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螺杆泵


§2--13 螺杆泵采油技术
螺杆泵的特点是体积小、工作噪音低、 适用于原油粘度大、含砂高的油井。

一、螺杆泵的结构及工作原理 按驱动方式分为:(1)井下电动潜油螺杆泵 (2)地面驱动井下螺杆泵 按传递动力的方式 分为:有杆泵和无杆泵。 油田广泛应用的地面驱动井下螺杆泵。

(一)螺杆泵的结构 螺杆泵系统由电控部分、地面驱动部

分、 井下螺杆泵及一些配套工具组成 1.电控部分 包括电控箱、电缆等。电控箱是螺杆泵井 的控制部分,控制电机的起、停 2.地面驱动部分 地面驱动设备是螺杆泵采油系统的主要 地面设备,是把动力传递给井下转子,使转 子运转实现抽汲原油的机械装置。包括减速 箱、皮带传动、电机、密封装置、支架、方 卡子。

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螺杆泵采油系 统 1—地面驱动部分; 2—井口装置; 3—电控箱; 4—油杆; 5—油杆扶正器; 6—油管扶正器; 7—油管; 8—转子; 9—定子; 10—定位销; 11—油管锚; 12—套管; 13—筛管; 14—油层

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(1)减速箱 减速箱内有两个互相垂直啮合的伞形齿 轮,一个装在大皮带轮上,另一个装在驱动轴 上。减速箱的主要作用是传递动力并实现一级 减速,它将电机的动力由输入轴传递到输出轴, 输出轴连接光杆,由光杆通过抽油杆将动力传 递到井下螺杆泵转子。 (2)电机 电机是螺杆泵井的动力源,将电能转化 为机械能。一般用防爆型三相异步电机

(3)密封装置 密封装置有机械密封和静密封两种。 机械密封分上置式和下置式两种,上置 式机械密封装置位于减速器上部,如图 所示;下置式位于减速器的下方。静密 封位于机械密封的上端。密封的主要作 用是防止井液流出,起密封光杆的作用。

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机械密封下置密封轴密封系统 机械密封上置密封轴密封系统 1—光杆;2—油杯; 1—轴头;2—机械密封; 3—密封轴;4—下置机械密封 3—油杯;4—光杆

(4)方卡子 方卡子包括承重卡子和扭矩卡子。方卡子的 主要作用是将减速箱输出轴与光杆连接起来, 起悬挂油杆和承受扭矩的作用。 3.井下螺杆泵部分 井下螺杆泵是由转子和定子组成。转子是井 下泵中唯一运动的部件,其上部与抽油杆连接。 一个转子就是一个横截面为圆形的长螺旋体, 由高强度钢精工制作,表层镀铬,具有很好的 抗磨性。定子是由合成橡胶铸制而成的内嵌式 双螺旋体。固定于一钢管内,其上端与油管连 接,转子位于定子内转动,实现抽汲功能。

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4.配套工具部分 (1)专用井口 结构与抽油机井的井 口装置基本相同,但是 增加了井口强度,减小 了地面驱动装置的震动 ,起到保护光杆和换密 封时密封井口的作用。
螺杆泵地面驱动部分装置 1—方卡子护罩;2—密封装置; 3—皮带传动装置; 4—减速箱;5—防反转装置; 6—防爆电机; 7—支架;8—阻杆封井器

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(2)特殊光杆 特点是强度大,防断裂,光洁度高,有利于 井口密封。 (3)抽油杆扶正器 起避免或减缓抽油杆与油管的磨损的作用。 (4)油管扶正器 起减小油管柱震动和磨损的作用。 (5)抽油杆防反转装置 起防止抽油杆倒扣的作用。 (6)油管防脱装置 起锚定泵和油管的作用。

(7)防蜡器 能延缓原油中石蜡和胶质在油管内壁 的沉积速度。 (8)防抽空装置 地层供液不足会造成螺杆泵损坏,安 装井口流量式或压力式抽空保护装置, 可有效地避免此现象的发生。 (9)筛管 过滤油层流体,防止砂子大量进入泵 中。

(二)螺杆泵采油系统的工作原理 通过地面驱动装置驱动光杆转动,通过中 间抽油杆将旋转运动和动力传递到井下转子, 使其转动。转子在定子中运转过程中,从泵 的底部(入口)至顶部(出口)自下而上形 成空腔。空腔的大小取决于转子螺距长度、 直径和偏心距离。转子与定子之间存在良好 的密封性,使流体以固定速度上升,流体上 升速度与转速成正比。转子在定子中旋转时, 螺杆断面的变化情况如图所示。

螺杆泵的工作原理: 转子与定子密切配合形成一系列的封闭腔和空腔, 当转子转动时,封闭腔沿轴向由吸入端向排出端运移 ,在排除端消失。同时吸入端形成新的空腔腔,其中 空腔内所盛满的液体也就随着封闭腔的运移由吸入端 推挤到排出端。这种封闭腔和空腔的不断形成、运移 、消失,起到泵送液体并将液体排出井口的作用。

转子工作示意图

(三)螺杆泵的排量计算 1.螺杆泵的理论排量 螺杆泵的理论排量与转子的偏心距成正比, 与转子的螺距成正比,与转子的截面圆直径成 正比,与转速成正比,其计算公式为:

Q=5760eDTn 或 Q=11520eDtn
式中: Q — 螺杆泵的理论排量,m? /d; e ——转子的偏心距,m; T——定子的导程, m; n ——转子的转速,r/min t——转子的螺距,m;T=2t

2.泵的容积效率(泵效) 泵的容积效率ηv等于螺杆泵的实际排量Qs 与理论排量Q之比。

Qs ηv = Q

二、螺杆泵的性能参数 1.定子、转子间的过盈量 螺杆泵的单级扬程一般小于70m,单级最 大工作压差小于0.7MPa(设计为0.5MPa)。工 作压差的影响因素有结构参数、工作参数和转 子、定子的机械性能。更重要的是定子、转子 间的过盈量. °=(0.005~0.01)D(mm) 过盈量越大,单级工作压差越大,转子摩 擦扭矩也越大。过盈量越小,单级工作压差越 小,满足不了油井举升的需要


2.螺杆泵的级数 转子上两个相邻螺纹之间的距离 称为螺距;每两个螺距为一个导程, 单螺杆泵一般规定一个导程为一级。 螺杆泵的级数越多,泵的扬程越大。 泵的级数Z决定了螺杆泵定子、转子 的长度。

3.螺杆泵型号意义 (1)法国泵 型号意义: 300 TP 800 有效扬程800m 单头螺杆泵 转数为500 r /min时的理论排 量为300m? /d

(2)国产泵 型号意义: GLB 120 — 36 级数为36级 理论排量为120ml/r 杆传动螺杆泵

(3)加拿大、山东新型泵 型号意义:

级数
转数为100 r/ min时的理论排量 16m3/d 例如:16 — 25 表示泵的级数为25级,泵的转数为 100r/min 时理论排量为16m3/d。

三、螺杆泵采油管柱及配套技术 (一)管柱及杆柱的组成 1.油管柱 油管柱分为自由式螺杆泵管柱和固定式 螺杆泵管柱。目前大多数油井都采用固定式管 柱,固定式油管柱由油管悬挂器、油管、定子、 尾管、油管锚,定位销及磁防蜡器等组成。 2.油杆柱 油杆柱由光杆、方卡子、油杆防脱器、 油杆(实心或空心)、油杆扶正器、转子等组 成。 3.防冲距 防冲距是指转子下入井中后最下端到定位 销之间的距离。

(二)螺杆泵采油的配套工艺技术 (1)油管柱防脱技术 ① 油管脱扣的原因 转子顺时针转动时,转子与定子的摩擦对 定子产生扭矩,导致定子上部正扣油管倒扣脱 落。 ② 防脱技术 目前常用的油管防脱技术有: 安装锚定器(即油管锚)和反扣油管两种。

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图4-48 单翻板锚示意图 a—实物;b—结构图

图4—49 六翻板锚

(2)抽油杆防脱技术 ① 抽油杆脱扣的原因 i)负载扭矩过大。 螺杆泵采油是依靠抽油杆来传递动力,抽 油杆旋转时将储存一部分弹性变形能,一旦正 常停机或过载停机,杆柱储存的弹性能就会释 放出来,使油杆高速反转造成脱扣。 ii)停机后,油管内液体回流,冲击转子 反转脱扣。 iii)作业施工原因——作业时油杆上扣不 够。

② 油杆柱防脱措施 i) 机械反转装置——在驱动头上安装 防反转装置,使抽油杆不能反转。 ii)降压制动防反转——采用电器控制 原理,停机时先降压运行一段时间,缓慢降 低转速,使抽油杆的弹性能释放一部分后再 停机。 iii)井下回流控制阀——在螺杆泵的吸入 口处安装单流阀,使螺杆泵停机后油管内液 体不能回流。

(3)油管扶正技术 为减小或消除定子的振动,在井下安装油 管扶正器。 采用正扣油管的油管柱在定子上 接头处安装扶正器较为适宜;采用反扣油管的 油管柱,在定子上、下接头处分别安装扶正器 较好。目前使用的油管扶正器有两种,一种是 弹簧式,一种是橡胶式的,如图所示为橡胶式 扶正器。 (4)油杆扶正技术 抽油杆柱在油管内转动,会引起井口的振 动及油管柱与油杆柱的摩擦,特别是斜井,杆、 管摩擦非常严重。因此必须加油杆扶正器。

橡胶式油管扶正器

螺杆泵专用油杆扶正器

五、螺杆泵采油系统常见故障的诊断技术及 故障的排除方法 螺杆泵井常见的故障有:抽油杆断脱、油 管脱落、吸入部分堵、定子橡胶脱落等。 目前常用的故障诊断方法有电流法和憋压法。 (一)电流法 电流法就是通过测试电机的工作电流,根 据工作电流的大小来诊断油井工作状况的方 法。

表4 -5 工 作 电 流 接近电机空转电流

用电流法诊断油井故障 特 征 发生故障的原因 抽油杆断脱 油管脱落或严重漏失

无排量,油套不连通 无排量 ,油套连通 排量较小,液面较高 接近正常运转电流 无排量,液面较高 排量较小,液面较低

下部油管漏失,定子橡胶磨 损严重、失效,尾管进油部 分结蜡或有砂子。
尾管进油部分蜡堵或砂堵 油层供液能力差,气影响

排量正常,油压正常
明显高于正常运转 电流 排量降低,油压升高 排量正常(投产初期) 周期性波动 井口脉动出油,转子不连

油管结蜡严重
出油管线堵

定子橡胶溶胀大,定子不合 格
油井间歇出油,泵不合格

(二)憋压法 憋压法就是通过关闭采油树回压闸门进 行憋压,通过观察井口出油压力(油压)和 套压的变化进行诊断油井故障的方法

表4-6 用憋压法诊断油井故障 油压、套压 工况特性 故障形式 抽油杆断脱

油压不上升且不同于 无排量 套压 1、油压不上升且接 近套压 无排量 2、油压上升异常缓 排量很小 慢且与套压变化规律 一致 油压上升缓慢且不同 排量小,泵效低, 于套压 动液面较深

油管脱落 油管严重漏失

泵严重漏失,气影 响,供液能力极差

油压与套压接近

油套连通

定子橡胶脱落

复习思考题 1.什么叫机械采油? 什么是“三抽”设备? 2.抽油机的工作原理是什么? 3.解释:CYJ3-1.2-7(H)F(Y;B;Q)代号的 意义。 4.驴头移开井口的方法有哪三种? 5.抽油泵的类型有哪些? 各有何特点?简述 抽油泵的工作原理。 6.柱塞表面为什么带环状槽? 7.什么是冲程和冲数? 8.抽油杆在抽油过程中起什么作用? 9.抽油井井口装置的主要作用有哪些?

10.游梁式抽油机有哪几种平衡方式? 11.抽油机不平衡有什么危害?检验游梁式 抽油机平衡的方式有哪些?若抽油机不平衡应 怎样调整? 12.何谓泵效?影响泵效的因素有哪些? 13.解释防冲距、余隙容积、余隙百分数和 充满系数? 14.选择油井工作制度的原则是什么? 15.选用长冲程有哪些好处? 16.抽油机冲数过大有哪些缺点、 17.何谓冲程损失?冲程损失是怎样造成的? 怎样减小冲程损失? 18.怎样减小气体对泵效的影响?

19、如果测得油井供液不足,你应采取什么措 施进行处理? 20.什么样的井需要洗井?对洗井有什么要求? 21.抽油井故障的判断方法有哪些? 22.解除油井的故障方法有哪些? 23.理论示功图的各点所代表的含义是什么? 怎样判断油井的实测示功图? 24.螺杆泵井的油管柱组成如何? 25.螺杆泵井的油杆柱组成如何? 26.螺杆泵的结构及工作原理是什么? 27.螺杆泵井常见的故障有哪些? 28.抽油机一级保养与二级保养的内容是什么?

转是什么原因?如何处理? 30.抽油机整机振动是什么原因?如何处理? 31.抽油机曲柄销在曲柄圆锥孔内松动或轴向外 移拔出是什么原因?如何处理? 32.抽油机减速器漏油是什么原因?如何处理? 33.抽油机减速器内有不正常的敲击声是什么原 因?如何处理? 34.抽油机刹车不灵活或自动溜车是什么原因? 如何处理? 35.抽油机游梁不正是什么原因?如何处理? 36.抽油机曲柄在输出轴上外移是什么原因?如 何处理? 37.抽油机驴头——井口不对中是什么原因?如 何处理?


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