)與同型常規(guī)機(jī)特點(diǎn)和功能對比

低矮型雙驢頭數(shù)控斜直井

產(chǎn)品型號CYJY6-2.5-26I1BCYJ10-3-48IIBSKEC16EXCYJ10-3-37HB

基建投資低高

占地面積相當(dāng)相當(dāng)相當(dāng)相當(dāng)

系統(tǒng)效率高高高相當(dāng)

運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)局較高較高

理論排量小大大相當(dāng)

管理難度相當(dāng)大參數(shù)調(diào)節(jié)方便，管理方便大

節(jié)能效果好好顯著較高

整機(jī)體積小、重工作穩(wěn)定，沖自動(dòng)化程度高,沖程、沖次

可實(shí)現(xiàn)井斜角分

量輕、成本低，程長，節(jié)能效無級調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)處于最

段調(diào)整，適應(yīng)

綜合評價(jià)節(jié)能效果好，沖果好，適合于佳工作狀態(tài)，現(xiàn)場調(diào)節(jié)方

0-45°斜直井的

程短，適用于產(chǎn)中低粘度和高便，節(jié)能效果好，適用于高

生產(chǎn)需要。

量較低井。含水開采。產(chǎn)井和產(chǎn)量波動(dòng)較大的井。

2.螺桿泵

早在在本世紀(jì)20年代中期法國人勒內(nèi)?莫依諾發(fā)明設(shè)計(jì)出了螺桿泵這種泵。莫

依諾開始時(shí)想設(shè)計(jì)一種旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)造出一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械用于改變流

體壓力，稱它為腔式壓縮機(jī)。他的目的是要在泵、壓縮機(jī)械或馬達(dá)中使用這種腔式

壓縮機(jī)。

在30年代，法國、英國以及美國的公司生產(chǎn)螺桿泵，其它?些小公司也很快制

造出其它副產(chǎn)品。在許多工業(yè)領(lǐng)域，如：化學(xué)、煤炭、機(jī)械制造、礦業(yè)、造紙、石

油、紡織、煙草、水及廢水處理等，螺桿泵都得到了廣泛應(yīng)用。在石油工業(yè)中，螺

桿泵作為地面?zhèn)鬏敱檬褂靡殉^50年。

50年代中期，螺桿泵原理被應(yīng)用于水力馬達(dá)，這是反用螺桿泵的功能。這種裝

置不是泵抽流體，而是用流體驅(qū)動(dòng)它轉(zhuǎn)動(dòng)。用鉆井泥漿或其它流體驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子，

它變成了鉆井原動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在，莫依諾原理(MoynoTheoly)已廣泛應(yīng)用于鉆井工業(yè)

中。

80年代初期，螺桿泵被用作石油工業(yè)中的人工舉升設(shè)備。美國率先在石油工業(yè)

中把莫依諾原理用于人工舉升，把螺桿泵作為一種代替常規(guī)舉升工藝的替代技術(shù)推

向市場。

進(jìn)入90年代，螺桿泵的研究與應(yīng)用發(fā)展得更快了。隨著合成橡膠和粘接技術(shù)的

發(fā)展，螺桿泵得到廣泛應(yīng)用I。目前國內(nèi)有30多個(gè)廠家生產(chǎn)螺桿泵，許多技術(shù)規(guī)范已

經(jīng)制定出來，每年都有些新工藝技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域。

1）螺桿泵采油井的系統(tǒng)組成

螺桿泵采油系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、井口裝置、井下螺桿泵以及中間油管組成。

根據(jù)其驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為電動(dòng)、液動(dòng)和機(jī)動(dòng)三種類型的螺桿泵采油系統(tǒng)。

（1）電動(dòng)潛油螺桿泵

電動(dòng)潛油單螺桿泵的系統(tǒng)裝置如圖1-2-5所示。它是一種容積式泵，運(yùn)動(dòng)部件

很少，沒有閥件和復(fù)雜的流道。電動(dòng)潛油單螺桿泵和電動(dòng)潛油離心泵一樣，主要機(jī)

組都在井下，包括單螺桿泵、保護(hù)器和潛油電機(jī)。單螺桿泵在上面，保護(hù)器在中間，

而潛油電機(jī)在下面。由電纜將電力從地面?zhèn)鹘o潛油電機(jī)，而油流則沿著油管從井下

舉升到井口。地面部分包括自動(dòng)控制臺、自耦變壓器和一些輔助設(shè)備。

當(dāng)井底電機(jī)接通電源時(shí)，便驅(qū)動(dòng)螺桿泵工作，將井底原油抽入油管內(nèi)，并通過

油管至井口，最后輸送到計(jì)量站。正常工作時(shí).，泄油器旁通孔打開，使油套環(huán)形空

間相互連通，起著泄油及平衡管柱內(nèi)外壓力的作用。

電動(dòng)螺桿泵采油工藝簡單，而且可在不停產(chǎn)的情況下直接測量動(dòng)液面。但是，

要求井底電機(jī)、電纜及其接頭在井液中要絕緣，并能長期可靠和安全工作。

（2）液動(dòng)螺桿泵

圖1-2-6是液動(dòng)螺桿泵采油井的系統(tǒng)組成。它分為地面部分、中間部分和井下

部分。地面部分主要有管匯、油水分離器和供液泵；井下部分主要包括旁通閥、液

馬達(dá)、封隔器及螺桿泵。

工作時(shí)，供液泵將高壓動(dòng)力液供給液馬達(dá)，液馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)螺桿泵工作。

井底原油從其上部排出，井與動(dòng)力液混合后經(jīng)管壁孔流入汕、套環(huán)形空間。由于封

隔器的存在，油水混合物只能由油、套環(huán)在空間返出井口，經(jīng)分離計(jì)量后輸至大罐。

液動(dòng)螺桿泵要比電動(dòng)潛油螺桿泵復(fù)雜得多，設(shè)施也較多，并且在測試液面時(shí)需

要關(guān)井停泵。但這些設(shè)施相對容易解決，并且系統(tǒng)工作可靠。還能根據(jù)油層供液能

力、動(dòng)液面高度及泵掛深度迅速而合理地確定出系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)：同時(shí)，一個(gè)地面

站可管理多口井，便于維護(hù)和管理。

（3）機(jī)動(dòng)螺桿泵

圖12-7為機(jī)動(dòng)螺桿泵采油的系統(tǒng)組成。機(jī)動(dòng)螺桿泵采油一般適用于井深為

1000m左右的淺直井，它是由井底螺桿泵、抽油桿柱、抽油桿扶正器及地面驅(qū)動(dòng)系

統(tǒng)等組成。地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又可分為電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)多種類型。

工作時(shí)，由地面動(dòng)力帶動(dòng)抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，連接于抽油桿底端的螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之

一起轉(zhuǎn)動(dòng)，井液經(jīng)螺桿泵下部吸入，由上端排出，并從油管流出井口，再通過地面

管線輸送至計(jì)量站。

這種采油方式更為簡便。實(shí)際使用時(shí)井下也不需要安裝泄油裝置，因?yàn)槁輻U泵

轉(zhuǎn)子一旦脫離定子（泵筒），油套管之間便相互連通，于是起到了泄油的作用。同時(shí),

這種裝置的使用費(fèi)用也較低，是淺井采油較理想的方法。

2)螺桿泵采油系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)螺桿泵采油系統(tǒng)的優(yōu)越性

螺桿泵與其它機(jī)械采油設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①重量輕，一次性投資少，耗能低。

②結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)部件少，泵內(nèi)無閥件和復(fù)雜的流道，所以水力損失小、故障

率低、泵效高。

③地面裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作安全、管理方便，占地面積小，可直接座在井口套

管四通上，有利于陸上叢式井和海上采油平臺上使用。

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

(50℃)以下的各種含原油流體，因此多數(shù)稠油井都可應(yīng)用。

⑤適應(yīng)高含砂井。理論匕看，螺桿泵可輸送含砂量達(dá)80%的砂漿。在原油含砂

量高，最大含砂量達(dá)40%(除砂埋之外)的情況下螺桿泵可正常生產(chǎn)。

⑥適應(yīng)高含氣井。螺桿泵的自吸能力較強(qiáng)，能均勻的排液和吸液，溶解氣不易

從原油中析出，減小了氣體對泵效影響；而且螺桿泵不會(huì)氣鎖，比較適合于油氣混

輸，但井下泵入口的游離氣會(huì)占據(jù)一定的泵容積。

⑦允許井口有較高回壓。在保證正常抽油生產(chǎn)情況下，井口回壓可控制在

1.5mPa以內(nèi)或更高，因此對邊遠(yuǎn)井集輸很有利。

(2)螺桿泵采油系統(tǒng)的局限性

雖然螺桿泵采油具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在某些方面也存在一定的缺點(diǎn)。

①排量較低。

②定子容易損壞，導(dǎo)致檢泵次數(shù)多，增加檢泵費(fèi)用。

③泵需要流體潤滑，如果只靠極低粘度的液體潤滑工作，泵過熱會(huì)引起定子彈

性體老化，甚至燒毀。

④定子的椽膠不適合在注蒸汽井中應(yīng)用。

⑤螺桿泵用于深井時(shí)，由于扭矩大，抽油桿斷脫率較高。

⑥設(shè)備制造技術(shù)要求高。

3)螺桿泵的結(jié)構(gòu)與工作原理

(1)螺桿泵的結(jié)構(gòu)

圖1-2-8是一個(gè)單螺桿泵的結(jié)構(gòu)示意圖，它是由定子和轉(zhuǎn)子組成的。轉(zhuǎn)子是通

過精加工、表面鍍銘的高強(qiáng)度螺桿；定子就是泵筒，它是由一種堅(jiān)固、耐油、抗腐

蝕的合成橡膠精磨成型，然后被永久地粘接在鋼殼體內(nèi)而成。根據(jù)螺桿的結(jié)構(gòu)，又

可將螺桿泵分為單螺桿泵和多螺桿泵(雙螺桿、三螺桿及五螺桿泵等)。

單螺桿泵在石油鉆采和石油輸送中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而多螺桿泵中最

常見的是三螺桿泵，它常用于輸送各種油品。在油田上常用于油氣集輸。因此，本

書主要介紹單螺桿泵。

(2)螺桿泵的工作原理

螺桿泵是靠空腔排油。即轉(zhuǎn)子與定子間形成的一個(gè)個(gè)互不連通的封閉腔室，當(dāng)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉空腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運(yùn)移。封閉腔在排出端消

失，空腔內(nèi)的原油也就隨之由吸入端均勻地?cái)D到排出端。同時(shí)，又在吸入端重新形

成新的低壓空腔將原油吸入。這樣，封閉空腔不斷地形成、運(yùn)移和消失，原油便不

斷地充滿、擠壓和排出，從而把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。

4)螺桿泵基本參數(shù)的確定

(1)泵的理論排量

單螺桿泵的每日排量，即泵的理論排量為：

6

Qt=5.760X10enDT(1-2-3)

式中Q,——泵的理論排量，m：i/d；

e——螺桿的偏心距，mm；

n---螺桿的轉(zhuǎn)速，r/min；

D——螺桿截面的直徑，D=2R,mm；

T----襯套的導(dǎo)程，T=2t,mm。

(2)泵的容積效率和系統(tǒng)效率

泵的實(shí)際排量Q與理論排量。的比值，稱作泵的容枳效率，記作小，用式表達(dá)

如下:

H(1-2-4)

泵的系統(tǒng)效率定義為泵的有功功率N,與泵的輸入功率入N”之比，即

H(1-2-5)

式中n——泵的系統(tǒng)效率，乂稱泵效；

N.——泵的輸入功率；

N.---泵的有功功率。

泵的輸入功率可如下計(jì)算：

(1-2-6)

式中凡——泵的輸入功率，W；

U——電機(jī)的工作電壓，V；

I——電機(jī)的工作電流，A；

cos①----功率因子。

泵的有功功率為：

H(1-2-7)

式中Nw---泵的有功功率，kw；

H----泵的揚(yáng)程。m；

Q----泵的實(shí)際排量m,1/s

T——舉升液體的重度，kN/m\

(3)泵的扭矩

由于螺桿泵的吸入端和排出端的液體存在壓差，所以螺桿一襯套副中的液體將

對螺桿施加力的作用。同時(shí)，定、轉(zhuǎn)子間存在過盈量，將會(huì)使定、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生摩擦

阻力扭矩。

①轉(zhuǎn)子有功扭矩。

螺桿一襯套副將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓能，若不考慮損失，則由能量轉(zhuǎn)換關(guān)系

可得：

2JiM=q△p

由于q=4eDT

則

(1-2-8)

式中M-----轉(zhuǎn)子有功扭矩；

q——螺桿泵單轉(zhuǎn)排量；

Ap——螺桿泵吸入端與排出端的壓差；

其它符號意義同前。

②定、轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩

由于螺桿泵定、轉(zhuǎn)子間存在過盈量，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子

間就產(chǎn)生摩擦。定子對轉(zhuǎn)子施加摩擦扭矩的作用，其摩擦扭矩計(jì)算如下：

Mr=fRK(8+80)(1-2-9)

式中M,——定、轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩；

f——定、轉(zhuǎn)子間的摩擦系數(shù)；

R——轉(zhuǎn)子斷面半徑；

K——定子襯套橡膠的剛度；

8——襯套橡膠在井下條件的脹容量；

6o——襯套橡膠的初始過盈量。

③啟動(dòng)扭矩

螺桿泵的空載運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩一般很小，但長時(shí)間靜止的螺桿泵啟動(dòng)時(shí)需要的扭矩卻

非常大，為空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)扭矩的20?30倍。為滿載荷工作時(shí)扭矩的2?3倍。啟動(dòng)扭

矩的大小，與螺桿泵密封線的長度、定轉(zhuǎn)子間的過盈量以及橡膠的硬度和工作壓力

有關(guān)，還與靜止時(shí)間的長短以及摩擦面的粗糙度有關(guān)。級數(shù)越多、粗糙度越大、橡

膠硬度越高，以及定、轉(zhuǎn)子間過盈量越大、泵的工作壓力越高，泵的啟動(dòng)扭矩越大。

(4)抽油桿柱的受力分析

抽油桿柱在油管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到抽油桿柱下端的轉(zhuǎn)子上，從而實(shí)現(xiàn)抽吸

作用。抽油桿柱不但承受軸向力，同時(shí)還承受負(fù)載扭矩的作用。

①軸向力計(jì)算

抽油桿柱承受的軸向力F包括：抽油桿自重上、螺桿泵的進(jìn)、出口壓差作用在

轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的液壓軸向力瓊，以及抽油桿柱在液體中所承受的浮力F「。

F=F?+Fs-Ff(1-2-10)

其中Fs=mgL

FP=8eRAp

Ap=p.h+ph+phr-p.s+p.

以上式中m——每米長抽油桿的重量；

g——重力加速度；

L——抽油桿長度或泵掛深度；

△P----泵兩端壓差；

p.h——地面輸油管線回壓；

Ph——泵排出口至井口油管內(nèi)的液柱靜壓；

PM——泵排出口至井口液體流動(dòng)的沿程損失；

Ps----沉沒度；

Pc----套壓。

②扭矩計(jì)算

抽油桿柱承受的扭矩M包括：舉升扭矩叫、定轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩M,以及抽油桿

柱在油管內(nèi)液體中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受液體的阻力扭矩M,。

M=M?+M(+My(1-2-11)

其中：■

式中u---液體粘度；

D——油管內(nèi)徑；

d---抽油桿直徑；

n——螺桿(抽油桿)的轉(zhuǎn)速；

L---抽油桿長度。

5)螺桿泵的選擇

螺桿泵的選擇，首先，應(yīng)根據(jù)油井的產(chǎn)能確定出油井的產(chǎn)量，然后確定所用螺

桿泵的排量；其次是根據(jù)泵的工作特性曲線確定在保證該排量下泵的揚(yáng)程大小，并

根據(jù)油井條件計(jì)算出所需泵的級數(shù)。此外，還要根據(jù)需要以及油井的實(shí)際條件確定

合理的過盈量；最后，根據(jù)負(fù)載大小選擇抽油桿的材料與規(guī)格、電動(dòng)機(jī)以及其它附

屬部件。下面就一些主要內(nèi)容做一介紹。

(1)泵轉(zhuǎn)速的確定

地面驅(qū)動(dòng)采油螺桿泵轉(zhuǎn)速的確定，受多種因素的影響。首先要考慮的是介質(zhì)的

粘度、磨蝕條件和定子橡膠的疲勞強(qiáng)度。

介質(zhì)的粘度將影響泵的充滿系數(shù)。當(dāng)液體的粘度較大時(shí)，其流動(dòng)性變差，使得

充滿系數(shù)降低從而降低泵的容積效率。隨著液體粘度的增加，這種影響程度增大。

在高含砂油井中，泵的壽命取決于定子橡膠的疲勞強(qiáng)度。由于泵的定子和轉(zhuǎn)子

間有一定的過盈量，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)定子橡膠將受到周期性地壓縮，從而產(chǎn)生

摩擦面的溫升和疲勞。摩擦面的溫升往往可達(dá)到比介質(zhì)溫度高幾十度，它加速了橡

膠分子鏈的重新組合，使彈性模數(shù)減小。從而降低其疲勞特性及金屬和橡膠結(jié)合面

上粘結(jié)劑的強(qiáng)度。這個(gè)溫升值和壓縮疲勞隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。因此，在實(shí)際應(yīng)用

中要合理地選擇轉(zhuǎn)速以保證泵的壽命。

(2)泵級數(shù)和定、轉(zhuǎn)子長度的確定

單級螺桿泵滿足不了實(shí)際舉升高度(揚(yáng)程)的需要，如同潛油電泵一樣需要多

級泵。泵的級數(shù)可根據(jù)油井實(shí)際需要的舉升高度和單級揚(yáng)程來確定，即

■(1-2-12)

式中Z——泵的級數(shù)；

H---泵的揚(yáng)程，m；

Hj----單級揚(yáng)程，mo

泵的級數(shù)確定后，就可確定定子和轉(zhuǎn)子的長度。定子和轉(zhuǎn)子的長度由泵的級數(shù)

和襯套的導(dǎo)程來決定。定子長度為：

Ld=T-Z(1-2-13)

式中U——定子長度；

T——襯套的導(dǎo)程；

Z---泵的級數(shù)。

轉(zhuǎn)子長度為：

Lz=Ld+(250—350mm)(1-2-14)

式中L——轉(zhuǎn)子長度；

250?350mm是為了保證轉(zhuǎn)子能夠安裝到位所留有的余量。

(3)合理過盈量的確定

定、轉(zhuǎn)子間的過盈配合情況如圖1-2T2所示,其過盈量為6=(b-a)/2。

為了使螺桿泵具有容積泵的特點(diǎn)，必須使定、轉(zhuǎn)子間的空腔保持良好的密封性，即

必須有一定的過盈值。

螺桿泵在井下工作時(shí).，其過盈量由以下三部分組成：給定的初始過盈量6。、由

熱膨脹產(chǎn)生的過盈量以及由于浸油溶脹而產(chǎn)生的過盈量3,“3%與V2之和又叫

作脹溶過盈量，用6'表示，即：6，=6"+6、螺桿泵總的過盈量可表達(dá)為：

6=3()+3'戶3'53<)+3'(1-2-15)

總過盈量6應(yīng)根據(jù)泵的外特性估算，與3,2可由實(shí)驗(yàn)來確定。這樣，便可根

據(jù)上式求出初始過盈量6。，從而可為設(shè)計(jì)制造提供依據(jù)。

6)螺桿泵采油系統(tǒng)發(fā)展趨勢及動(dòng)向

螺桿泵是利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽油的，由于這種特殊運(yùn)動(dòng)和螺桿泵的功能，使它具

有許多優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。通過多年的實(shí)踐證明它投資少、能耗低、適應(yīng)

性強(qiáng)。這些特點(diǎn)逐漸被接受。近年來國內(nèi)外螺桿泵采油系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展較快，下面介

紹螺桿泵采油系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和動(dòng)向。

(1)螺桿泵采油系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

①不僅高含砂、稠油井可應(yīng)用螺桿泵抽油，原油物性好，條件好的油井也可利

用。

②含聚合物油井利用螺桿泵抽油，泵效不僅不降低，反而有所提高，這給螺桿

泵應(yīng)用提供了新的領(lǐng)域。

③由單井使用向區(qū)塊、油田應(yīng)用的方向發(fā)展。

④由單頭向多頭(轉(zhuǎn)子2、3、4頭等)螺桿泵發(fā)展，使泵實(shí)際排量由150m3/d

左右向250m：'/d左右發(fā)展。

⑤隨著高溫橡膠配方的研究和定轉(zhuǎn)子加工工藝的改進(jìn)，由淺井向深井螺桿泵發(fā)

展。

⑥在增加螺桿泵功能方面，向著研究無油管螺桿泵抽油技術(shù)、研究間成活動(dòng)式

螺桿泵抽油技術(shù)等方面發(fā)展。

(2)螺桿泵采油系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

隨著螺桿泵應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,對螺桿泵技術(shù)要求也越來越高,為適應(yīng)螺桿泵

快速發(fā)展,研究領(lǐng)域也表現(xiàn)的比較活躍.

近幾年已出現(xiàn)了許多新式結(jié)構(gòu)，使用了許多新材料，出現(xiàn)許多新的構(gòu)思方案，

使螺桿泵采油系統(tǒng)的使用性能和使用壽命大大提高，使用數(shù)量逐年增加，應(yīng)用前景

十分廣闊。

①螺桿泵金屬定子

在合成橡膠工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)匕螺桿泵的常規(guī)設(shè)計(jì)中采用了許多新型橡膠材料，

合成橡膠工業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大了合成橡膠的使用范圍。發(fā)展了一種新型的基本上為非

合成橡膠材料的定子。近期新型設(shè)計(jì)了一種金屬定子，由合金鋼或青銅取代了現(xiàn)有

定子大部分合成椽膠，只圍繞著泵殼內(nèi)基礎(chǔ)鋼體的內(nèi)表面固定了很薄的一層合成橡

膠。這種設(shè)計(jì)比常規(guī)的螺桿泵設(shè)計(jì)具有多種優(yōu)點(diǎn)，如：承壓高、扭矩低、泵體小，

能適應(yīng)于更惡劣的環(huán)境，只需更低的功率，具有更大的流量等。

②圓鋼熱軋成型轉(zhuǎn)子

螺桿泵的轉(zhuǎn)子一般采用圓鋼毛坯加工成型。這種制造方法，不僅加工時(shí)間長，

而且還浪費(fèi)材料，成本較高，如果采用圓鋼熱軋成型轉(zhuǎn)子，不僅可以節(jié)約加工時(shí)間，

而且還節(jié)約金屬材料，降低成本，使用效果也更好0所以，近年來，國外使用圓鋼

熱軋成型轉(zhuǎn)子較多。

③鋼管熱軋成型轉(zhuǎn)子

采用鋼管熱軋成型轉(zhuǎn)子，除具有上述圓鋼熱軋轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)之外，還能節(jié)約更多

的金屬材料，轉(zhuǎn)子的重量比較輕。如果與空心抽油桿相配使用，可從空心抽油桿和

轉(zhuǎn)子之間向井下注入稀油或熱油，以開采粘度更高的稠油，擴(kuò)大螺桿泵的使用范圍。

所以近年來為開發(fā)粘度更高的稠油，已采用了鋼管熱軋成型轉(zhuǎn)子，使用效果相當(dāng)好。

④長壽命螺桿泵采油系統(tǒng)

定子橡膠長期在原油中工作，在不同程度上會(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)象。根據(jù)這種現(xiàn)象，

可以設(shè)想，用一種特殊橡膠材料制造定子，使其工作的磨損量等于膨脹量，這樣可

實(shí)現(xiàn)永保過盈量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)長壽命、高效。近年來，該項(xiàng)研究工作得到

了一定進(jìn)展，但是尚未獲得滿意效果，尚未推廣使用。

⑤螺桿泵關(guān)井控制器

當(dāng)螺桿泵容積效率較小時(shí)，造成合成橡膠的膨脹，增大了螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦力。

這種摩擦力必將導(dǎo)致定子磨損和剪切，螺桿泵將遭到破壞。

通過地面對流體流量的監(jiān)測，觀察流量的瞬時(shí)變化及漏失情況，得克薩斯州阿

比林地區(qū)的ProCay研究所設(shè)計(jì)了一種關(guān)井控制器，用于在最小排量時(shí)，保護(hù)螺桿泵

系統(tǒng)免遭損壞。當(dāng)壓力降到一定程度時(shí)，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電流信號。井的

產(chǎn)量能從液晶顯示的氣、油比讀數(shù)計(jì)算出來。關(guān)井設(shè)定點(diǎn)由顯示液晶讀數(shù)的電位計(jì)

來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。由于設(shè)定1?10s內(nèi)的延時(shí)關(guān)井時(shí)間，能適用于由于氣體竄動(dòng)產(chǎn)生的最

小的流量波動(dòng)。

3.射流泵

1852年，英國人James.Thomson發(fā)明了射流泵。1870年，J.M.Rankine闡明了

射流泵的抽油原理。二十世紀(jì)初，Lorenz發(fā)表了混合損失模型。1933年GosLine

和O'Brien發(fā)表了射流理論研究和大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究成果，成為射流泵設(shè)計(jì)的標(biāo)

準(zhǔn)參考文獻(xiàn)。1957年，Cunningham對GosLine的表達(dá)式進(jìn)行了擴(kuò)展研究，給出了射

流泵在等密度體系條件下的綜合數(shù)學(xué)模型。后來，一些學(xué)者在上述研究成果的基礎(chǔ)

上進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)，他們在80年代給出了非等密度體系中的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)介紹

了射流泵的工作原理、計(jì)算公式、工作特性曲線、計(jì)算程序和算例，提供了一整套

結(jié)合采油條件的理論和計(jì)算方法。

從50年代起，射流泵開始用于原油開采，70年代后得到大量的應(yīng)用。目前，

它在國外舉升法采油領(lǐng)域中已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用。近年來，我國的一些油田也逐漸

應(yīng)用射流泵開采原油。

1)射流泵的系統(tǒng)組成及工作原理

射流泵是一種特殊的水力泵，它沒有運(yùn)動(dòng)件，靠動(dòng)力液與地層流體之間的動(dòng)量

轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)抽油。

射流泵采油井的系統(tǒng)組成分為地面部分、中間部分和井下部分。其中地面部分

由地面動(dòng)力泵、各種控制閥及動(dòng)力液處理和準(zhǔn)備設(shè)備等。中間部分包括將動(dòng)力液從

地面送到井下射流泵的中心油管及將抽取的原油和工作過的乏動(dòng)力液一起排回地面

的專門通道。并下部分是射流泵，它是由噴嘴、喉管和擴(kuò)散管三部分組成。

井下射流泵的典型結(jié)構(gòu)和工作流程如圖1-274所示。動(dòng)力液從油管注入，經(jīng)射

流泵的上部流至噴嘴噴出，射入與地層液相連通的混合室。在噴嘴處，動(dòng)力液的總

壓頭幾乎全部變?yōu)樗俣人^。進(jìn)入混合室的原油則被動(dòng)力液抽汲，變成混合液流入

喉管。

喉管的直徑--般總要大于噴嘴直徑，動(dòng)力液和地層流體在喉管內(nèi)充分混合后，

速度水頭降低，而壓力水頭有所回升一。在此過程中，動(dòng)力液失去動(dòng)量和動(dòng)能，而地

層流體得到動(dòng)量和動(dòng)能。但是，由于此時(shí)總水頭仍主要是以速度水頭的形式存在，

壓力水頭較低還不能將混合液舉升到地面。射流泵的最終工作斷面為精細(xì)制造的擴(kuò)

散管斷面，由于擴(kuò)散管斷面面積逐漸增大，使得速度水頭轉(zhuǎn)換為壓力水頭，從而可

使混合液舉升到地面。

按工作流體的種類不同，射流泵可分為液體射流泵和氣體射流泵(噴射泵)兩

種。

根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的情況表明，水力射流泵來油具有如下特點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

(1)射流泵是靠噴嘴兩端的流體壓力差和速度變化來工作的，所以井下設(shè)備沒

有運(yùn)動(dòng)件。

(2)射流泵可以依靠液體循環(huán)起下泵，從而大大減小了作業(yè)工作量。

(3)射流泵適用于深井。目前射流泵的下泵深度已經(jīng)超過5400m,利用現(xiàn)有的

材料和設(shè)計(jì)技術(shù)，還可用在更深的井中，估計(jì)升舉液體的深度可達(dá)9000m以上。

(4)射流泵適用于高產(chǎn)液井。在適當(dāng)?shù)木琢鲏汉凸β实臈l件下，可獲得較高

的產(chǎn)液量。

缺點(diǎn)：

(1)初期投資高。它需要高壓設(shè)備、動(dòng)力液管線和井口裝置，必須具備過濾、

凈化和處理液體的各種設(shè)備。此外，還要求油、套管有足夠的直徑，并且保證高壓

下不發(fā)生滲漏。（在大慶油田，如果利用現(xiàn)有的注水站和管網(wǎng)，可降低初期投資。）

（2）泵效較低。射流泵的泵效一般低于40%。

（3）射流泵的水力特性對于泵排出口回壓的敏感性較強(qiáng)，泵的工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

（4）由于通常在高壓下操作，因此地面設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)高。（利用現(xiàn)有的

注水站和管網(wǎng)，可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。）

2）射流泵的工作特性分析

（1）射流泵的工作特性參數(shù)

要想正確設(shè)計(jì)和使用射流泵，就必須了解壓力、流量與泵的幾何尺寸之間的關(guān)

系。它反映泵內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程的主要工作構(gòu)件（噴嘴、喉管）對泵性能的影響。圖

1-2T5為射流泵結(jié)構(gòu)示意圖，其工作參數(shù)如下：

①無因次壓力比P和壓頭比H

無因次壓力比P定義為：泵內(nèi)地層液壓力的增量（&-P3）與動(dòng)力液壓力的降

低量（P1—P2）之比，即

P.-Pj

O=(1-2-16)

PrPJ

式中P.-進(jìn)泵壓力：

P2--------泵排出口壓力；

P3——地層液進(jìn)泵壓力。

壓頭比H走義為：泵內(nèi)地層液壓頭的增量（Hz-Hs）與動(dòng)力液壓頭的降低量（Hl

-H2）之比,即

H=⑥-H）（1-2-17）

（"一小）

式中H,——?jiǎng)恿σ哼M(jìn)泵壓頭；

出——泵排出口壓頭：

也——地層液進(jìn)泵壓頭。

②無因次體積流量比M和質(zhì)量流量比G

體積流量比M定義為：地層流體的體積流量qs與動(dòng)力液的體積流量年之比，

即

M=—（1-2-18）

q、

質(zhì)量流量比G定義為：地層流體的質(zhì)量流量動(dòng)力液的質(zhì)量流量g之比，即

G=—（1-2-19）

G.

③無因次面積比R

面積比R定義為：噴嘴截面積A,與喉管截面積A,之比，即

A.

——L(1-2-20)

At

④無因次密度比P

密度比P定義為：地層流體密度P3與動(dòng)力液密度Pl之比，即

P=—(1-2-21)

P、

(2)射流泵的工作特性方程

射流泵有多種噴嘴和喉管組合，以適應(yīng)于各種不同的油井條件。對于每一種規(guī)

格的噴嘴都配有五種或更多的喉管，以獲得不同的工作特性。然而，對這些規(guī)格并

沒有標(biāo)準(zhǔn)化，因而導(dǎo)致了大量的特性曲線。因?yàn)槊織l曲線實(shí)際上是取決于噴嘴壓力

的一組曲線，因而就使具體油井的選泵工作出現(xiàn)了混亂。為了盡量簡化選泵工作，

人們便使用無因次參數(shù)來描述射流泵的工作特性方程。

射流泵的工作特性是指無因次壓力比(或壓頭比)、效率同無因次流量比之間的

關(guān)系，它反映了射流泵的內(nèi)在特性。射流泵的工作特性方程是描述這種關(guān)系的表達(dá)

式。反映射流泵工作特性的曲線稱之為射流泵的工作特性曲線。射流泵的工作特性

方程和工作特性曲線，是射流泵的設(shè)計(jì)制造、理論研究、選擇與應(yīng)用的重要依據(jù)。

關(guān)于射流泵工作特性方程方面的研究，前人做了大量工作，并取得了重要成果。

其中具有代表性的方法主要有坎寧安等人的方法和布朗等人的方法。但是，他們的

研究還不夠完善，在某些方面還存在一定的缺陷，因此需要進(jìn)一步研究。

①坎寧安等人的方法及其修正

a.坎寧安等人的方法

坎寧安推導(dǎo)出了射流泵的工作特性方程如下：

2R+(1-2R)p-(1+K.^p(1+G)

(1-2-22)

(1+2R—(1——x—(1+Ktj}pR2(l+G)

式中Kj——噴嘴的摩擦損失系數(shù)；

除——喉管摩擦損失系數(shù)K,與擴(kuò)散管摩擦損失系數(shù)L之和，即K,d=K,+Kd。

在坎寧安的方法中，只要雷諾數(shù)接近或足夠高，便可以不考慮粘度的影響，將

適用于所有規(guī)格的射流泵。由于射流泵在舉升高度較大時(shí)需要較高的壓力和流速，

因此，忽略粘度影響的條件一般得不到滿足。式(1-2-22)只適用于等密度體系。

另外，由于采用了無因次質(zhì)量流量比G計(jì)算泵效，混淆了泵效的概念。

b.坎寧安等人方法的修正

根據(jù)動(dòng)力液和產(chǎn)出液在射流泵中的壓力變化情況和面積關(guān)系的定義，可得出無

因次壓力比和速度關(guān)系。

分別在噴嘴前和混合室進(jìn)口緩斷面之間、泵吸入口和混合室進(jìn)口緩斷面之間和

擴(kuò)散管進(jìn)出口之間建立伯努利方程，由于伯努利方程不適用于喉管，因此在喉管進(jìn)

出口之間應(yīng)用動(dòng)量定理，經(jīng)推導(dǎo)可得修正后的特性方程：

(1-2-35)

(1+K,)_(l+K)p

(J打