螺桿泵培訓教材

1、一、 國內外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,二、 螺桿泵采油系統(tǒng),三、 螺桿泵地面驅動裝置及調控技術,四、 螺桿泵抽油桿,五 、螺桿泵采油配套技術,六、 螺桿泵適應性分析,七、 螺桿泵井的選泵與單井設計,八、 螺桿泵井下作業(yè)及生產(chǎn)管理,九、 螺桿泵采油的經(jīng)濟對比分析,十、需進一步完善和解決的問題,目 錄,,(一)螺桿泵采油技術的發(fā)展歷程,,,,,20世紀30年代中期法國的moineau 發(fā)明了單螺桿泵水力機械原理以來，單螺桿泵在石油工業(yè)領

2、域得到了廣泛的應用。20世紀60年代末前蘇聯(lián)開發(fā)應用了潛油電泵采油系統(tǒng)用于井下原油的舉升，并形成了排量為10-200m3/d、揚程為600-1200m的系列產(chǎn)品。,潛油螺桿泵 采油系統(tǒng) Sketch of ESPCP oil production system,,,,地面驅動螺桿泵采油起源于20世紀80年代初期，法國、加拿大、美國和德國等相繼開發(fā)并形成了排量為2-300m3/d，揚程為500-2000m的系列產(chǎn)品，并得到廣

3、泛應用。我國自20世紀80年代中后期開始研發(fā)地面驅動螺桿泵采油系統(tǒng)以來，已形成排量為2-240m3/d、揚程為500-1800m的系列產(chǎn)品，并已在國內各大油田逐步推廣應用。,,地面驅動螺桿泵采油系統(tǒng)Sketch of surface driving PCP oil production system,,,,大慶油田自1986年到1992年開展GLB120-27型螺桿泵的研制，初期由于螺桿泵定子質量不過關及其配套工藝技術不完善，導致現(xiàn)

4、場試驗井抽油桿斷脫、油管脫落及泵定子脫膠現(xiàn)象時有發(fā)生，螺桿泵使用壽命較短。1993年至1998年針對大慶油田三次加密井采油和排液的需要，先后完成了GLB40-42和GLB75-40型螺桿泵機組的研制；針對聚合物驅油田舉升的需要完成了GLB500-14和GLB800-14 型螺桿泵機組的研制。,,,,2000年至2002年針對高產(chǎn)液井舉升和電泵井轉型的需求完成了GLB1200-14型螺桿泵機組的研制；針對長期困擾螺桿泵采油技術推廣應用的清

5、防蠟和測壓問題，完成了KGLB120-27和KGLB500-14型空心轉子螺桿泵機組的研制，目前空心轉子已形成系列化，排量、揚程和使用壽命均達到了同型號常規(guī)螺桿泵的應用水平，已成為常規(guī)螺桿泵的替代產(chǎn)品。,稠油井應用,,加拿大約40%的重油井使用螺桿泵采油，其中一石油公司采用PCM/IFP聯(lián)合公司生產(chǎn)的Rodemip地面驅動螺桿泵采油系統(tǒng)，井下部分連續(xù)運轉了兩年，地面部分5年。揚程2000m，排量240m3/d，驅動功率小，節(jié)約電耗60-

6、-75%，投資與維護保養(yǎng)費用均較低。 俄羅斯的螺桿泵主要應用在巴什基里亞、古比雪夫和西西伯利亞等油礦，油井最長的檢泵周期為二年九個月。在姆哈諾夫斯克油田，氣油比高達400m3/m3，油井最長的檢泵周期為477天；在粘度為1400mPa.s的油井條件下，油井最長的檢泵周期達340天，中、小排量螺桿泵的泵效達到70%。,,(二)、國內外螺桿泵應用現(xiàn)狀,1、國外應用現(xiàn)狀,稀油井應用,在稀油井中應用螺桿泵同樣有降低電力損耗、減少維護費的

7、作用。 如印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），從1990年開始用螺桿泵代替電潛泵采油35口，泵掛深度4000ft（1220m），最大排量2000bpd（318m3/d）。結果表明，在滿足產(chǎn)量不變的情況下，使用螺桿泵與電潛泵相比電費減少了70%，維護費減少了35%，緩解了油田電力供應緊張的矛盾。 蘇丹大尼羅公司在稀油井中，應用大排量螺桿泵80 口井，日產(chǎn)量160000桶（25600 m3/

8、d），該油田原油為35°API，泵掛深度1200m。,,,印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），從1990年開始用螺桿泵代替電潛泵采油35口，泵掛深度4000ft（1220m），最大排量2000bpd（318m3/d）。結果表明，在滿足產(chǎn)量不變的情況下，使用螺桿泵與電潛泵相比電費減少了70%，維護費減少了35%，緩解了油田電力供應緊張的矛盾。 蘇丹大尼羅公司在稀油井中，應用大排量螺桿泵80 口井，日產(chǎn)量

9、160000桶（25600 m3/d），泵掛深度1200m。,如,稀油井中應用螺桿泵同樣有降低電力損耗、減少維護費的作用。,復雜工況井應用,,加拿大：井下螺桿泵被應用于含水90%，水中含鹽180000mg/l、含CO2 12%和含硫7%的油井中。 螺桿泵還用于水平井排砂，該油田位于Alberta東北方向，油井完井深度450~750m。用盤管注入，螺桿泵采出的方法成功地清除了水平井段的砂堵。 螺桿泵應用于含

10、砂高達20%（體積比）的油井，使用壽命達到6個月。 美國：西德克薩斯洲在42°API的油井中成功應用螺桿泵舉升。 阿根廷：使用螺桿泵的最高井溫達到127℃。 利比亞：螺桿泵在芳烴含量11%（65℃）的油井得到成功應用。應用表明：螺桿泵有著廣泛的應用前景,,,2、國內應用現(xiàn)狀,螺桿泵作為一種機械采油設備，它具有其它抽油設備所不能替代的優(yōu)越性，國內在制造、應用等方面都取得了長足的進步，井下泵已基

11、本形成系列化。但是，與國外石油公司相比，我國在螺桿泵的整體技術發(fā)展和應用等方面還存在著一定差距。,應用范圍,揚程可達到1800m,排量可達到240m3/d (800m),油品性質：（稠油、含砂、高含水、聚驅采油井等）,井溫可達到120℃,直井,斜度不大于30度的斜井,(二)、國內外螺桿泵應用現(xiàn)狀,,水驅采油井應用,,目前，大慶油田、華北二連油田和大港油田在水驅常規(guī)井上采用螺桿泵采油已達到一定規(guī)模。,,,,,其中： 大慶油田

12、:在用水驅螺桿泵采油井1031口。 華北二連油田:螺桿泵主要集中在蒙古林油田、寶力格油田和大阿北油田，在用井86口。,60.1%,83.4%,,,,,904.9m,950.4m,461d,1099d,平均,泵 效,泵 掛,檢泵周期,,,,,兩油田均在低產(chǎn)井上使用了變頻調速技術，管柱錨定均采用支撐卡瓦。二連油田將生產(chǎn)參數(shù)遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)應用于螺桿泵井的日常管理，在井口安裝溫度、壓力和電流傳感器

13、，利用RPC單井配電柜遠程無線傳輸給中控室，進行連續(xù)監(jiān)控，并可以遙控啟停、自動錄取數(shù)據(jù)和量油。通過變頻配電柜連續(xù)錄取電流，能夠及時發(fā)現(xiàn)單井的電流波動，也可以推斷出扭矩的波動，及時對單井進行事故處理。,,大港油田在中北部高含水出砂開發(fā)區(qū)推廣應用53口井，其中替代小泵生產(chǎn)11口井；替代大直徑管式泵生產(chǎn)32口井；替代電泵生產(chǎn)7口井；長停井恢復3口井，取得了增產(chǎn)增效、提高生產(chǎn)時率、減少投資、節(jié)能降耗的效果。,,,,,,,目前，大慶油田在聚合物驅

14、采油井上采用螺桿泵采油已達到一定規(guī)模，在用聚驅螺桿泵采油井513口。 平均泵效 62.6％ 平均泵掛 929.3米 平均檢泵周期 441天,,,,聚合物驅采油井應用,,目前，吉林油田、遼河油田、冀東油田和華北油田均在重油井上采用螺桿泵冷采，經(jīng)過幾年的礦場實踐都取得了較好的效果，使螺桿泵成為重油井開采的主

15、要舉升手段。 吉林套保油田在用91口井主要采用進口螺桿泵（加拿大）冷采，平均泵掛350米，平均泵效31％，進口螺桿泵平均使用天數(shù)為298天，國產(chǎn)泵使用壽命為97天，進口螺桿泵最長使用時間93 0天（仍在使用）。,,稠油井應用,,,,經(jīng) 驗,,一是,,二是,,三是,井下泵采用小過盈多級數(shù)：設計揚程為1200米的井下泵要求舉升壓頭400-600米時，泵效65-70% 。,,采用低速：平均轉速為50轉/分。,合理改變井下泵的

16、結構：把普通的定位銷改成側開口定位銷，再把下部銑扁的轉子下放到開口定位銷內部，螺桿泵工作時，轉動的轉子一直對定位銷里的含砂液體產(chǎn)生擾動，減少了砂子沉積。,,,,四是,采用泵掛深度置于射孔段下方，保證定子散熱良好，避免燒泵。,稠油井應用,,,經(jīng) 驗,,,四是,采用泵掛深度置于射孔段下方，保證定子散熱良好，避免燒泵 。,螺桿泵稠油冷采井下管柱示意圖,稠油井應用,,,121212,遼河油田通過多年的應用研究和實踐，在螺桿泵稠油開采方面取得了

17、豐富的經(jīng)驗。以海外河油田為例，2000年以來通過螺桿泵應用優(yōu)化設計，確定合理的工作參數(shù)；間歇式棘爪防反轉裝置的研制與應用，有效地防止了螺桿泵停機后的抽油桿高速反轉及桿柱斷脫現(xiàn)象的發(fā)生；變頻器在螺桿泵井上的應用，實現(xiàn)了螺桿泵的軟啟動和軟停機控制和油井產(chǎn)液量的合理調整等技術配套措施，使螺桿泵在稠油開采方面取得了良好的應用效果，投入產(chǎn)出比達到1:11.2。海外河油田應用螺桿泵冷采26口井，平均檢泵周期達1年。,稠油井應用,,,冀東油田,華北油

18、田,,重油井應用,,2002年以來主要是在稠油出砂區(qū)塊應用螺桿泵提液，不僅解決了高104-5區(qū)塊油稠，同時也解決了油井出砂影響生產(chǎn)的問題，提高了油田的經(jīng)濟效益，總體效果顯著。高104-5區(qū)塊共應用37口井，平均檢泵周期達1年。,,澤70斷塊共應用35口井，平均下泵深度1423m，最大下泵深度1900m，在螺桿泵開采重油井中，采用了井口加裝載荷傳感器的過載保護裝置實現(xiàn)過載保護，井下加化學降粘劑降低螺桿泵載荷等八項配套工藝技術，提高了螺桿泵

19、的開采效果，平均泵效達到80%，平均檢泵周期594天，長壽井已達1592天。,,,,大慶油田螺桿泵應用,,大慶油田自1986年引進螺桿泵以來，經(jīng)歷了引進、消化吸收、自主開發(fā)三個階段，“九五”期間，主要攻克了螺桿泵定轉子抱死和定子橡膠脫膠等技術難題，“十五”以來，主要攻克了螺桿泵熱洗清蠟、驅動裝置漏油、桿柱斷脫和測試診斷等技術難題。到目前為止，地面驅動桿式螺桿泵采油技術已基本成熟配套，成為繼游梁式抽油機和潛油離心泵之后的主力人工舉升方式，

20、而且在聚合物驅、三元復合驅和稠油油井上表現(xiàn)出良好的適應性。與其它人工舉升方式相比，螺桿泵低投資、低能耗、對介質適應性強等優(yōu)勢在油田高含水期挖潛增效的作用日益凸顯。,,,螺桿泵采油技術日漸成熟配套,應用規(guī)模逐步擴大,,1283口,165口,373口,,截止到2004年9月底，全油田在用螺桿泵井累計達到1530口，預計2004年底可突破1600口井。,螺桿泵系列逐步完善，形成了從GLB40-42到GLB1200-14的大中小系列螺桿泵，排量

21、范圍2～240m3/d，揚程500～1800m。螺桿泵井檢泵周期得到了有效延長，,297天,335天,376天,778口,,(三)、螺桿泵采油技術的發(fā)展趨勢,1,電動潛油螺桿泵,2,主要包括以下幾種泵：金屬定子螺桿泵、等壁厚定子螺桿泵、合成材料螺桿泵、插入式螺桿泵和多吸入口螺桿泵。,為滿足稠油井、斜井及水平井舉升的需要，應開發(fā)應用電動潛油螺桿泵。遼河油田研制成功了井下電潛螺桿泵，其系統(tǒng)與美國BAKER-HUGHES公司的基本相似，由地面

22、控制系統(tǒng)、井下電纜、螺桿泵、保護器、減速器和電機等組成。電潛螺桿泵在遼河曙光油田和海外河灘海油田應用4口井5井次，收到良好的采油效果。,探索新型螺桿泵,3,5,4,螺桿泵桿柱卸扭技術,.螺桿泵智能化控制技術,螺桿泵定子橡膠適應性研究,螺桿泵停機后，盡管驅動裝置可以卡住光桿防止反轉，但桿柱儲存的彈性能量，以及油套管液位高差造成的螺桿泵馬達效應，會造成起桿柱或拆卸井口過程高速旋轉，乃至甩彎光桿，形成安全隱患，需要研發(fā)相應的停機時桿柱卸扭技術

23、。,在螺桿泵無線工況測試診斷技術的基礎上，研發(fā)螺桿泵井過載保護和無液流保護智能化控制技術，以及轉速在線調整、供排關系智能監(jiān)測的螺桿泵智能化控制技術，確保井下泵在水力高效區(qū)、合理工況下運行。,針對各油田不同區(qū)塊原油物性的特點，研制和優(yōu)選螺桿泵定子橡膠，使其與原油物性相匹配，使螺桿泵應用有針對性和目的性，延長螺桿泵定子橡膠的使用期限，提高螺桿泵整體檢泵周期。,,一、 國內外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,二、 螺桿泵采油系統(tǒng),三、 螺桿泵地面驅動裝置及

24、調控技術,四、 螺桿泵抽油桿,五 、螺桿泵采油配套技術,六、 螺桿泵適應性分析,七、 螺桿泵井的選泵與單井設計,八、 螺桿泵井下作業(yè)及生產(chǎn)管理,九、 螺桿泵采油的經(jīng)濟對比分析,十、需進一步完善和解決的問題,目 錄,(一)、螺桿泵基礎知識,采油用螺桿泵是單螺桿式水力機械的一種，是擺線內嚙合螺旋齒輪副的一種應用。螺桿泵的轉子、定子副（也叫螺桿——襯套副）是利用擺線的多等效動點效應，在空間形成封閉腔室，并當轉子和定子作相對轉動時，封

25、閉腔室能作軸向移動，使其中的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉化，從而實現(xiàn)舉升作用。螺桿泵又有單頭(或單線)螺桿泵和多頭（或多線）螺桿泵之分。,1：2結構 2：3結構 3：4結構 4：5結構,井下單螺桿泵由定子和轉子組成。定子由鋼制外套和橡膠襯套組成，轉子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋光加工而成。轉子有空心轉子和實心轉子兩種。 螺桿泵定子是用丁腈橡膠襯套澆鑄粘接在鋼

26、體外套內而形成的一種腔體裝置。定子內表面呈雙螺旋曲面，與轉子外表面相配合。,,1、螺桿泵的組成,1-下接頭；2-限位銷；3-定子；4-轉子；5-上接頭,,沿著螺桿泵的全長，在轉子外表面與定子橡膠襯套內表面間形成多個密封腔室；隨著轉子的轉動，在吸入端轉子與定子橡膠襯套內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端，壓力不斷升高，流量非常均勻 。,2.螺桿泵工作原理,螺桿

27、泵工作的過程本質上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。,,,(一)、螺桿泵基礎知識,3、螺桿泵定、轉子的線數(shù)及線型,目前所應用的螺桿泵線數(shù)均采用N/N+1形式，即定子的線數(shù)總是比轉子的線數(shù)多一線，這是由空間嚙合理論所決定的。螺桿泵的線數(shù)與螺桿數(shù)量是兩個根本不同的概念，不應混為一談。,定轉子齒形類型主要有以下兩種：①以短幅外擺線的內等距線作為螺桿的原始齒形曲線，其共軛曲線作為襯套的齒形曲線。②以短幅內擺線的外等距線作為襯套的原始

28、齒形曲線，其共軛曲線作為螺桿的齒形曲線。,4、螺桿泵三個基本結構參數(shù),e ——轉子偏心距，mm；D ——轉子截圓直徑，mm；T ——定子導程，mm。,螺桿泵三個重要的結構參數(shù)：,在螺桿泵參數(shù)設計過程中，這三個基本結構參數(shù)的合理選擇及相互之間的合理配比顯得尤為重要，它們直接影響著螺桿泵的工作特性和使用壽命。,,(一)、螺桿泵基礎知識,,GLB500-14K為空心轉子螺桿泵，每轉排量500毫升，級數(shù)14； GLB120-27(2:3)

29、為多頭螺桿泵， 轉子與定子頭數(shù)比為2:3，每轉排量 120毫升，級數(shù)27。,,例如,5、螺桿泵型號標注,,,,,,,,,,,,,,空心轉子用“K”；實心省略；等壁厚定子用“D”；金屬定子用“J” 轉子與定子頭數(shù)比，用阿拉伯數(shù)字表示，單頭省略泵的總級數(shù)泵的幾何排量，ml/r 單螺桿抽油泵,“螺”和“泵”兩字漢語拼音第一個字母泵的驅動方式：抽油桿地面驅動，用“桿”字漢語拼音第一個字母G表示；潛油電機井下驅動，用“潛”字漢語拼音

30、第一個字母Q表示,LB －,,,,( ),,,,,,,,,現(xiàn)場應用中，根據(jù)選用泵的型號可計算出理論排量，公式如下：,,,式中：Q——螺桿泵理論排量，m3/d；q——螺桿泵每轉排量，ml/r；n——轉子轉速，r/min。,,6、螺桿泵理論排量計算,理論排量公式如下：,螺桿泵作為水力機械必須要滿足以下三個必要 ：1、定、轉子能夠互相匹配 能夠滿足一般齒形嚙合運動的要求。2、轉子和定子襯套能夠保證密封性

31、 轉子和定子襯套間能形成多個密封腔室，以充滿工作液體。3、密封腔室能夠不斷推移 轉子的轉動能夠使密封腔室連同其中的工作液體連續(xù)地沿軸向推移，并在推移過程中進行機械能和液體能的相互轉化。,7、螺桿泵的三個基本要求,,條件,,,,,,,螺桿泵綜合了柱塞泵和離心泵的優(yōu)點，即在不同的壓力條件下流量改變很小，而且流量非常均勻； 無閥，對氣的適應性好，不會產(chǎn)生“氣鎖”現(xiàn)象（柱塞泵）和 “氣蝕”現(xiàn)象（離心泵）；

32、 結構方面的特點：運動件很少（只有轉子一個運動件）、流道短而且簡單，過流面積大，油流擾動小，因此攜帶能力強； 對砂、蠟的適應性好，能夠在高粘原油中以較高的效率工作； 螺桿泵的各種優(yōu)點是相對而言的，對于一些特殊介質，也會對螺桿泵的水力特性產(chǎn)生一定程度的影響，但相對抽油機和電泵而言，敏感性較小。,,,A,,,,,B,C,D,E,8、螺桿泵的特點及優(yōu)點,,(二)、螺桿泵運動學及動力學基礎,,1、螺桿泵

33、運動學特征,（1）螺桿泵定、轉子型線 單頭單螺桿泵的定轉子實質是由普通內擺線的外等矩線作為定子型線，而與之共軛的曲線作為轉子型線的空間共軛曲面。,,轉子可視為半徑為R的圓片沿著螺距為t、偏心為e的螺旋線連續(xù)移動所形成的軌跡。,轉子結構,定子襯套曲面是由兩個半徑為R（轉子半徑）的半圓和兩條長度為4e的直線段組成的封閉對稱曲線以長度T（T=2t）為導程螺旋旋轉形成空間螺旋曲面。,,定子結構圖,y1,2e,2e,x1,R,

34、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ｔ＝２t,O1,x1,y1,O1,,,,,,,,,,2e,2e,,,,R,,,A,A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,定子型線,,,,,,,,,,,,,嚙合線方程,,線嚙合線方程為：,在某一時刻對于線嚙合線在空間表現(xiàn)為間隔T/2的軸向長度的一

35、條平面半圓（半徑為R）曲線，而點嚙合線表現(xiàn)為兩條對稱間距為2R的兩條螺旋狀曲線。,,點嚙合線方程為：,,螺桿泵定轉子的嚙合分為兩類嚙合，一類是轉子與定子襯套半圓處的嚙合--線嚙合，另一類嚙合是轉子與定子襯套直線段的嚙合--點嚙合。,,ω2=-ω1,A、轉子中心的運動規(guī)律 a、角速度的關系,轉子的自轉與公轉,（2） 轉子運動規(guī)律分析,,,,1、螺桿泵運動學特征,A、轉子中心的運動規(guī)律 b、運動軌跡及速度,,,,,,

36、,,,,,轉子,定子,,,點嚙合,線嚙合,,點嚙合點速度,線嚙合點速度,轉子截面中心速 度,嚙合點最大和最小滑動速度,,,,,,,,T,TZ,Fa,Fy,Fω,軸向力:橫向力:慣性力:,負載扭矩:傾倒力矩:摩擦扭矩:,,,,,,,(二)、螺桿泵運動學及動力學基礎,2、螺桿泵動力學特征,,,,,,,,2、螺桿泵動力學特征,,,,,,,,2、螺桿泵動力學特征,,(三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,1、螺桿泵

37、采油系統(tǒng)的種類,地面驅動單螺桿泵采油系統(tǒng),潛油電機驅動單螺桿泵采油系統(tǒng),,,,,,,,,地面驅動單螺桿泵采油系統(tǒng)的組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1－電控箱；2-電機；3-皮帶；4-方卡子；5-光桿；6-減速箱； 7-專用井口；8-抽油桿；9-抽油桿扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺桿泵；13-套管；14-定位銷；15-防脫裝置；16-篩管,,5個優(yōu)點,結構簡單,維護方便,節(jié)能

38、效果明 顯,一次性投資少,地面驅動螺桿泵采油,,適應性強,,地面驅動螺桿泵采油技術以能有效降低采油成本提高采油效益諸如抽油機柱塞泵、潛油電泵、水力活塞泵等機采方式無法比擬的優(yōu)點而倍受國內外油田重視，并有望成為油田主要的機采方式之一。,,,2、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成,（1）電控部分 電控箱是螺桿泵井的控制部分，控制電機的啟、停。該裝置能自動顯示、記錄螺桿泵井正常生產(chǎn)時的電流、電壓等，有過載、欠載自動保護功能，確保生產(chǎn)井正常生產(chǎn)。

39、,,(三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,（2）地面驅動部分 地面驅動裝置是螺桿泵采油系統(tǒng)的主要地面設備，是把動力傳遞給井下泵轉子，使轉子實現(xiàn)行星運動，實現(xiàn)抽汲原油的機械裝置。從傳動形式上分，有液壓傳動和機械傳動；從變速形式上分，有無級調速和有級調速。,,,螺桿泵驅動裝置的,種類,機械驅動裝置,液壓驅動裝置,,2、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,機械驅動裝置傳動部分是由

40、電動機和減速器等組成，其優(yōu)點是設備簡單，價格低廉，容易管理并且節(jié)能，能實現(xiàn)有級調速且比較方便。其缺點是不能實現(xiàn)無級調速。 液壓驅動裝置是由原動機，液壓電機和液壓傳動部分組成。其優(yōu)點是可實現(xiàn)低轉速啟動；轉速可任意調節(jié)；因設有液壓防反轉裝置，減緩了抽油桿倒轉速度。其缺點是在寒冷季節(jié)地面液壓件和管線保溫工作較難，且價格相對較高，不容易管理。 （1）減速箱的主要作用是傳遞動力并實現(xiàn)一級減速。它將電機的動力由輸入軸通過齒輪傳遞到輸

41、出軸，輸出軸聯(lián)接光桿，由光桿通過抽油桿將動力傳遞到井下螺桿泵轉子。減速箱除了具有傳遞動力的作用外，還將抽油桿的軸向負荷傳遞到采油樹上。 （2）電機是螺桿泵井的動力源，它將電能轉化為機械能。一般用防爆型三相異步電機。 （3）井口動密封的作用是防止井液流出，起密封井口的目的。 （4）方卡的作用是將減速箱輸出軸與光桿聯(lián)接起來。,螺桿泵驅動裝置,,3、配套工具部分 （1）專用井口：簡化了采油樹，使用、維修、保養(yǎng)方

42、便，同時增強了井口強度，減小了地面驅動裝置的振動，起到保護光桿和換盤根時密封井口的作用。 （2）光桿：強度大、防斷裂，光潔度高，有利于井口密封。 （3）抽油桿扶正器：避免或減緩桿柱與管柱的磨損，使抽油桿在油管內居中，減緩抽油桿的疲勞。 （4）油管扶正器：減小管柱振動。 （5）抽油桿防倒轉裝置：防止抽油桿倒扣。 （6）油管防脫裝置：錨定泵和油管，防止油管脫落。 （7）防蠟器：延緩原油中膠質在油管內壁沉積

43、速度。 （8）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置可有效地避免此現(xiàn)象的發(fā)生。 （9）篩管：過濾油層流體。,,,2、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成,,3、螺桿泵采油系統(tǒng)的工作原理,電機通電后旋轉，經(jīng)過二級減速（三角皮帶和齒輪）后，通過方卡帶動光桿旋轉，光桿通過抽油桿柱將動力傳遞給井下螺桿泵，螺桿泵將機械能轉變?yōu)橐后w能，從而實現(xiàn)油液的有效舉升。,,,(三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,(

44、四)、螺桿泵的工作特性,,,η,,△p,MPa,螺桿泵工作特性曲線,q,m3/d; v,%,η.,η,T,N.m;P,kW,1、排量特性,,密封腔室產(chǎn)生、運移和消失規(guī)律,,一個封閉腔室的產(chǎn)生和消失不總是同時發(fā)生; 封閉腔室的數(shù)量不總是固定的; 線嚙合線密封能力是點嚙合線密封能力的2倍。,,,,,,1、排量特性,,密封腔室的漏失特性,,定、轉子嚙合點無間隙，即δ=0時，漏失量為零，封閉腔室完全密封；

45、 因工作壓力，故增加泵級數(shù)會降低每個密封腔室的密封壓力，從而減少漏失； 因嚙合線處的間隙δ是由工作壓力ΔP產(chǎn)生的，所以增加定、轉子間的過盈會有效減少間隙，從而達到減小漏失的作用； 提高工作轉速n會有效補償漏失，這就是螺桿泵的離心泵特性。,,漏 失 量,,,,,,1、排量特性,,,,1、排量特性,(四)、螺桿泵的工作特性,2、負載特性,桿柱軸向力特性,螺桿泵在正常工作時,抽油桿柱井口的軸向力為:,,,,Fz

46、--轉子在液壓力作用下的軸向載荷，N ，由上式計算；Fg--桿柱自重引起的軸向載荷，N；Fr--桿管環(huán)空液壓力引起的軸向力載荷， N；Ff--桿液摩擦引起的軸向載荷， N。,,A,式中：μi--第i段流體平均粘度，Pa.s；vi-- 第i段流體平均流速 ，m/s；Di-- 第i段油管內徑 ，m；di--第i段抽油桿直徑，m。,,,式中Gi—第i段桿柱的單位重力， N/m；li--第i段桿柱的長度 ，m；L—抽油桿柱的

47、長度，m。,,,,,式中D-- 轉子載面直徑，m；d-- 最下一級抽油桿直徑，m。,,,,,2、負載特性,,,,桿柱負載扭矩特性,,,,舉升井筒流體的扭矩:,,,,式中:Ty --舉升井筒流體的扭矩， N.m； --泵出口壓力，MPa； --泵入口壓力，MPa。,,,,,桿液的摩擦扭矩Tf:,,,式中:Tf--桿液的摩擦扭矩 ， N.m；n-- 轉子工作轉速，r/min。,B,2、負載特性,,負載特性的主要

48、特點,,,,,,,,GLB500-14 型泵轉子扭矩曲線,螺桿泵轉子扭矩與工作壓力有很好的直線性，且摩擦扭矩在舉升具有潤滑性的液體時，只占轉子負載扭矩的較小一部分。,3、 能耗特性,,,,螺桿泵采油井的能耗主要消耗在舉升流體的驅動桿柱的能耗和地面驅動系統(tǒng)的傳動能耗。地面驅動系統(tǒng)的能耗一般可用傳動效率來表征。螺桿泵采油系統(tǒng)總的能耗計算如下：,,,,,,而有功能耗為：,(四)、螺桿泵的工作特性,,,,,,,無功損耗為：,,螺桿泵采油系統(tǒng)的系

49、統(tǒng)效率η為：,,,=,,式中:e,D,t—螺桿泵的結構參數(shù)； ηt—地面驅動系統(tǒng)的傳動效率。,3、 能耗特性,,,,,,,,,,GLB1600-13大排量泵系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)（10月底 ）,3、 能耗特性,,,,,,,能耗特性的主要特點,,,,,圖2-29 GLB500-14型泵能耗特性曲線,由分析和試驗發(fā)現(xiàn)，采油螺桿泵能耗有如下特點：①定、轉子間摩擦損耗對工作壓力不敏感；②水力損耗是螺桿泵能耗的主要組成部分；③隨著工作壓力即

50、舉升高度的增加和泵容積效率的降低水力無功損耗顯著增加。,(五)、螺桿泵采油的技術特點,,一是,一次性投資少。與電動潛油泵、水力活塞泵和游梁式(鏈條式)抽油機相比，螺桿泵的結構簡單，一次性投資最低。,,二是,泵效高，節(jié)能，維護費用低。由于螺桿泵工作時負載穩(wěn)定，機械損失小，泵效可達90%。實現(xiàn)由機械采油中能耗最小、效率最高的機種之一。,,三是,占地面積小。螺桿泵的地面裝置簡單，安裝方便。,,四是,適合稠油開采。一般說來，螺桿泵適合于粘度為8

51、000mPa.s以下的原油開采，因此多數(shù)稠油井都可應用。,,五是,適應高含砂井。理論上，螺桿泵可輸送含砂量達80%的砂漿，在原油中含砂量達40%的情況下也可正常生產(chǎn) (砂埋情況除外) 。,,六是,適應高含氣井。螺桿泵不會發(fā)生氣鎖，因此較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣會影響容積效率。,,七是,適合于海上油田叢式井組和水平井。螺桿泵可下在斜直井段，而且設備占地面積小，因此適合于海上采油。,(五)、螺桿泵采油的技術特點,,,,,(六)、

52、螺桿泵泵型及結構參數(shù),在地面驅動式螺桿泵舉升系統(tǒng)中，由定子和轉子組成的井下泵體是整個系統(tǒng)的核心設備。大慶油田在井下泵的設計理論、加工工藝及方法、水力特性的檢測與評價等方面進行了大量的科研攻關，取得了一系列科研成果，形成了適應不同排量范圍的井下泵系列。,,螺桿泵基本結構尺寸,,一、 國內外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,二、 螺桿泵采油系統(tǒng),三、 螺桿泵地面驅動裝置及調控技術,四、 螺桿泵抽油桿,五 、螺桿泵采油配套技術,六、 螺桿泵適應性分析,七、

53、 螺桿泵井的選泵與單井設計,八、 螺桿泵井下作業(yè)及生產(chǎn)管理,九、 螺桿泵采油的經(jīng)濟對比分析,十、需進一步完善和解決的問題,目 錄,,螺桿泵地面驅動裝置一般指的是套管井口法蘭面以上與套管井口、地面輸油管線相連接的那部分設備的總稱。狹義的講它主要由原動機、減速系統(tǒng)、防反轉機構、密封系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和安全防護系統(tǒng)等部分組成，廣義的講還包括螺桿泵專用井口、地面電控箱，它是螺桿泵采油系統(tǒng)中的動力輸出部分。根據(jù)不同的分類原則，螺桿泵地面驅動

54、裝置有不同的種類：,（一）螺桿泵地面驅動裝置的種類、組成及工作原理,三、螺桿泵地面驅動裝置及調控技術,1、概念及類型劃分,,,,1、概念及類型劃分,,按原動機分為,電動機機械驅動,液壓驅動,內燃機驅動,按井口連接方式 分,卡箍連接,法蘭連接,按裝置調速方式可分為：,無級調速驅動裝置：無級調速方式根據(jù)實現(xiàn)方法的不同又有機械式無級調速、變頻電機式無級調速、液壓式無級調速；有級調速驅動裝置：目前國內油田應用的主要類型是電動機機械驅動

55、、有級調速、井口法蘭連接的地面驅動裝置。,,,,,,,1-盤根盒；2-配重；3-變速箱；4-大皮帶輪；5-方卡子；6-小帶輪；7-電動機；8-油管四通。,垂直電機法蘭連接有級調速驅動裝置,,直角驅動裝置結構示意圖,,1-電動機；2-電動機支架；3-支座；4-齒輪減速系統(tǒng)；5-帶輪傳動系統(tǒng)；6-動密封系統(tǒng)；7-輸出軸及方卡。,1,2,2、地面驅動裝置組成、工作原理及功能,,,驅動裝置安裝于井口之上，支座下法蘭與井

56、口套管法蘭或專用井口法蘭螺栓連接，支座側面出油口與井口地面輸油管線聯(lián)結，連接抽油桿柱的光桿穿過驅動裝置通過方卡座在驅動裝置輸出軸上，電動機通過電線與相匹配的電控箱相連。當螺桿泵采油系統(tǒng)投入生產(chǎn)時，啟動電控箱開關，電動機的動力通過皮帶輪一級減速系統(tǒng)、齒輪二級減速系統(tǒng)傳遞到驅動裝置輸出軸上，輸出軸通過方卡帶動抽油桿柱、井下泵以合適轉速旋轉，并傳遞動力扭矩，抽吸井液。輸出軸的轉速改變采用有級調參方式，轉速級差30-60r/min。,在整個工作

57、過程中，螺桿泵地面驅動裝置要實現(xiàn)如下主要功能: 為井下螺桿泵提供動力和合適的轉速； 承受桿柱的軸向載荷； 為油井產(chǎn)出液進入地面輸油管線提供通道； 防止產(chǎn)出液滲漏到井場的密封功能； 防止停機過程中桿柱的高速反轉功能； 安全防護功能； 測試、防盜等其它輔助功能。其中驅動裝置的密封功能和防反轉功能是該產(chǎn)品使用過程中暴露出問題最多的部分，影響產(chǎn)品的長期可靠高效運

58、行，制約螺桿泵采油技術的發(fā)展。,一是,二是,三是,四是,五是,六是,七是,,,,,,,,,,,,,,,,,螺桿泵地面驅動裝置主要功能之一是動力傳遞，即將原動機的動力通過動力傳遞系統(tǒng)傳遞到輸出軸上，輸出軸再將動力通過方卡傳遞到連接在桿柱的的光桿上，同時作用在光桿上的軸向載荷和扭矩載荷通過輸出軸作用于動力傳遞系統(tǒng)。對于一般機械式螺桿泵地面驅動裝置，其動力傳遞系統(tǒng)過程如下：,3、地面驅動裝置的動力傳遞技術,,電控箱,電動機,小帶輪,大帶輪,方

59、 卡,輸出軸,大齒輪,,,,,,,,,,,齒輪軸,,光 桿,機械式螺桿泵地面驅動裝置動力傳遞系統(tǒng)流程圖,,,,,A、電動機的選擇,,由于螺桿泵地面驅動裝置的電動機工作位置正好處于采油井口上方，井口溢漏出的氣體易燃易爆，作業(yè)過程中的油水等物質會對電動機內部線路造成侵蝕，所以地面驅動裝置選用的電動機必須是防（隔）爆型，防護等級為IP54或IP55。由于螺桿泵流量-壓力特性曲線具有容積泵的特性，而且具有長期連續(xù)運行的特點，所以電動

60、機一般可以選擇鼠籠式交流異步電動機。電動機的額定轉速應根據(jù)螺桿泵的轉速、地面驅動裝置的減速機構來確定，一般可選用同步轉速為970r/min或1470r/min的電動機，即級數(shù)為6級或4級的電動機。,,,,,Qr — 螺桿泵采油井實際排量，m3/d；H — 螺桿泵采油井實際有效揚程，m；ρ — 螺桿泵采油井采出液密度， t / m3；ρ0 — 螺桿泵采油井采出原油密度， t / m3；n w— 螺桿泵采油井含水率， %；ηX—

61、 螺桿泵井筒傳遞效率，%；g—重力加速度。,式中 ：,PX＝1.1Pr /η= 1.1QrHρg /(86400η) kW,電動機的功率選擇根據(jù)采油井工況選擇，具體可由下式確定:,,根據(jù)上面公式計算出電動機的功率后，查電動機產(chǎn)品手冊，靠上選擇電動機的功率。一般常用的螺桿泵地面驅動裝置有5.5kW、7.5 kW、11kW、15kW、18.5 kW、22kW、30kW、37 kW。,,,,,B、輸出軸轉速的調整（調參）,,由于螺桿泵采油井

62、的理論產(chǎn)液量跟螺桿泵轉子旋轉轉速成正比，所以螺桿泵采油井的產(chǎn)液量調整一般是通過調整轉子旋轉速度來進行，而轉子的旋轉速度與輸出軸轉速相同，所以通過在地面調整螺桿泵地面驅動裝置輸出軸轉速就可以完成螺桿泵采油井的工況調整。由于齒輪減速系統(tǒng)一般采用恒定傳動比方式，所以輸出軸轉速的調整一般都是通過調整帶輪傳動系統(tǒng)的大小帶輪尺寸來進行，即通過更換不同規(guī)格的帶輪來實現(xiàn)輸出軸轉速的調整。,,,,,,—輸出軸轉速，r/min； —電動機的額

63、定轉速，r/min； —大帶輪的節(jié)圓直徑，大帶輪是指安裝在齒輪軸上的帶輪，m； —小帶輪的節(jié)圓直徑，小帶輪是指安裝在電動機輸出軸上的帶輪，m； —彈性滑動系數(shù)； —大齒輪齒數(shù)； —小齒輪齒數(shù)； —帶輪傳動系統(tǒng)傳動比， —齒輪傳動系統(tǒng)傳動比。,式中 ：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,為了便于更換帶輪，一般情況下采用在傳動

64、軸和帶輪之間安裝帶有錐度的帶輪錐套，降低更換的工作量。至于帶輪的更換和皮帶調整操作過程可參見具體產(chǎn)品使用說明書。,,,,（二）地面驅動裝置的密封技術,三、螺桿泵地面驅動裝置及調控技術,地面驅動裝置密封系統(tǒng)包括減速箱輸入輸出軸處的動密封、光桿與驅動裝置之間的中低壓動密封、井口靜密封系統(tǒng)，它們密封性能的好壞、壽命的長短直接影響地面驅動裝置的正常工作和采油系統(tǒng)的運轉時率及成本。原油或潤滑油的泄漏不僅會造成浪費、污染環(huán)境，而且還會危及設備和人身

65、的安全，所以在地面驅動裝置設計和使用過程中必須重視密封技術的相關性能。,,1、地面驅動裝置的光桿密封技術,,,地面驅動裝置的光桿密封主要是指旋轉的光桿和驅動裝置之間的動密封問題，它對流經(jīng)驅動裝置進入地面輸油管線的油井產(chǎn)出液進行有效密封，防止其滲漏到外部環(huán)境中。 光桿密封系統(tǒng)按動密封系統(tǒng)工作原理的不同又可分為光桿盤根盒動密封系統(tǒng)、密封軸機械密封系統(tǒng)。,,,,A、光桿盤根盒動密封系統(tǒng),,填料裝入驅動裝置密封腔后，經(jīng)壓蓋對它做軸向壓縮

66、。,1、地面驅動裝置的光桿密封技術,,填料密封機理示意圖,,,1-光桿;2—螺栓;3—壓蓋;4—盤根;,5—盤根盒; 6—螺栓;7—井口。,,光桿盤根盒動密封系統(tǒng),利用盤根盒里的盤根實現(xiàn)光桿和裝置之間的動密封，它具有結構簡單、成本低，易于設計制造的特點。但是這種結構需要經(jīng)常添加盤根，而且大部分井應用效果不好，易發(fā)生滲漏現(xiàn)象。造成驅動裝置盤根盒漏油主要原因是由于光桿和盤根之間的旋轉動密封工作條件惡劣，潤滑不好，填料和光桿磨損嚴重

67、，另外光桿旋轉帶來的周期性振動以及其本身表面質量不高也是造成該處密封效果差，無法實現(xiàn)長期有效密封的原因。而且光桿盤根盒動密封系統(tǒng)還帶來大量無用機械損耗,光桿的長時間磨蝕還容易發(fā)生斷脫故障。,,地面驅動裝置的密封原理,光桿盤根盒動密封系統(tǒng),,,B、密封軸機械密封系統(tǒng),,密封軸機械密封系統(tǒng)是在光桿和驅動裝置之間的動密封系統(tǒng)中增加了中間部件密封軸，將光桿和驅動裝置之間的動密封轉變成為光桿和密封軸之間的靜密封和密封軸與驅動裝置之間的動密封，通過

68、合理的參數(shù)設計，達到預定的密封要求。 密封軸機械密封動密封系統(tǒng)根據(jù)在驅動裝置上安裝位置的不同，可分為下置機械密封系統(tǒng)和上置機械密封系統(tǒng)。,1、地面驅動裝置的光桿密封技術,,,,,,,1—光桿;2—油杯;3—密封軸;4—下置機械密封。,機械密封上置油杯密封系統(tǒng),1—軸頭;2—機械密封;3—油杯;4—光桿。,機械密封下置油杯密封系統(tǒng),B、密封軸機械密封系統(tǒng),,,下置機械密封系統(tǒng)將機械密封動環(huán)固定在密封軸上，機械密封的靜環(huán)