螺杆泵采油技术

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螺杆泵采油技术主讲：王海文单位：中国石油大学（华东）石油工程学院电话：0546-8391745邮件：sydxwhw@sohu.com1 20世纪20年代法国的moineau发明了单螺杆泵水力机械原理以来，螺杆泵在众多工业领域得到了广泛的应用。2 螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其它抽油设备所不能替代的优越性，我国在螺杆泵应用上达到以下一些技术指标。应用范围扬程可达到1800m排量可达到240m3/d(下泵深度800m)油品性质：（稠油、含砂、高含水、聚驱采油井等）井温可达到120℃直井斜度不大于30度的斜井3 电动潜油螺杆泵为满足稠油井、斜井及水平井举升的需要，应开发应用电动潜油螺杆泵。其系统由地面控制系统、井下电缆、螺杆泵、保护器、减速器和电机等组成。4 (三)螺杆泵采油技术的发展趋势主要包括以下几种泵：金属定子螺杆泵等壁厚定子螺杆泵合成材料螺杆泵空心转子螺杆泵多吸入口螺杆泵。探索新型螺杆泵5 螺杆泵采油的技术特点是什么？一是一次性投资少。与电动潜油泵、水力活塞泵和游梁式抽油机相比，螺杆泵的结构简单，一次性投资最低。二是泵效高，节能，维护费用低。由于螺杆泵工作时负载稳定，机械损失小，泵效可达90%，系统效率高可达50%以上。设备结构简单、体积小，维护方便。三是占地面积小。螺杆泵的地面装置简单，安装方便。四是适合稠油开采。一般说来，螺杆泵适合于粘度为8000mPa.s以下的原油开采，因此多数稠油井都可应用。6 五是适应高含砂井。理论上，螺杆泵可输送含砂量达80%的砂浆，在原油中含砂量达40%的情况下也可正常生产。六是适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，因此较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会影响容积效率。七是适合于海上油田丛式井组和水平井。螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合于海上采油。螺杆泵采油的技术特点是什么？7 什么是螺杆泵？螺杆泵又叫渐进式容积泵，由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输。8 井下单螺杆泵由哪几部分组成？井下单螺杆泵由定子和转子组成。定子由钢制外套和橡胶衬套组成，定子内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面相配合。转子由合金钢的棒料经过精车、镀铬并抛光加工而成。转子有空心转子和实心转子两种。1-下接头；2-限位销；3-定子；4-转子；5-上接头9 沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室；随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。简述螺杆泵工作原理10 (一)、螺杆泵基础知识螺杆泵定、转子的线数目前所应用的螺杆泵线数均采用N/N+1形式，即定子的线数总是比转子的线数多一线，这是由空间啮合理论所决定的。螺杆泵的线数与螺杆数量是两个根本不同的概念，不应混为一谈。1：2结构2：3结构3：4结构4：5结构11 螺杆泵有哪些重要结构参数？e——转子偏心距，mm；D——转子截圆直径，mm；T——定子导程，mm。螺杆泵三个重要的结构参数：在螺杆泵参数设计过程中，这三个基本结构参数的合理选择及相互之间的合理配比显得尤为重要，它们直接影响着螺杆泵的工作特性和使用寿命。TDe12 已知单螺杆泵转子偏心距e，转子截面圆直径D和定子导程T，推导单螺杆泵每转的理论排量计算公式解：如图所示：定子空腔的截面积为两个半圆和一个长方形组成，转子的截面是圆，由定子空腔与转子形成的空腔截面积为：螺杆泵(转子)转动一周(2π)时，封闭腔中的液体将沿轴线移动T的距离，在任意横截面中，液体占有的面积为定子橡胶衬套截面所包围的空腔截面与螺杆截面积之差，因此单螺杆泵每转的理论排量为：螺杆泵理论排量如何计算？13 现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量，公式如下：式中：Q——螺杆泵理论排量，m3/d；q——螺杆泵每转排量，ml/r；n——转子转速，r/min。螺杆泵理论排量如何计算？理论每转排量公式如下：14 地面驱动单螺杆泵采油系统由哪几部分组成？1－电控箱；2-电机；3-皮带；4-方卡子；5-光杆；6-减速箱；7-专用井口；8-抽油杆；9-抽油杆扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺杆泵；13-套管；14-定位销；15-锚定装置；16-筛管5123678910111213141516４５可分为地面和井下两大部分。地面部分包括:驱动头和控制柜，井下部分包括：井下泵、抽油杆、油管、配套工具（如锚定工具、扶正器）等。见左图。15 地面驱动装置工作原理当螺杆泵采油系统工作时，电动机的动力通过皮带轮一级减速系统、齿轮二级减速系统传递到驱动装置输出轴上，输出轴通过方卡子带动抽油杆柱、井下泵旋转，传递动力扭矩，抽吸井液。16 地面驱动装置的传动原理17 螺杆泵停机后或卡泵时，贮存在杆柱中的弹性变形能会快速释放，使杆柱快速反转。停机后，在油管及外输管线内的液体与套管内井液压差作用下，螺杆泵会变成液压马达，使转子及连接的杆柱快速反转。油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油套压差恢复平衡为止。地面驱动装置防反转及安全防护技术螺杆泵地面驱动装置及调控技术螺杆泵系统反转原因及危害停机反转的原因分析18 螺杆泵的反转会使杆柱脱扣、光杆甩弯，地面驱动装置零部件损坏；螺杆泵的反转不仅会危及设备的安全，还会危及现场维护操作人员的安全，成为生产事故的隐患。螺杆泵采油系统停机反转有什么危害？AB19 地面驱动装置防反转及安全防护技术地面驱动装置防反转结构形式及工作特点为了解决螺杆泵采油系统停机反转造成系统故障，普遍在驱动装置中设置机械防反转系统。防反转系统可以装在输出轴或输入轴上，装在输入轴上的防反转系统受到的工作扭矩远小于装在输出轴上的工作扭矩，但装置横向尺寸也相应变大。综合考虑选用防反转系统装在输入轴上的方案较好，易于调整维护。目前机械防反转系统主要有棘轮棘爪机构摩擦式防反转装置楔块防反转系统液压防反转系统电磁式防反转装置等方式20 锥螺纹抽油杆结构锥螺纹抽油杆锥螺纹抽油杆目前主要以实心杆为主，它的基本结构与普通实心抽油杆大体相同：杆体也是实心圆形断面的钢杆，两端为镦粗的杆头。杆头由外螺纹接头、卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过度区组成。其不同点为：锥螺纹抽油杆螺纹为钻杆锥螺纹。它是根据螺杆泵与钻杆运动的相似性，充分利用了钻杆螺纹的锥度和螺距大，螺纹牙齿刚度大的特点，使得抽油杆螺纹能够承受较大的预紧力而不滑扣，并且卸荷槽的直径较大，这种螺纹不仅具有良好的密封性，还能传递较大的轴向载荷和扭矩。21 插接式抽油杆根据螺杆泵井抽油杆需要承受垂向拉力，又要承受旋转扭矩的特点，研究出了插接式螺杆泵抽油杆，该抽油杆的结构如图。插接式螺杆泵抽油杆结构图插接式螺杆泵抽油杆结构示意图插接式螺杆泵抽油杆的接头1-杆体上接头；2-O形密封圈；3-接箍；4-杆体下接头22 载荷：压差浮力自重(一)载荷计算23 扭矩：(二)扭矩计算泵压差扭矩：定转子间摩擦扭矩：液体摩擦扭矩：惯性扭矩：24 螺杆泵水力特性25