第十四章-聚合物驅(qū)油注入和舉升工藝

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第十四章 聚合物驅(qū)油注入和舉升工藝基礎(chǔ)第一節(jié) 聚合物注入井完井工藝一、概述完井是繼鉆井、固井之后的一項(xiàng)重要工序，是銜接于鉆井與采油之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在油水井長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中，要確保各種濃度的聚合物溶液段塞能順利的注入地層中，在油層中被聚合物溶液驅(qū)替到油井井底周?chē)暮芯酆衔锏挠蜌饽茼樌牧魅刖?。?jiǎn)言之，就是盡量做到使油層對(duì)井底有最大的滲濾面積和最好的出油條件，給聚合物溶液注入油層和油流入井造成良好的通道。完井的方式有多種，其中應(yīng)用最為廣泛的是射孔完井。聚合物注入井均采用這種完井方式。所謂射孔，是指利用專(zhuān)業(yè)的儀器設(shè)備將射孔器輸送到射孔目的層，射穿封閉產(chǎn)層的套管及水泥環(huán)直至

2、地層，構(gòu)成產(chǎn)層與井筒間的流體流通通道。進(jìn)入注入井井筒的聚合物溶液就是通過(guò)射孔炮眼進(jìn)入地層從而達(dá)到驅(qū)油的目的。二、固井質(zhì)量和注入管柱要求1固井質(zhì)量要求在射孔完井之前，要檢查固井質(zhì)量，聚合物注入井固井質(zhì)量應(yīng)達(dá)到如下要求：（1）用聲幅曲線檢查固井質(zhì)量，相對(duì)幅度小于40%。（2）用聲波變密度檢查固井質(zhì)量，水泥膠結(jié)指數(shù)（BZ）大于0.8。（3）射孔前清水試壓15MPa，30min不降。（4）套管外徑140mm，壁厚7.72mm。2注入管柱要求（1）為保證聚合物溶液注入到油層中有足夠的粘度，要求注入管柱對(duì)聚合物溶液的剪切速度較低；（2）井下注入管柱要采取防腐措施，避免對(duì)聚合物溶液和油層表面造成傷害；（3）

3、因?yàn)榫酆衔锶芤旱淖⑷雺毫υ谙喈?dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)要高于注水時(shí)注入壓力，所以要求井下注入管柱的耐壓性能要優(yōu)于常規(guī)的注水管柱；（4）井下注入管柱特別是分層注入管柱，在可能產(chǎn)生節(jié)流的地方，一是要注意增加流道，盡量降低其流速，二是注意要光滑平整。三、射孔方式的選擇射孔工藝技術(shù)目前主要有三種，即電纜輸送式射孔、油管輸送式射孔和負(fù)壓射孔，其中電纜輸送式射孔又分為有槍身和無(wú)槍身兩種。聚合物注入井應(yīng)最大限度地減小聚合物溶液的粘度損失以保證其驅(qū)油效果，因此在射孔方式的選擇上應(yīng)充分考慮射孔炮眼對(duì)聚合物溶液的自切作用。1射孔炮眼目前油田應(yīng)用的射孔彈絕大部分為聚能射孔彈，而聚能射孔彈爆炸以后，產(chǎn)生出高溫（20005000

4、）、高壓（幾個(gè)幾萬(wàn)兆帕）的沖擊波，使藥型罩形成速度達(dá)1000m/s的微金屬射流，這股高速射流在遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生約MPa的壓力，從而來(lái)穿透套管、水泥環(huán)及地層巖石，形成一個(gè)孔眼。但射流所遇到的障礙物并未消失。套管、水泥環(huán)、巖石受到高溫、高壓射流沖擊后變形、破碎和壓實(shí)，在射孔孔道的周?chē)蜁?huì)形成一個(gè)壓實(shí)罩，實(shí)驗(yàn)室研究認(rèn)為這一壓實(shí)破碎層厚約0.641.27cm，滲透率為原始滲透率的7%20%。2聚合物溶液在炮眼中的剪切降解（1）理論計(jì)算公式目前，多采用聚合物驅(qū)油一石油科學(xué)進(jìn)展24中所推薦的公式來(lái)衡量聚合物溶液在多孔介質(zhì)中受剪切的程度，其表達(dá)式為：（14-1）式中等效剪切速率，用來(lái)衡量聚合物溶液受剪切程

5、度，；一一聚合物溶液的幕律指數(shù)；一一流速，m/s；一一巖石滲透率，m2；巖石孔隙度。從公式（141）中可以看出，和、分別屬于聚合物溶液和巖層的固有值，要減小溶液的受剪切程度就必須最大限度地降低U值，即面積流速，它等于單位時(shí)間內(nèi)注入量（）與過(guò)流面積（）之比。顯而易見(jiàn)，注入過(guò)程中配注量是一定的，這就要求我們?cè)龃缶酆衔锶芤旱倪^(guò)流面積射孔孔眼的內(nèi)表面積和孔眼數(shù)，即射孔完井工藝要求是大孔徑、大孔深和大孔密。（2）礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果聚合物試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，射孔炮眼是聚合物溶液發(fā)生剪切降粘最嚴(yán)重的部位，其粘度損失約占整個(gè)注入過(guò)程粘度損失的60%。因此，采用大孔徑、大孔深、大孔密的射孔方式完井是注聚合物井

6、必須采取的技術(shù)措施。根據(jù)這一需要，目前油田上廣泛采用電纜輸送式有槍身射孔方式進(jìn)行注聚合物井的完井作業(yè)。四、有槍身射孔工藝按照射孔施工工藝的不同，可把有槍身射孔分為有槍身油管射孔和有槍身套管射孔。根射孔器外徑尺寸分類(lèi)，可把有槍身射孔劃分為：YD-73槍射孔，YD-89槍射孔，YD-I02槍射孔、YD-127槍射孔和FG51槍過(guò)油管射孔等。由于有槍身過(guò)油管射孔受到油管內(nèi)徑及槍身卡徑的限制，與射孔槍配套的射孔彈無(wú)法向高孔密、深穿透、大孔徑方向發(fā)展，且射孔施工需要在地面配備一套較復(fù)雜的防噴裝置，不適用于油田長(zhǎng)井段、多層位射孔開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，所以未被采用，而有槍身套管射孔以其槍身種類(lèi)多、適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)高孔

7、密、深穿透、大孔徑被廣泛采用。1工藝技術(shù)原理射孔前先用油管探人工井底，再用等于井筒容積二倍的清水替出鉆井液，并清洗井筒，使進(jìn)出口水相對(duì)密度達(dá)到1.0（如有特殊要求時(shí)，再替入其它壓井液或射孔完井液）。然后起出井內(nèi)油管等待射孔。射孔時(shí)采用硬連接方式將射孔器、定位器和電纜聯(lián)成一串，分次用地面儀器設(shè)備輸送到射孔目的層，采用定位射孔的方法確定每次射孔深度后，用專(zhuān)用的安全雷管起爆器引爆射孔器，在套管內(nèi)完成射孔。當(dāng)最后一次射孔完成時(shí)，將油管下人完成深度，裝采油樹(shù)，等待交井。在進(jìn)行有槍身套管射孔時(shí)應(yīng)根據(jù)套管尺寸合理選擇射孔槍?zhuān)M可能減小槍身與套管的間隙，一般選擇范圍見(jiàn)表8-1。表14-1射孔槍外徑選擇表套管尺

8、寸，mm89（31/2”）102（4”）127（5”）140（51/2”）178（7”）245（95/8”）槍身外徑，mm51606073738989102102127127178有槍身射孔一次下井槍身長(zhǎng)度最長(zhǎng)為9m，最短為1m，一般情況下為24m。完成一口射孔井需要多次下井，對(duì)于高壓地層的射孔，將不易有效地控制井噴，射孔過(guò)程中如遇井涌、井噴時(shí)，需迅速拆除射孔裝置，搶下油管進(jìn)行循環(huán)壓井。2.技術(shù)特點(diǎn)有槍身套管射孔具有如下幾方面的技術(shù)特點(diǎn)：（1）可根據(jù)套管尺寸和地質(zhì)要求，選擇射孔器類(lèi)型，滿(mǎn)足工程和地質(zhì)需要（參見(jiàn)表14-2、表14一3）。表14-2射孔槍穿透性數(shù)據(jù)表14-3射孔工程應(yīng)用數(shù)據(jù)（2）可

9、實(shí)現(xiàn)高孔密、多相位、大孔徑、深穿透的射孔方式，降低聚合物溶液的粘度損失，可穿透地層污染帶，提高射孔流動(dòng)效率。（3）可根據(jù)區(qū)域壓力分布情況，選擇與地層II配伍的射孔完井液，可有效地預(yù)防射孔井噴和地層污染。（4）槍身、儀器采用硬連接，使用安全雷管和變頻起爆裝置，連接方便，安全可靠。（5）射孔時(shí)的沖擊能量大部分被槍身吸收，有利于對(duì)套管、水泥環(huán)的保護(hù)。（6）射孔彈爆炸后的碎片存留在射孔槍內(nèi)，可減輕對(duì)井筒的污染。第二節(jié) 聚合物驅(qū)注入工藝一、籠統(tǒng)注入工藝聚合物驅(qū)大部分采用籠統(tǒng)注入管柱?；\統(tǒng)注入工藝主要考慮如何防止聚合物溶液降解。所有聚合物溶液都是在流速非常高的情況下發(fā)生降解的，但是水解聚丙烯酰胺在正常操條

10、件下也很敏感，尤其是在鹽水的含量或硬度很高的情況下更是如此，其中對(duì)高價(jià)陽(yáng)離子為敏感，因?yàn)檫@些陰離子化的分子其離子的偶合相對(duì)來(lái)說(shuō)是很脆弱的，此外，伸展應(yīng)力同剪切應(yīng)力一樣對(duì)聚合物溶液具有破壞性，而這二者通常又是伴生的。因此，在注入井管柱中采用光油管可防止鐵離子（可發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而導(dǎo)致降解）和節(jié)流現(xiàn)象的發(fā)生。故籠統(tǒng)注入管柱使用了光油管，其基本結(jié)構(gòu)為：油管十喇叭口（如圖81）。一般使用封隔器，型號(hào)多為752-6。完井深度為射孔頂界以上510m。 14-4主要技術(shù)指標(biāo) 表8-5主要技術(shù)指標(biāo)為防止二價(jià)鐵離子對(duì)聚合物產(chǎn)生的化學(xué)降解作用，油管須用內(nèi)外壁涂料管或化學(xué)鍍鎳管，其主要技術(shù)要求：涂料選用環(huán)氧酸醛涂料。

11、14-5主要技術(shù)指標(biāo) 表8-5主要技術(shù)指標(biāo)圖14-1籠統(tǒng)注入管柱1一封隔器；2一油管；3一喇叭口；4一套管 表8-5主要技術(shù)指標(biāo)二、分層注入工藝隨著三次采油技術(shù)的發(fā)展，聚合物驅(qū)油已由單層注采向雙層注采和多層注采方向發(fā)展，但在雙層驅(qū)和多層驅(qū)的情況下，籠統(tǒng)注入由于油層非均質(zhì)和高粘度聚合物的雙重作用，聚合物溶液主要進(jìn)入高滲透層，中低滲透層波及程度低，致使層間矛盾更加突出，驅(qū)油效果差，聚合物驅(qū)的開(kāi)發(fā)效果受到一定影響。 采用分注工藝，首先要認(rèn)清聚合物屬非牛頓液體，它具有很強(qiáng)的能變性，很容易在節(jié)流部位發(fā)生降解。因此，目前油田廣泛應(yīng)用的分層配水工藝都不適應(yīng)配注聚合物的要求，而采用間歇式的分注方式，將會(huì)使聚合

12、物在地層中產(chǎn)生“滯留”，影響地層的吸入能力。從聚合物試驗(yàn)區(qū)礦場(chǎng)資料來(lái)看，采用籠統(tǒng)方式注入導(dǎo)致注入井各層吸入量及采出井產(chǎn)出剖面很不均衡，達(dá)不到理想的驅(qū)替效果。圖142雙層分注完井管柱（一）工藝管柱及其工作原理工藝管柱的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖142。整套管柱主要由兩部分組成：一是可鉆式丟手部分；二是插入部分?？摄@式丟手部分由上、下可鉆式封隔器、延伸工作筒組成，主要作用是與內(nèi)外插入密封套使用實(shí)現(xiàn)雙層分隔及封墻射孔井段以上環(huán)形空間，防止鐵離子對(duì)聚合物產(chǎn)生降解作用。插入管柱部分內(nèi)管由向50mm內(nèi)外表面涂料油管、洗井滑套開(kāi)關(guān)、伸縮器、定位器、內(nèi)插封段等組成；外管由89mm內(nèi)表面涂料油管及外插入密封段組成。這樣既解決

13、了籠統(tǒng)注的層間干擾問(wèn)題，又可防止聚合物流經(jīng)水嘴時(shí)的剪切降解和鐵離子的傷害，不僅提高了注入質(zhì)量，同時(shí)該工藝可實(shí)現(xiàn)單井分壓、分量、分層注入及洗井，分層注入量可在地面控制，計(jì)量簡(jiǎn)便、直觀、準(zhǔn)確，又減小了測(cè)試工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。（二）工藝管柱的配套工具及規(guī)范聚合物驅(qū)雙層分注管柱由上、下封隔器、配套座封工具、洗井滑套開(kāi)關(guān)、內(nèi)外插入密封段等十四種配套工具組成（見(jiàn)表8-6）。表146聚合物驅(qū)雙層分注管柱配套工具及規(guī)范（三）工藝管柱主要配套工具的結(jié)構(gòu)及工作原理井下工具包括：上、下可鉆式封隔器，內(nèi)、外插入密封段，洗井滑套開(kāi)關(guān)、伸縮器、定位器、延伸工作筒等。地面配套工具包括：封隔器座封工具、移位器、振蕩器、鉆井工具等

14、。1上、下可鉆式封隔器和座封工具的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）上、下可鉆式封隔器Y443114（）a、b的結(jié)構(gòu)Y443-114（）a、b封隔器與可鉆式封隔器Y443-114（）的結(jié)構(gòu)基本相同，都是由限位機(jī)構(gòu)、密封元件、保護(hù)件和卡瓦等四部分組成。兩者的區(qū)別在于：a為保證上封隔器Y443-114（）a與外管密封插入后具有必要的內(nèi)通徑，將封器與密封段的內(nèi)密封改為外密封。b為使74mm定位器通過(guò)上封隔器后定位于下封隔器中，將Y443-114（）封隔器中心管上端丟手扣由“特方89×6-左”改為“特方74×4-左”。（2）Y443-114（）a、b座封工具的結(jié)構(gòu)aY443-114（）a座封工具

15、的液壓傳動(dòng)部分與Y443-114（）座封工具相同，不同的是：由原來(lái)的旋轉(zhuǎn)丟手改為液壓拉斷丟手銷(xiāo)釘?shù)姆绞絹G手。bY443-114（）b座封工具為電纜投送爆炸座封工具。封隔器與座封工具的工作原理：當(dāng)座封工具打壓（或電點(diǎn)火）時(shí)，封隔器的中心管，下卡瓦及下接頭是相對(duì)不動(dòng)的，坐封器的外套推動(dòng)封隔器的坐封套子向下移動(dòng)，剪斷上卡瓦支撐體上的銷(xiāo)釘，使上卡瓦卡住井壁，繼續(xù)加壓剪斷上錐體上的銷(xiāo)釘，壓縮膠筒，再剪斷下錐體上的銷(xiāo)釘，坐碎下卡瓦，使封隔器完全座封，繼續(xù)加壓，座封器上的拉力接頭與封隔器中心管連接的丟手銷(xiāo)釘被剪斷，使座封工具與封隔器脫開(kāi)。鎖緊環(huán)在封隔器坐封后鎖緊在中心管上，封隔器完全坐封。2內(nèi)、外插入密封段

16、的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）內(nèi)插入密封段由74mm定位器及68mm密封段組成。其作用是與下封隔器配合，錨定井使內(nèi)管保護(hù)自由伸長(zhǎng)狀態(tài)封隔油層。（2）外插入密封段由上接頭、密封件、保護(hù)件及下接頭組成。其作用是實(shí)現(xiàn)與上封隔器外密封而配合密封。二者密封的可靠與否，直接關(guān)系到射孔井段以上套管能否得到保護(hù)以及能否避免注入液與鐵離子接觸。3滑套的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）滑套主要由卡套、密封節(jié)（循環(huán)套）、定位爪及密封件等組成。它是分注管柱的一個(gè)E要組成部分，主要用于完成上層洗井。（2）移位器（見(jiàn)圖8-8）主要由本體、壓簧、撈爪及安全裝置等組成。它利用2.2mm以上鋼絲攜帶，可實(shí)現(xiàn)滑套的“打開(kāi)”與“關(guān)閉”。工作原理：當(dāng)滑

17、套需要打開(kāi)洗井時(shí)，將上接振蕩器、加重桿正裝的移位器下人井內(nèi)。當(dāng)其進(jìn)入并通過(guò)滑套后，再上移，移位器的撈爪卡在循環(huán)套上臺(tái)階，繼續(xù)上提，循環(huán)套上的定位爪由“關(guān)冒”位置移至“打開(kāi)”位置，這時(shí)撈爪接觸到上接頭的臺(tái)階，繼續(xù)上提，使撈爪收回，將移位器起出。當(dāng)滑套需要關(guān)閉時(shí)，將該移位器倒裝下入，當(dāng)進(jìn)入滑套后，撈爪卡在定位爪的下|臺(tái)階上，向下振擊，定位爪由打開(kāi)位置進(jìn)入“關(guān)閉”鎖槽內(nèi)，此時(shí)，撈爪接觸到下接頭回收階上，繼續(xù)向下振擊，撈爪收回并通過(guò)滑套35m，證明確實(shí)關(guān)閉，然后上提鋼絲即可取移位器。如果移位器卡人井內(nèi)起不出時(shí)，可繼續(xù)上提一定負(fù)荷將其中的安全銷(xiāo)拉斷（拉斷力小于量的抗拉強(qiáng)度），即可安全起出。4伸縮器的結(jié)構(gòu)

18、及工作原理伸縮器主要由外套、伸縮管、密封件等組成。它與定位器配套使用，可使內(nèi)管處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)，并有利于調(diào)配管柱。（四）工具組裝總要求（1）各零件必須清除毛刺、鐵屑、臟物，并逐一檢驗(yàn)各零件尺寸，符合圖紙要求方可進(jìn)行裝.（2）各油管扣必須用12層聚乙烯薄膜纏緊，并用900mm×80mm（36”）管鉗擰緊，保證20MPa壓力下密封。（3）各密封圈槽底必須清除干凈，每批膠筒進(jìn)行抽樣檢查以保證密封的可靠性。（4）密封圈擰緊后不得有擰扭及損傷，并涂鈣基潤(rùn)滑油脂。（5）各剪切銷(xiāo)釘上緊后，必須退扣1/4周，否則剪斷的銷(xiāo)釘頭將卡阻活動(dòng)件的移動(dòng)。五、雙層分注管柱使用效果雙層分注管柱有如下工藝效果：（1

19、） 解決了分層注入聚合物的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)分壓力、分流量、分濃度分注雙層，可對(duì)欠注層加強(qiáng)注，超注層限制注；（2） 分層注入量在井口控制，控制方便，計(jì)量直觀準(zhǔn)確，尤其是避免了常規(guī)水嘴節(jié)流控制注入量而產(chǎn)生的聚合物剪切降解；（3） 解決了下層測(cè)靜壓及下層測(cè)吸水剖面的問(wèn)題，測(cè)試勞動(dòng)強(qiáng)度較傳統(tǒng)配注測(cè)試工作減輕了；（4） 還能夠滿(mǎn)足雙層洗井的要求。在大慶幾個(gè)采油廠進(jìn)行的礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，雙管一次施工成功率可達(dá)100%。該技術(shù)既避免了聚合物流經(jīng)水嘴時(shí)造成的剪切降解問(wèn)題，又可使射孔井段以上套管不承受高壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同聚合物分子量不同濃度的分層定量注入，較好地解決了由于籠統(tǒng)注入方式導(dǎo)致的層間干擾問(wèn)題。通過(guò)聚合物

20、的雙層分注，使周?chē)沙鼍?jiàn)到了更明顯的降液增油效果。示蹤劑跟蹤結(jié)果表明：雙管密封可靠，可滿(mǎn)足雙層分注及洗井的要求，而且配注方便，降低了傳統(tǒng)配注測(cè)試工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，又可減少掉、卡事故的發(fā)生。圖14-3潛油電泵管柱組第三節(jié) 電泵井采油一、電泵采油系統(tǒng)的組成潛油電泵主要由七個(gè)部分組成：潛油電機(jī)、潛油泵、保護(hù)器、分離器、潛油電纜控制、控制柜和變壓器。與其配套使用的還有小扁電纜護(hù)罩、電纜卡子、單流閥、泄油閥、扶正器等。其組成與結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖8一3。1.地面部分（1）變壓器變壓器的作用是利用電磁感應(yīng)作用，把一種電壓的交流電能轉(zhuǎn)變成頻率相同的另一種電壓的交流電能。潛油電泵專(zhuān)用變壓器一般為油浸式三相三線圈電力變壓

21、器，其基本結(jié)構(gòu)可分四個(gè)部分：a鐵芯：鐵芯是變壓器的磁路部分。鐵芯分為鐵芯柱和鐵輒兩側(cè)分，鐵芯柱上套線圈，鐵輒將鐵劇柱連接起來(lái)，使之形成閉合磁路.b線圈線圈是變壓器的電路部分，般用絕緣漆絕緣的鋁線或銅錢(qián)成。國(guó)產(chǎn)潛油電泵專(zhuān)用變壓器的線圈用絕緣銅線繞成。c絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的絕緣可分為外部絕緣與內(nèi)部絕緣。外部絕緣是指油箱蓋外的絕緣，內(nèi)部絕緣是指油箱蓋內(nèi)的絕緣。d油箱和其它附件鐵芯和線圈組成變壓器的器身，器身放置在裝有變壓器油的油箱內(nèi)，在油浸變壓器中，變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)。（2）控制柜潛油電泵的啟動(dòng)和停機(jī)，以及運(yùn)行中的一系列控制，需要專(zhuān)門(mén)的控制設(shè)備來(lái)完成。潛油電泵專(zhuān)用控制柜分為手動(dòng)、自動(dòng)兩種

22、控制方式，供電電源為交流50Hz，工作電壓為4002500V。額定電流最大為150A?？刂乒窬哂卸搪繁Ｗo(hù)、單相保護(hù)、三相過(guò)流保護(hù)和欠載停機(jī)、延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)功能。通過(guò)儀表可隨時(shí)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行電壓、電流參數(shù)，并自動(dòng)記錄電機(jī)運(yùn)行電施，從而使管理人員及時(shí)掌握和判斷電機(jī)運(yùn)行狀況。（3）接線盒接線盒的作用是連接控制柜到井口之間的潛油電泵動(dòng)力電纜，以排除電纜中的氣體，防止油井中的易燃?xì)怏w進(jìn)入控制柜，發(fā)生火災(zāi)或爆炸。因此，每口電泵井都必須安裝接線盒。接線盒距井口的距離不小于3m，高度不低于0.5m。接線盒到控制柜的電纜應(yīng)埋地0.2m以下。2井下部分（1）潛油泵潛油泵由多級(jí)葉輪、導(dǎo)殼組成，葉輪、導(dǎo)殼的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定潛

23、油泵的排量，葉輪、導(dǎo)殼組數(shù)是決定潛油泵的揚(yáng)程和匹配潛油電機(jī)功率的重要因素。（2）保護(hù)器保護(hù)器主要是保護(hù)潛油電機(jī)的，它能阻止井液進(jìn)入潛油電機(jī)，避免燒毀潛油電機(jī)。保護(hù)在潛油電泵機(jī)組中主要有以下四個(gè)作用：a密封潛油電機(jī)艷的動(dòng)力輸出端，防止井液進(jìn)入潛油電機(jī)。b保護(hù)器的充油腔體與油井連通，從而平衡潛油電機(jī)和保護(hù)器中各密封部位兩端的壓差。帶油電機(jī)因溫度升高而使?jié)櫥团蛎洉r(shí)，潤(rùn)滑油可通過(guò)保護(hù)器溢出；當(dāng)潛油電機(jī)因停機(jī)溫降時(shí)，保護(hù)器可向潛油電機(jī)補(bǔ)充潤(rùn)滑油。c內(nèi)設(shè)一個(gè)推力軸承，承擔(dān)作用在泵軸、分離器軸和保護(hù)器軸向下的軸向力。d聯(lián)接潛油電機(jī)軸與泵軸，連接潛油電機(jī)殼體與潛油泵殼體。（3）潛油電機(jī)潛油電泵機(jī)組中使用的電

24、機(jī)為二極三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)在50Hz頻率工作時(shí)，為2850r/min，在60Hz頻率工作時(shí)，轉(zhuǎn)速為3420r/min。潛油電機(jī)工作原理：當(dāng)三相交流電通過(guò)電纜輸送到電機(jī)定子繞組時(shí)，流入電機(jī)的電流在內(nèi)產(chǎn)生一同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子切割時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由于通電在磁場(chǎng)內(nèi)受磁力的作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)跟著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，如果電機(jī)軸端帶有機(jī)械負(fù)載，電機(jī)輸出機(jī)械功率，從而將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。潛油電機(jī)為立式懸掛結(jié)構(gòu)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、止推軸承、扶正軸承、電機(jī)頭、下接頭威。電機(jī)為密閉式，腔內(nèi)充滿(mǎn)高純度、高介電強(qiáng)度的礦物油，它在電機(jī)內(nèi)起潤(rùn)滑、絕緣和傳遞熱量的作用。（4）分離器對(duì)于含氣電泵井，井液在進(jìn)入

25、潛油泵之前，要先通過(guò)油氣分離器進(jìn)行氣、液分離，以減少氣體對(duì)潛油泵工作性能的影響。分離器的基本結(jié)構(gòu)形成式有兩種，一種是旋轉(zhuǎn)式分離器，另一種是沉降式分離器。旋轉(zhuǎn)式分離器工作原理：氣、液混合物進(jìn)入分離器后，由抗氣蝕性能良好的誘導(dǎo)輪引入到葉輪，由葉輪來(lái)提高其揚(yáng)程和旋轉(zhuǎn)速度，然后由導(dǎo)流輪再進(jìn)一步提高其旋轉(zhuǎn)速度，使氣、液混合物在高速旋轉(zhuǎn)的條件下進(jìn)入分離腔。在相同運(yùn)動(dòng)條件下，質(zhì)量愈大，受到的離心力也愈大。這樣，質(zhì)量大的液體被甩到分離腔的外緣，而氣體則被外緣的液體擠向分離腔中部，兩者均呈螺旋上升。上升至分流環(huán)時(shí)，氣體經(jīng)分流輪中的氣體流道被引出分離器，進(jìn)入套管與油管的環(huán)形空間。液體經(jīng)分流輪中的液體流道被引人潛油

26、泵。從而實(shí)現(xiàn)氣、液分離。二、電泵工作原理潛油泵在使用時(shí)應(yīng)完全浸沒(méi)在被抽的液體中，使?jié)撚捅脙?nèi)首先充滿(mǎn)液體。當(dāng)?shù)孛娼油娫磫?dòng)后，潛油電機(jī)帶動(dòng)潛油泵軸上的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，葉輪葉片驅(qū)使葉輪流道內(nèi)的液體轉(zhuǎn)動(dòng)，這部分轉(zhuǎn)動(dòng)的液體在離心力的作用下向葉輪外緣流去，由于液體流動(dòng)的連續(xù)性，這部分向葉輪外緣流動(dòng)的液體對(duì)葉輪吸入口處的液體產(chǎn)生一種吸力，使葉輪吸入口處的液體來(lái)填充流向葉輪外緣的那部分液體所占有的位置繞流葉片，在這一過(guò)程中，葉輪中的液體繞流葉片，在液體繞流運(yùn)動(dòng)中葉輪的葉片對(duì)液體作用一升力，使液體獲得能量而流出葉輪，這時(shí)液體的功能與壓能均增大。流出葉輪的液體直接進(jìn)入導(dǎo)殼的壓出室，壓出室把這部分液體收集起來(lái)，適

27、當(dāng)降低液體的流動(dòng)速度，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能后，再將這部分液體引入下一級(jí)導(dǎo)殼的吸入室，供下一級(jí)葉輪抽吸。這樣液體流過(guò)潛油泵內(nèi)的逐級(jí)葉輪、導(dǎo)殼，每流過(guò)一級(jí)葉輪、導(dǎo)殼，其壓能就提高一次。經(jīng)逐級(jí)壓能疊加后，在潛油泵的出口處就獲得一定的壓能，即潛油泵產(chǎn)生一定的揚(yáng)程，從而達(dá)到抽送液體的目的。第四節(jié)抽油機(jī)采油一、聚合物抽油井機(jī)、桿、泵的選擇聚合物驅(qū)采出井利用抽油機(jī)深井泵舉升井液，雖然在采出液中聚合物濃度超出40mg/L時(shí)系統(tǒng)效率有所下降，但還是能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的。聚合物驅(qū)采出井抽油機(jī)深井泵系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)時(shí)除充分考慮采出液的特性外可比照常規(guī)抽油機(jī)深井泵的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。執(zhí)行SY/T5873.1-93標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)原則

28、如下。1抽油機(jī)選擇a所選擇的抽油機(jī)應(yīng)在其經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)滿(mǎn)足油井開(kāi)發(fā)界限上最大供液能力的需要；b所選擇的抽油機(jī)，應(yīng)在使用期內(nèi)的大部分時(shí)間內(nèi)具有較高的載荷利用率、扭矩利用率和電機(jī)功率利用率；c對(duì)一般條件的井應(yīng)選用基本型抽油機(jī)，對(duì)稠油井或產(chǎn)能較高而套管直徑相對(duì)較小的井，應(yīng)選用具有較大沖程型號(hào)的抽油機(jī)。 圖8-9PH井采出液聚合物濃度與噸液耗電關(guān)系曲線d所選擇的抽油機(jī)應(yīng)進(jìn)行區(qū)域統(tǒng)籌，對(duì)同一油區(qū)或同一采油廠礦來(lái)說(shuō)，所選機(jī)型不應(yīng)太雜，流體條件和載荷要求都相近的井應(yīng)盡量選用同一規(guī)格和型號(hào)的抽油機(jī)。2.抽油桿選擇a抽油桿材質(zhì)和級(jí)別的選擇，應(yīng)根據(jù)油井流體條件和載荷類(lèi)型確定。對(duì)井液具有腐蝕性的油井，應(yīng)先選擇耐腐蝕材

29、質(zhì)的抽油桿（K級(jí)桿或D十K級(jí)），對(duì)下泵深度較深的油井，應(yīng)選擇強(qiáng)度較高的材質(zhì)CD或H級(jí)桿）；b選擇的抽油桿級(jí)數(shù)和各級(jí)直徑，在滿(mǎn)足載荷需要的前提下，應(yīng)以質(zhì)量最小為原則計(jì)算確定。對(duì)泵上第一級(jí)桿柱，可在必要情況下考慮加重。3抽油泵選擇a所選擇的泵徑，應(yīng)以當(dāng)前油井的預(yù)測(cè)產(chǎn)液能力為計(jì)算依據(jù)。對(duì)常規(guī)流體條件和下泵深度的井，應(yīng)以最大沖程、中等沖次為原則計(jì)算得出；對(duì)稠油或深泵掛井，應(yīng)以最大沖程、較低沖次計(jì)算得出，以求得到合理的生產(chǎn)效果，并能在投產(chǎn)后，當(dāng)油井的實(shí)際供液能力與預(yù)測(cè)值有一定出入時(shí)有地面調(diào)參的余地；b選擇的有效泵筒長(zhǎng)度，應(yīng)大于該井抽油機(jī)的最大沖程與柱塞長(zhǎng)度之和，并考慮到防沖距的長(zhǎng)度；c選擇的泵間隙等級(jí)，

30、應(yīng)根據(jù)井液的粘度確定，一般條件下（少于O.1Pas）可選用l級(jí)泵，井液粘度較高（0.1o.43Pas）可選用E級(jí)泵，對(duì)高粘油井（>0.431.10Pas）可選用E級(jí)泵，井液粘度特高（大于1.lPas）可使用更大間隙的泵；各級(jí)泵的最大漏失量應(yīng)不高于SY5059中規(guī)定的數(shù)值；d對(duì)小產(chǎn)量的深抽井，應(yīng)選用桿式泵，以減少檢泵作業(yè)工作量；e對(duì)含氣高、多砂、高粘等特殊條件的油井，可考慮采用特殊泵型，如防氣泵、防砂泵、抽稠泵等；對(duì)因某些原因需下長(zhǎng)尾管的油井，應(yīng)采用過(guò)橋泵；對(duì)超長(zhǎng)沖程抽油的油井，可使用整筒泵；對(duì)高產(chǎn)能而套管直徑相對(duì)較小的油井，可使用串連泵。選型設(shè)計(jì)時(shí)除上述原則外還要著重考慮以下四點(diǎn)：a采出

31、井液中聚合物含量達(dá)到-定濃度后，粘度增加，沉沒(méi)度下降，舉升負(fù)載增加.機(jī)型選擇應(yīng)增大15%20%；b聚合物驅(qū)不同生產(chǎn)階段油井產(chǎn)液量變化較大，選擇機(jī)型盡量應(yīng)用調(diào)參范圍大的機(jī)型；c由于舉升液體中聚合物的存在，粘度增大，盡量采用長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，以便提高泵的充滿(mǎn)系數(shù)；d由于舉升井液的粘度變化，在不同的生產(chǎn)階段，可考慮應(yīng)用不同間隙等級(jí)的深井泵。二、聚合物驅(qū)抽油機(jī)井生產(chǎn)分析聚合物驅(qū)抽油井生產(chǎn)分析的目的是了解油層生產(chǎn)能力和設(shè)備能力及它們的工況，為在事合物驅(qū)特殊條件下制訂合理的技術(shù)措施提供依據(jù)，使設(shè)備能力與油層能力相適應(yīng)，充分發(fā)揮油層潛力，并使設(shè)備在高效率下正常工作，以保證油井高產(chǎn)量、高泵效生產(chǎn)。1.油層工作狀況

32、分析（1）動(dòng)液面、靜液面及采油指數(shù) 圖14-3靜液面與動(dòng)液面的位置如圖8-10，靜液面是關(guān)井后環(huán)形空間中液面恢復(fù)到靜止時(shí)的液面?？梢杂脧木谒闫鸬纳疃萀s也可以用從油層中部算起的液面高度Hs表示。與它相對(duì)應(yīng)的井底壓力即地層壓力。動(dòng)液面是油井生產(chǎn)時(shí)，環(huán)形空間的液面，可以用從井口算起的深度Lf，也可用從油層中部算起的高度Hf表示。與它對(duì)應(yīng)的井底壓力即流壓。與靜液面和動(dòng)液面之差相對(duì)應(yīng)的壓力差即為生產(chǎn)壓差。圖中hs是沉沒(méi)度，它表示泵沉沒(méi)在動(dòng)液面以下的深度。抽油井一般是通過(guò)液面的變化來(lái)反應(yīng)井底壓力的變化。因此，抽油井的流動(dòng)方程為：（8-2）式中Q一一油井產(chǎn)量，t/d；Hs、Ls一一靜液面深度，m；Hf、

33、Hf一一動(dòng)液面深度，m；k一一采油指數(shù)，t/（d·m）；由上式可得：上式表明采油指數(shù)表示單位壓差下油井的日產(chǎn)液量。（2）液面位置的測(cè)量抽油井的液面一般都是采用回聲儀來(lái)測(cè)量，利用聲波在環(huán)形空間中的傳播速度和測(cè)得的反射時(shí)間來(lái)計(jì)算其位置。L=Vt/2式中L一一液面深度，mV一一聲波傳播速度，m/st一一聲波從井口到液面，然后再返回井口所需要的時(shí)間，s。（3）井底壓力測(cè)量為了準(zhǔn)確地獲得抽油井的井底壓力，除了起泵后下人普通井下底力計(jì)來(lái)測(cè)量靜壓外，可直接向套管環(huán)形空間下入小直徑壓力計(jì)來(lái)測(cè)量井下壓力。另一方法是通過(guò)預(yù)先安裝在油管下部的振弦壓力計(jì)來(lái)測(cè)量。（4）含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系含水

34、井正常抽油時(shí)，泵吸入口以上的套管環(huán)形空間不會(huì)發(fā)生流動(dòng)。因此，由于油水相對(duì)密度差而發(fā)生重力分異，使泵吸入口以上的環(huán)形空間的液柱中不含水，而在吸入口以下為油水混合物。所以正常抽油時(shí)油水界面穩(wěn)定在泵的吸人口處。此時(shí)，流動(dòng)壓力可近似地表示為：式中pf流壓，Pa；H油層中部深度，m；L一一泵掛深度，m；H.一一沉沒(méi)度，m；Plg井內(nèi)液氣混合物平均密度，kg/m3；Pog吸入口以上環(huán)形空間油柱的平均密度，kg/m3；po套壓，Pa。對(duì)于低氣油比含水油井，可采用在泵下加深尾管的方法來(lái)降低流壓，以提高產(chǎn)量。低含水、高氣油比井，加深尾管會(huì)降低泵的充滿(mǎn)系數(shù)，因?yàn)檫M(jìn)入尾管后從油中分出的氣體將全部進(jìn)入泵內(nèi)。2深井泵工

35、作狀況分析在實(shí)際工作中是實(shí)測(cè)示功圖作為分析深井泵工作狀況的主要依據(jù)。由于抽油井的情況較為復(fù)雜，在生產(chǎn)過(guò)程中，深井泵將受到制造質(zhì)量，安裝質(zhì)量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實(shí)測(cè)示功圖形狀各不相同。為了能正確分析和解釋示功圖，常常需要繪制理論示功圖進(jìn)行對(duì)比分析，而且實(shí)測(cè)示功圖的解釋都是以理論示功圖為基礎(chǔ)。（1）理論示功圖及其分析a靜載荷作用下的理論示功圖：以懸點(diǎn)位移為橫坐標(biāo)，懸點(diǎn)載荷為縱坐標(biāo)（圖8-11）。在下死點(diǎn)A處的懸點(diǎn)靜載荷為W1上沖程開(kāi)始后液柱載荷W1逐漸加在活塞上，井引起抽油桿柱和油管柱的變形，載荷加完后，停止變形（）。從B點(diǎn)以后懸點(diǎn)以不變的靜載荷（）上行至上死點(diǎn)

36、C。從上死點(diǎn)開(kāi)始下行后，由于抽油桿柱和油管柱的彈性，液柱載荷W1是逐漸地由活塞轉(zhuǎn)移到油管上，故懸點(diǎn)逐漸卸載。在D點(diǎn)卸載完畢，懸點(diǎn)以固定的靜載荷M，繼續(xù)下行至A點(diǎn)。圖14-4靜載理論示功圖這樣，在靜載荷作用下的懸點(diǎn)理論示功圖為平行四邊形ABCD。ABC為上沖程的靜載變化線。AB為加載線，加載過(guò)程中，游動(dòng)凡爾和固定同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)；由于在B點(diǎn)加載完畢，變形結(jié)束，BB=A，活塞與泵筒開(kāi)始發(fā)生相對(duì)位移，固定凡爾也就開(kāi)始打開(kāi)而吸入液體。故BC為吸入過(guò)程，BC=Sp，在此過(guò)程中游動(dòng)凡爾仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。CDA為下沖程靜載變化線。CD為卸載線，卸載過(guò)程中，游動(dòng)凡爾和固定凡爾也同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。由于在D點(diǎn)卸載

37、完畢，變形結(jié)束，DD=A，活塞開(kāi)始與泵筒發(fā)生向下的相對(duì)位移，游動(dòng)凡爾被頂開(kāi)而開(kāi)始排出液體。故DA為排出過(guò)程DA=S，排出過(guò)程中固定凡爾仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。b考慮慣性載荷后的理論示功圖：考慮慣性載荷時(shí)，是把慣性載荷疊加在靜載荷上。如不考慮抽油桿柱和液柱的彈性對(duì)它|們?cè)诠鈼U上引起的慣性載荷的影響，則作用在懸點(diǎn)t的慣性載荷的變化規(guī)律與懸點(diǎn)加速度的變化規(guī)范是一致的。在上沖程中，前半沖程有一個(gè)由大變小的向下作用的慣性載荷（增加懸點(diǎn)載荷）；在下沖程中，前半沖程作用在懸點(diǎn)的有一個(gè)由大變小的向上的慣性載荷（減小懸點(diǎn)載荷）；后半沖程則是一個(gè)由小變大的向下作用（增加懸點(diǎn)載荷）的慣性載荷。因此.由于慣性載荷的影響使靜

38、載荷的理論示功圖的平行四邊形AD被扭歪成ABCD。如圖812所示?？紤]振動(dòng)時(shí)，則把抽油桿振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷疊加在四邊形ABC線和DA線上就出現(xiàn)逐漸減弱的波浪線。（2）聚合物驅(qū)典型示功圖分析典型示功圖是指功圖受某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征。在聚合物驅(qū)過(guò)程中，采出液中因含有聚合物，溶液粘度增大，示功圖與正常水驅(qū)時(shí)的示功圖有些區(qū)別。圖8-13為采出液中含有聚合物，使其溶液粘度增大，摩擦載荷增大的正常示功圖。圖14-5 采出液含聚合物、摩擦載荷增大示功圖圖14-5為液面低、供液不足時(shí)的示功圖。在聚合物驅(qū)含水下降階段，產(chǎn)液量降低，沉沒(méi)度下降，在下沖程中懸點(diǎn)載荷不能立即減小，

39、只有當(dāng)活塞遇到液面時(shí).，才迅速卸載，使卸載線陡而直。圖14-6為供液不足撞擊液面的示功圖.在聚合物驅(qū)含水下降階段，因沉世度低，活塞撞擊液面時(shí)，振動(dòng)載荷線會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，當(dāng)高沖次抽汲時(shí)，往往因撞擊液面而發(fā)生較大的沖擊載荷，使功圖有較大變形。圖14-6 供液不足示功圖專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第五節(jié)螺桿泵采油一、系統(tǒng)組成地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵采油系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)螺桿泵采油系統(tǒng)）由地面部分、井下泵部分、電控部分和配套工具四部分組成。（1）地面驅(qū)動(dòng)部分包括減速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)密封、支撐架、方卡等。（2）井下泵部分包括螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子。（3）電控部分包括電控箱和電纜。（4）配套工具部分包括防脫工具、氣錨、防蠟器、防倒轉(zhuǎn)裝置、

40、防抽空裝置，油管扶正器、抽油桿扶正器、專(zhuān)用井口、特殊光桿等。1螺桿泵采油的特點(diǎn)螺桿泵應(yīng)用于原油開(kāi)來(lái)是最近二十幾年的事情。它是為開(kāi)采高粘度原油而研究設(shè)計(jì)的，井且隨著合成橡膠技術(shù)和粘接技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)。目前螺桿泵采油按驅(qū)動(dòng)方式分為潛油電動(dòng)螺桿泵和地面驅(qū)動(dòng)井下螺桿泵。本節(jié)重點(diǎn)論述地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵（簡(jiǎn)稱(chēng)螺桿泵）。根據(jù)螺桿泵的工作原理，它兼有離心泵和容積泵二者的優(yōu)點(diǎn)。螺桿泵運(yùn)動(dòng)部件少，沒(méi)有閥件和復(fù)雜的流道，吸入性能好，水力損失小，介質(zhì)連續(xù)均勻吸人和排出，砂粒不易沉積且不怕砂磨，不易結(jié)蠟，因?yàn)闆](méi)有凡爾，不會(huì)產(chǎn)生氣鎖現(xiàn)象。螺桿泵采油系統(tǒng)又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、耗能低、投資低、使用和安裝維

41、修保養(yǎng)方便等特點(diǎn)，所以螺桿泵已經(jīng)成為一種新型的實(shí)用有效的機(jī)械采油設(shè)備。隨著應(yīng)用配套技術(shù)的日益完善，螺桿泵采油技術(shù)的發(fā)展有著更廣闊的前景。圖14-7 螺桿泵采油系統(tǒng)示意圖2地面驅(qū)動(dòng)裝置（1）地面驅(qū)動(dòng)裝置工作原理地面驅(qū)動(dòng)裝置是螺桿泵采油系統(tǒng)的主要地面設(shè)備，是把動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)行行星運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽汲原油的機(jī)械裝置。從傳動(dòng)形式上分，有液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)；從變速范圍上分，有無(wú)級(jí)調(diào)速和分級(jí)調(diào)速。（2）地面驅(qū)動(dòng)裝置種類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置的種類(lèi)一般分為兩類(lèi)：機(jī)械傳動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置。機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)部分是由電動(dòng)機(jī)和減速器組成，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，容易管理并且節(jié)能，能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速且比較方便

42、。其缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，輸出扭矩受限制。液壓驅(qū)動(dòng)裝置是由原動(dòng)機(jī)，液壓傳動(dòng)部分等組成的。其優(yōu)點(diǎn)是地面輸出扭矩大，可用于高粘度和高含砂原油開(kāi)采；轉(zhuǎn)速能根據(jù)載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)；停機(jī)時(shí)沒(méi)有抽油桿倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是，在寒冷季節(jié)，地面液壓件和管線保溫工作較難，且價(jià)格相對(duì)較高，不容易管理。二、螺桿泵的工作原理采油用深井螺桿泵是單螺桿式水力機(jī)械的一種，是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副（也叫螺桿襯套副）是利用擺線的多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔室能作軸向移動(dòng)，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和液體能的互相轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升作用。單螺桿泵又

43、有單頭螺桿泵和多頭螺桿泵之分（本節(jié)重點(diǎn)介紹單螺桿泵）。地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)地面驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)光桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)中間抽油桿柱將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到井下轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的任一截面都是半徑為R的圓。每一截面中心相對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子的中心偏移一個(gè)偏心距E，轉(zhuǎn)子的螺距為通t，定子是以腈橡膠為襯套澆鑄在鋼體外套內(nèi)形成的，襯套內(nèi)表面是雙線螺旋面，其導(dǎo)程為轉(zhuǎn)子的2倍。而每一斷面內(nèi)輪廓是由兩個(gè)半徑為R（等于轉(zhuǎn)子截面圓的半徑）的半圓和兩個(gè)直線段組成的。直線段的長(zhǎng)度等于兩個(gè)半圓的中心距4E。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子襯套中位置不同時(shí)，它們的接觸點(diǎn)是不同的轉(zhuǎn)子截面位于襯套長(zhǎng)圓形斷面兩端時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子的接觸為半圓弧線，而在其他

44、位置時(shí)，僅有兩點(diǎn)接觸。由于轉(zhuǎn)子和定子是連續(xù)嚙合的，這些接觸點(diǎn)就構(gòu)成了空間密封線，在定子襯套的一個(gè)導(dǎo)程T內(nèi)形成一個(gè)封閉腔室，這樣，沿著螺桿泵的全長(zhǎng)，在定子襯套內(nèi)螺旋面和轉(zhuǎn)子表面形成一系列的封閉腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子一定子副中靠近吸入端的第一個(gè)腔室的容積增加，在它與吸入端的壓力差作用下，舉升介質(zhì)便進(jìn)入第一個(gè)室。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)腔室開(kāi)始封閉，并沿軸面向排出端移動(dòng)，封閉腔室在排出端消失同時(shí)在吸人端形成新的封閉腔室。由于封閉腔室的不斷形成、運(yùn)動(dòng)和消失，使舉升介質(zhì)通過(guò)一個(gè)一個(gè)封閉腔室，從吸入端擠到排出端壓力不斷升高，排量保持不變?？梢?jiàn)，螺桿泵是一種容積式泵，它運(yùn)動(dòng)部件少，沒(méi)有閱件和復(fù)雜的流道，油流擾

45、動(dòng)小，排量均勻。由于鋼體轉(zhuǎn)子在定子橡膠襯套內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)帶有滾動(dòng)和滑動(dòng)的性質(zhì)，使油液中砂粒不易沉積，同時(shí)轉(zhuǎn)子一定子間容積均勻變化而產(chǎn)生的抽吸推擠作用使油氣混輸效果良好，所以，螺桿泵在開(kāi)采高粘度、高含砂和含氣量較大的原油時(shí)，同其他采油方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。三、螺桿泵的主要技術(shù)參數(shù)及性能參數(shù)1.螺桿泵的主要技術(shù)參數(shù)國(guó)外地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵最大理論排量300m3/d，相應(yīng)揚(yáng)程800m，國(guó)內(nèi)正在研制的螺桿泵最大理論排量300400m3/d，相應(yīng)揚(yáng)程800m。2.螺桿泵的性能參數(shù)（1）理論排量由螺桿泵原理知道，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周（2）時(shí)，封閉腔中的液體將沿Z軸移動(dòng)2t的距離。在任意橫截面中液體占有的面積為襯套

46、面積與螺桿泵截面積之差，即為：4e*2R=8eR=4eD，因此，螺桿轉(zhuǎn)一周的理論排量q=4eDT，見(jiàn)圖8-36，故螺桿泵的理論排量為：式中e偏心距，m；D螺桿（轉(zhuǎn)子）外徑，m；T定子導(dǎo)程，m；圖14-8 螺桿泵橫截面示意圖q螺桿每轉(zhuǎn)一周的單位理論排量，m3/r；Q泵的理論排量，m3/d。（2）泵功率1）泵的有效輸出功率為：（14-2）式中r流體密度，kg/m3；H壓頭，m；Q泵的排量，m3/d。2）泵的軸功率（14-3）式中p泵出口壓力，MPa；泵的效率。3）流速軸向速度為：（14-4）式中泵的理論排量，；單螺桿泵的輸送面積，。（4）轉(zhuǎn)子有功扭矩由于螺桿泵的吸人端和排出端的液體有壓差，所以螺桿

47、一襯套副中的液體將對(duì)螺桿泵定、轉(zhuǎn)子施加力的作用。螺桿一襯套副將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體能，若不考慮損失，則由能量轉(zhuǎn)換關(guān)系得： （14-5）式中M轉(zhuǎn)子有功扭矩；q螺桿泵單轉(zhuǎn)排量；p螺桿泵吸入端與排出端的液壓差。（5） 單螺桿泵的特性曲線從理論上說(shuō)，單螺桿泵的理論排量是常數(shù)，與壓力無(wú)關(guān)，但實(shí)際上隨壓力的增加，通過(guò)螺桿-襯套副的失量是增加的，所以單螺桿泵的實(shí)際流量泵的揚(yáng)程增高而減小。圖837為典型的螺桿泵工作特性曲線。（6）單螺桿泵的性能換算當(dāng)工作轉(zhuǎn)數(shù)與試驗(yàn)轉(zhuǎn)數(shù)不同時(shí)或工作介質(zhì)粘度與試驗(yàn)粘度不同時(shí).有關(guān)參數(shù)按下列公式計(jì)算：1) 流量換算：（14-6）式中試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，；圖14-9 螺桿泵工作特性曲線實(shí)際工作轉(zhuǎn)速

48、，；，；實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的理論流量，；實(shí)際測(cè)得的流量，；試驗(yàn)介質(zhì)粘度；實(shí)際輸送介質(zhì)粘度。2）功率換算：（14-7）式中輸送工作介質(zhì)時(shí)的實(shí)際功率，kW；該種泵的損失功率；理論排量時(shí)的理論功率。（7）螺桿泵定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈及泵級(jí)數(shù)采油用螺桿泵單級(jí)舉升高度一般不超過(guò)70m，即單級(jí)最大工作壓差不超過(guò)O.69MPa，目前，普遍采用的螺桿泵單級(jí)工作壓差設(shè)計(jì)為0.45MPa左右。單級(jí)工作壓差除了與結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作參數(shù)及定子橡膠的機(jī)械物性等有關(guān)外，主要是靠定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)盈量大，單級(jí)工作壓差越大，轉(zhuǎn)子摩擦扭矩也越大；過(guò)盈過(guò)小，單級(jí)工作壓差越小，滿(mǎn)足不了油井舉升的需要。所以螺桿泵定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈存在合理值。

49、過(guò)盈量的確定必須在掌握定子橡膠物性，特別是橡膠的熱脹、溶脹性能的基礎(chǔ)上，方能確定。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，一般定、轉(zhuǎn)子的初始過(guò)盈下列范圍比較合理，即：泵級(jí)數(shù)Z則根據(jù)油田實(shí)際需要的舉升高度Pmax及單級(jí)舉升高度Pd來(lái)決定，即：（14-8）泵級(jí)數(shù)Z決定了螺桿泵定、轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度，即：定子長(zhǎng)度轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度四、影晌螺桿泵工作特性的因素1結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泵特性的影響螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)是指轉(zhuǎn)子的偏心E，直徑D，導(dǎo)程T和級(jí)數(shù)Z。對(duì)現(xiàn)有單螺桿泵的結(jié)構(gòu)和使用情況進(jìn)行分析表明，在E、D和T三者間存在一定的聯(lián)系，就是在這三個(gè)參數(shù)維持一定比例的條件下，單螺桿泵才能保證高效率和長(zhǎng)期的工作。對(duì)于采油用的小排量，高壓頭的單螺桿泵，可取下列比值： 對(duì)

50、于采油用的大排量，中壓頭的單螺桿泵，可取下列比值： 根據(jù)國(guó)內(nèi)制造技術(shù)條件，我國(guó)螺桿泵的設(shè)計(jì)參數(shù)一般采取小的偏心距E和大的轉(zhuǎn)子直徑D，形成的轉(zhuǎn)子螺旋線輪廓不明顯，這樣轉(zhuǎn)子和定子的密封是面密封而不是線密封，再加上轉(zhuǎn)子外表面比較粗糙，這就使泵的水力效率降低，定子易磨損發(fā)熱，加速定子橡膠的老化。因此，在提高螺桿泵制造技術(shù)水平的同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用較大的偏心E和較小的轉(zhuǎn)子直徑D，這也是提高泵效，延長(zhǎng)泵使用壽命的一條途徑。螺桿泵的揚(yáng)程（即承壓能力）是由定、轉(zhuǎn)子間形成的空腔數(shù)量（即級(jí)數(shù)）決定的。通常把一個(gè)定子導(dǎo)程定義為一級(jí)，它剛好是一個(gè)完整密封腔的長(zhǎng)度。定子和轉(zhuǎn)子間的密封線分割成的密封腔由于兩密封腔之間有泄漏

51、存在，兩個(gè)連續(xù)腔室之間的最大壓差是相同的，即泵的每級(jí)壓差是按等差數(shù)列分布的。對(duì)于不同硬度的橡膠，其彈性模數(shù)各不相同，泵的每級(jí)承壓能力也不同。硬度高的橡膠承壓高，硬度低的承壓低。對(duì)于丁腈橡膠，一般取邵氏A硬度65度左右，這時(shí)泵的每級(jí)承壓值約取0.40.5MPa。由螺桿泵的原理可知，其定、轉(zhuǎn)子間過(guò)盈在一定程度上決定了單級(jí)承壓能力的大小，如圖8-38所示，過(guò)盈量將直接影響螺桿泵工作特性。過(guò)盈小會(huì)降低舉升能力，而過(guò)盈大會(huì)增加定、轉(zhuǎn)子間的摩擦，降低效率，因此，定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈選擇是螺桿泵制造的關(guān)鍵技術(shù)之2.工作參數(shù)對(duì)泵特性的影響螺桿泵的工作參數(shù)是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度而言，由螺桿泵理論排量計(jì)算公式Q=4EDT

52、n可知，在螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)E、D、T確定下來(lái)后，排量Q只與轉(zhuǎn)速n成正比，因此，要實(shí)際較大的排量只有提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。另外，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也是影響螺桿泵容積效率的因素之一，轉(zhuǎn)速的增加可以有效地增大舉升高度，不同程度地彌補(bǔ)因轉(zhuǎn)速增加而加劇的定子磨損造成的漏失。圖8-39所示的三組試驗(yàn)曲線就說(shuō)明了隨著轉(zhuǎn)速的提高，在同一舉升高度條件下，泵的容積效率升高，在同一容積效率條件下，泵的舉升高度增加。但另一方面，由于螺桿泵的定子和轉(zhuǎn)子間有一定的過(guò)盈值，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子鞭膠受到周期性壓縮，產(chǎn)生摩擦面的自動(dòng)升溫和疲勞。在井溫比較高的情況下，加速了橡膠分子鏈的重新組合，使彈性模數(shù)減小，從而降低疲勞特性及金屬套和橡膠結(jié)

53、合面上粘結(jié)劑的強(qiáng)度，也加速定子橡膠的老化而縮短其壽命。從試驗(yàn)得知，自動(dòng)升溫值和壓縮疲勞以及橡膠的老化是加載頻率（即轉(zhuǎn)速）的函數(shù)，因此，選擇泵的適當(dāng)轉(zhuǎn)速是很有必要的。一般來(lái)說(shuō)，近幾年設(shè)計(jì)的地面驅(qū)動(dòng)采油螺桿泵，最高轉(zhuǎn)速均在300r/min左右，而最常用的轉(zhuǎn)速為50200r/min。對(duì)于高含砂油井，磨蝕是限制泵轉(zhuǎn)速的又一重要因素。在磨蝕工況下，定子橡膠的磨損量與轉(zhuǎn)速的平方成正比。因此，在高含砂油井，螺桿泵不宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)。3舉升介質(zhì)對(duì)泵特性的影響主要分析舉升介質(zhì)溫度、粘度對(duì)螺桿泵特性的影響。（1）溫度對(duì)螺桿泵工作特性的影響橡膠熱脹冷縮比較明顯，螺桿泵定子內(nèi)的橡膠襯套也如此，定子所處環(huán)境溫度升高，定子橡膠

54、膨脹，增大了定、轉(zhuǎn)子間的過(guò)盈量，也就是說(shuō)，定、轉(zhuǎn)子間的密封腔室密封效果更好.單級(jí)腔室的載壓能勺增強(qiáng)。因此，在同一凈舉升高度條件下，溫度升高，螺桿泵容積效率也隨之提高，圖8-40所示。但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度升高泵扭矩變化不明顯。（2）介質(zhì)粘度對(duì)螺桿泵工作特性的影通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，試驗(yàn)介質(zhì)的粘度增加也會(huì)使泵的容積效率得到改善，因?yàn)檎扯仍酱螅肿娱g的力就越大，外力破壞其結(jié)構(gòu)就越困難，表現(xiàn)在螺桿泵上，就是密封效果好，即在同一凈舉升高度條件下，試驗(yàn)介質(zhì)粘度增加，抽油桿與液體的摩擦力增加，表現(xiàn)為抽油桿的扭矩增加。4影響螺桿泵使用壽命的主要因素影響螺桿泵使用壽命的因素很多，通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐摸索，從產(chǎn)品質(zhì)量的角

55、度分析其主要因素有以下幾點(diǎn)：（1）定、轉(zhuǎn)子的加工精度和表面光潔度；（2）定子橡膠的耐溫、耐油、耐氣浸性能；（3）定子橡膠與金屬外套的粘結(jié)強(qiáng)度；（4）定子內(nèi)腔及轉(zhuǎn)子的直線度；（5）定、轉(zhuǎn)子間合理過(guò)盈量的選擇；（6）轉(zhuǎn)子合理轉(zhuǎn)速的確定；（7）螺桿泵的定子長(zhǎng)時(shí)間置于低溫（-10-30）和高溫（30以上）環(huán)境，加速橡膠的老化，是影響定子壽命的關(guān)鍵。放置環(huán)境溫度以1025為宜。五、螺桿泵井生產(chǎn)管理 1螺桿泵井的操作、維修保養(yǎng)（1）投產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作a減速箱填加足夠的齒輪油。減速箱上蓋上有注油孔，打開(kāi)注油孔螺栓，即可注入齒輪池，從油標(biāo)處可以看清箱體內(nèi)齒輪油的多少，油位在1/2處為益。b加滿(mǎn)盤(pán)根并壓緊壓蓋。c盤(pán)根盒內(nèi)注入一定量的黃油，用黃油槍在盤(pán)根盒側(cè)面的油嘴處注入。d檢查井口螺栓緊固情況。e檢查壓力表是否齊備。f檢查輸油管線，熱水管線是否正常。g打開(kāi)生產(chǎn)閥門(mén)h設(shè)置過(guò)載保護(hù)電流。i檢查電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向，保證線路連接和轉(zhuǎn)動(dòng)方向正確。（2）試運(yùn)轉(zhuǎn)打開(kāi)生產(chǎn)閥門(mén)及輸油管線閥門(mén)，起動(dòng)電機(jī)同時(shí)觀測(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)