螺桿泵采油技術(shù)簡介

1、主講 李樹臻 一、一、 螺桿泵的結(jié)構(gòu)與工作原理螺桿泵的結(jié)構(gòu)與工作原理 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）。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。 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。 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。 采油用井下單螺桿泵的組成采油用井下單螺桿泵的組成 1-下接頭；2-限位銷；3-定子；4-轉(zhuǎn)子；5-上接頭 井下單螺桿泵由定

2、子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套和井下單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。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)過精車、鍍鉻并拋橡膠襯套組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋 光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實(shí)心轉(zhuǎn)子兩種光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實(shí)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

3、是由很多半徑為r的薄圓盤組成， 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。螺 桿一般是由合金鋼調(diào)質(zhì)后經(jīng)防腐耐磨處理的，具有較 高的強(qiáng)度和耐磨性。 圖3-1 單螺桿泵的螺桿 t l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(T 2t)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 T l(1)接觸點(diǎn)與接觸線 l將螺桿置于襯套內(nèi)，則在每一個橫截

4、面上，螺桿斷面與襯套斷面都有相互接 觸的兩個點(diǎn)。在不同的橫截面上，接觸點(diǎn)是不同的。當(dāng)螺桿斷面位于襯套長 圓形斷面的兩端時，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(diǎn)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(diǎn)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(jìn)入

5、 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 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

6、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，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(yáng)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(jì)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(shí)現(xiàn)的。過盈越大，單級工作壓差越大，轉(zhuǎn)來實(shí)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

7、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(yáng)程螺桿泵的總揚(yáng)程=單級揚(yáng)程單級揚(yáng)程級數(shù)級數(shù) l由于螺桿泵的襯套由橡膠制成，螺桿與 襯套間的相對運(yùn)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(yùn)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 T D e l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

8、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(jì)算： lQi4eDTn m3/min l或 Qi5760eDTn m3/d l單螺桿泵的泵效由下式計(jì)算： lQQi l式中 單螺桿泵的泵效。 l Q單螺桿泵的實(shí)際產(chǎn)液量； eDeD4 4 D 4 4 D s 22 4e D 轉(zhuǎn)子運(yùn)動時偏轉(zhuǎn)子運(yùn)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(yáng)程和排

9、舉升揚(yáng)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 傳動和直接傳動兩種型式。 l 1)皮帶傳動 l電動機(jī)(柴油機(jī)或液壓馬達(dá))、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(jī)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

10、控箱；電控箱； 2-電機(jī)；電機(jī)； 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； 15-錨定裝置；錨定裝置；16-篩管篩管 5 1 1 2 2 3 3 6 6 7 7 8 8 9 9 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 l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

11、管柱等五部分組成。 l地面驅(qū)動部分：包括減速箱、皮帶傳動、電機(jī)、盤 根盒、支撐架、方卡子等。 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。 l電控部分：包括電控箱、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(shí)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。 l地面驅(qū)動設(shè)備可分為電機(jī)、 柴油機(jī)、液壓等方式?，F(xiàn)以 電機(jī)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

12、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。 l這種采油方法簡便，實(shí)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(fèi)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(diǎn)如下。 l將潛油電動機(jī)、保護(hù)器與螺桿 泵組合在一起，下入井下，利 用電纜將其地面電

13、力輸送到井 下潛油電動機(jī)，地面上有變壓 器和自動控制柜等。當(dāng)井底電 機(jī)接通電源后，電機(jī)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(jì)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，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)。 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(hù)器；7井下 電機(jī)；8油層；9電控箱；10套 管；11電纜 l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(jī)、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

14、供一定壓力和排量的液 體，通過導(dǎo)管通向井下液壓馬達(dá)，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(dá)、 封隔器、及螺桿泵。工作時供液泵將 高壓動力液供給液馬達(dá)，液馬達(dá)帶動 螺桿泵工作，井底原油從其上部排出 并與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(jì) 量后輸至大罐，分離出的原油再注入 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(dá)；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

15、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(hù) 和管理。旁通閥 l螺桿泵與其它機(jī)械采油設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 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

16、、管理費(fèi)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(jī)相比，沒有液 柱和機(jī)械傳動的往復(fù)慣性力。泵容積效率可達(dá)90 ，它是現(xiàn)有機(jī)械采油設(shè)備中效率較高的機(jī)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(dá)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

17、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(jī)或電機(jī)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。

18、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(jī)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 能是將水平軸的旋轉(zhuǎn)變 為垂直軸的旋轉(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(diǎn)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(jī) 呈立式，用一對皮帶輪一 級減速將動力轉(zhuǎn)給

19、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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)動、 靜平衡，且體積小、重量 輕、操作方便，缺點(diǎn)是調(diào) 參困難、光桿動密封可靠 性能差。 l另一種是電機(jī)直接驅(qū)動， (無減速器)選用低轉(zhuǎn)速電機(jī)， 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

20、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(qiáng)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(jī)電機(jī)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(jī)柴油機(jī)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)，但相應(yīng)增加部分管理 費(fèi)用，在國內(nèi)有些油田采用。 l3)拖拉機(jī)拖拉機(jī)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

21、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(jī)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

22、離，從而達(dá)到張緊的目 的。 l通常螺桿泵驅(qū)動裝置可設(shè)計(jì)幾個轉(zhuǎn)速， 在新井投產(chǎn)時，由于地層壓力高，供液 能力強(qiáng)，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(jī)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(dá)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(jì)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(dá)l0MPa，故螺桿泵井口密封特 殊情況下短期最大壓力應(yīng)達(dá)到10MPa。 l螺桿泵在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后

23、，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(jī)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(jì)防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 l目前機(jī)械防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)主目前機(jī)械防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)主 要有棘輪、棘爪機(jī)構(gòu)、要有棘輪、棘爪機(jī)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)場扭矩，壽命較

24、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(yùn)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(yùn)動的實(shí)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

25、桿扶正器抽油桿扶正器：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(hù)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(diǎn)，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

26、泵采油的影響 l油井在生產(chǎn)過程中，大部分井都出砂。不同的井出砂 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(jìn)人井眼，就是防砂技術(shù)再完備，砂進(jìn)泵也是難 免的，只是防砂措施效果越好，砂進(jìn)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(jī)井、電潛 泵井適應(yīng)砂的能力強(qiáng)幾十倍。在螺桿泵正常抽吸時可 適應(yīng)含砂高達(dá)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(jī)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)，

27、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)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(jī)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(jī)電流增大，造成過載停機(jī)，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、

28、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，以后， 應(yīng)加強(qiáng)螺桿泵抽油井的技術(shù)管理。應(yīng)加強(qiáng)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(dá)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(shí)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(shí) 際舉升壓頭。

29、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(yùn)轉(zhuǎn)的主要途徑之一。因此要制期正常運(yùn)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

30、螺桿泵進(jìn)液、排液是連續(xù)進(jìn)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(jìn)人泵內(nèi)， 對定子橡膠造成氣浸溶脹，增加摩擦扭矩后， 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(jìn)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

31、桿、管的強(qiáng)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(dá) 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

32、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(diǎn)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，甚至造成蠟堵，因此，必須實(shí)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(jìn)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

33、況，因此必須實(shí)施 抽空保護(hù)技術(shù)。目前有以下兩種保護(hù)方法： l1)電流法：由設(shè)置的欠載電流值，控制電動機(jī) 停機(jī)，實(shí)現(xiàn)抽空保護(hù)；欠載保護(hù)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(shí) 施的保護(hù)。 l2)流量法：通過控制井口流量來實(shí)現(xiàn)抽空保護(hù) (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(jī)停機(jī)，實(shí)現(xiàn) 抽空保護(hù)； 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(jī)等事故，所以電動螺桿泵井必須實(shí)施過 載保護(hù)。電動螺桿泵井過載保護(hù)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?yàn)?/p>

34、電動機(jī)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(hù)即可，這是常用的方法。 l 因?yàn)槁輻U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(shí)施 l防脫措施?？煽康姆烂摯胧┲饕袃煞N：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(jī)理抽油桿柱脫扣機(jī)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(jī)或過載停機(jī)，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

35、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(jī)后油管內(nèi)液體回流。如果螺桿泵采 油井突然停機(jī)，而且油井動液面較深，那么停 機(jī)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)空內(nèi)的液力作用。對于那些產(chǎn)液能 力較強(qiáng)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(jī)，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。

36、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(jìn)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(jī)械防反轉(zhuǎn)裝置機(jī)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(dá) 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(jī)時，先降壓運(yùn)行一段時間，降低驅(qū) 動電機(jī)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

37、器動作而停機(jī)， 從而達(dá)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(jī)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(dá)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(jìn)入油管線；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(shí)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(shí)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