螺杆泵采油Word格式.docx

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从图6－1－5可以看出，当转子在定子中偏心运动时，转子与定子啮合形成一系列相距180度且被定子与转子的接触线所密封的腔室，随着转子的转动密封内腔体由泵的吸入端相泵的排出端轴向移动。

例如，在泵的结构角度为0的剖面上，转子转动0角度时，形成撇开的一个腔室。

当转到180度时，这个腔室封闭形成另一个敞开腔室，当转动360度室时这新腔室封闭又形成新的敞开腔室。

也就是说，只有当前一个腔室关闭后才能形成新的腔室。

因此，当螺杆泵在井下液体中工作时，井下流体在泵吸入口压力作用下被压入螺杆泵敞开的腔室，并随着腔室的轴向移动，不断地排至泵出口。

由于腔室是不断移动的，因此螺杆泵又被形象地称为腔室进动泵..

2螺杆泵采油系统的特点

（1）主要特点

螺杆泵与其他机械采油设备相比，主要有一下特点。

1.节省一次投资，螺杆泵与电动潜油泵，水力活塞泵和游梁式抽油机相比，由于其结构简单，所以价格低。

2.地面装置结构简单，安装方便，可直接座在井口套管四通上，占地面积小，除原井口外几乎不另占面积，可以很方便的罩上一个防盗井口房。

3.泵效高.节能.管理费用低。

由于螺杆泵是螺旋抽油的容积泵，流量无脉动，轴向流动连续，流速稳定。

因此它与游粱式抽油机相比，没有液柱和机械传动的惯性损失。

泵容积效率可达90％，它是现有机械采油设备中能耗最小，效率较高的机种之一。

4.适应粘度范围广，可以举升稠油。

一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000mpas（50c）以下的各种含原油流体，因此多数稠油井都可运用。

5.适应高含砂井，理论上看，螺杆泵可输送含砂量达80％的砂浆。

在原油含砂量高，最大含砂量达40％（除砂埋之外）的情况下螺杆泵可正常生产。

6适应高含砂井，螺杆泵不会气琐，故较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会占据一定的泵容积。

7.适应于海上油田丛式井组和水平井，螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积较小，因此适合于海上油田丛式井组甚至水平井的采油井使用。

8允许井口有较高的会压，在保证正常抽油生产情况下，井口回压可控制在1.5Mpa以内或更高，因此对边远井集输很有利。

9.在发动机或电机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上部，与有杆泵比较，螺杆泵有更大的可能恢复工作。

二．局限性

虽然螺杆泵有很多优点，但在某些方面也存在一定的缺陷。

1.定子最容易损坏，若定子寿命短，则检泵次数多。

每次检泵必须起下管柱，增加了检泵费用。

2.泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑而工作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。

3.定子的限橡胶不适合在注蒸汽井应用。

4.虽然它操作简单，若操作人员，不经适当操作训练，操作不正确，也会造成泵损坏。

5.它与有杆泵比较总压头较小，目前大多数现场应用是在井深1000米左右的井，批量生产的泵装置压头都比较低，对高压头泵正在试验，但是，当下泵深度大于2000米时，扭矩大，杆断脱率较高，使井下作业量增大，技术还不过关。

二螺杆泵管柱

一·

抽油杆驱动螺杆泵管柱

1．自由式螺杆泵管柱

管柱结构如图所示，使用空心抽油杆时，油管内径较大。

（1）管柱优点

1采用尾管稳定定子，尾部自由，配管方便；

2．转子旋转自由，不碰撞和摩擦油管；

3．容易判断转子或定子脱落故障；

4．杆柱脱落时，能防止抽油杆或转子掉入井底；

5．能够测试油井液面。

（2）管柱缺点

1．不能直接测试地层压力；

2．安全性差，恶性事故发生后不能防止油气溢出；

3．油层与还空连通，不能防止洗井液进入地层；

4．不能防止管柱转动和脱落，且脱落后打捞困难。

2．固定式螺杆泵管柱

1．管柱优点

1．可以防止管柱摆动和脱落；

2．可以防止洗井液进入地层；

3．管柱可以适应载荷变化；

4．转子旋转自由，不碰撞和摩擦油管；

5．容易判断转子或定子脱落故障；

6．杆柱脱落时，能防止抽油杆或转子掉入井底；

7．能够测试油井液面。

2．管柱缺点

1．工具相对较多，施工和配管相对较难；

2．井下故障判断相对较难；

3．不能直接测试地层压力；

4．安全性差。

恶性事故发生后不能防止油气溢出。

二．潜油电机驱动螺杆泵管柱

1．油管悬挂式管柱

2．过油管可取式管柱具有一下特点；

1．作业方便，可以通过钢丝绳.抽油杆或连续油管进行检泵作业；

2．由于螺杆泵定子运行寿命相对电机，保护器和减速器短得多，采用此种管柱可以不必取出电机等未损坏组件，节省大量作业和机组费用。

三．螺杆泵井工况分析及故障处理

一．工况分析

井下螺杆泵的工况，即井筒流体进入敞开腔室的流量大小与敞开腔室的压差和流体粘度等因素有关。

1．压差对工况的影响

如果忽略流体的蒸汽压力.井筒动液面和泵吸入口的摩阻损失，则打开一个敞开的腔室所建立的最大生产压差为0.1MPa，只要在吸入口及腔室之间的压降小于形成一个腔室所建立的压差井筒流体将全部充满腔室，则螺杆泵可以达到其理论排量。

当流体压力降到蒸汽压力以下，则出现气蚀现象。

如果一部分敞开的腔室被流体的蒸汽所充满，当腔室封闭，转子施加正压力后，蒸汽则凝析，会使泵出现脉动和噪音。

因此，为使泵能达到其理论排量和正常运转，要求流体压力大于其蒸汽压力，并且吸入压降小于0.1MPa。

2流体粘度对工况的影响

随着流体粘度的增加，由于产生较高的压降使泵的排量下降，下图是螺杆泵的流体粘

度－转速曲线，由该图可以看出，当已知流体粘度，便可以根据希望达到的泵效来选择泵的

转速，或者说可以在已知的转速，流体粘度的情况下推测粘度对泵效的影响。

3．泵磨损影响

螺杆泵的工作转速通常为40~500r/min,

为减少由于磨损而带来的维修工作量，应当

随流体的磨蚀性增加而降低泵的转速。

研究

表明，泵的磨损与流体流速成正比，但是低

的转速对井下泵的使用寿命又产生不利的影

响。

由右图可知，只要压差为零或非常低，

则在B转速度下，几乎需要四倍时间才能

达到磨损曲线，这几乎延长了四倍的使用期

限。

但是，在承压下，相同的磨损量对泵在

低速运转的影响大于高速的运转影响。

例如

在0.7MPa压差下，对于一级泵在相同磨损量情况下，在B运转速

度下泵排量降到零，而在A=2B转速下，泵排量仍能保持磨损前排

量的50％以上。

尽管在B运转速度下需要4倍时间才能达到A转速

下的磨蚀量，但是在承压下，由于低运转速度的漏失量大，排量下降比，较明显，为了减少总磨损量，应减小螺杆泵的每级压差。

这有助于在承压和低速运转下降低泵的磨损和延长泵的使用期限。

二．故障处理

1．井下故障处理

（1）管柱脱落

管柱脱落是自由式管柱结构经常发生的一种现象，这是由于正常运转时转子旋转对定子产生的摩擦扭矩方向实际上是定子及油管的连接螺纹的卸扣方向，如果摩擦力矩大于油管扣的上扣扭矩，油管就脱扣。

当尾管很重时，还会出现螺纹谑扣。

当管柱脱落时，通过作业重新连接好就能恢复生产。

如果未发生螺纹谑扣，可以采取对口方式打捞，如果发生谑扣，必须下打捞工具进行打捞。

表1抽油杆驱动螺杆泵常见故障及处理一览表

故障故障现象确认方法故障原因处理方法

井口无产液小排量正挤井油管谑扣

管柱脱落运行电流低口压力憋不起来油管上扣不到位

定子膨胀过大

振动太大

管柱脱落的故障现象是；

运行电流很低，基本上是电机的空载电流，除了有一股一股的气外，井口基本上无产液量，正反循环时油套连通

管柱防脱技术

（1）防脱措施

因为螺杆泵的转子在定子顺时针转动，工作负载直接表现为扭矩，转子扭矩作用在定子上，定子扭矩会使上部的正扣油管倒扣造成管柱脱扣，所以螺杆泵井的油管柱必须实施防托脱措施。

可靠的防脱措施主要有两种

（1）锚定工具防脱；

（2）反扣油管防脱；

减少管柱脱落的措施有：

将油管上扣扭矩由原来的最佳值提高到最大值；

采用油管螺纹

垫片；

定子之上的装卸短节采用防松螺纹连接；

采用油管锚或张力封隔器固定螺杆泵。

（2）杆柱脱落

杆柱脱落也是螺杆泵常发生的一种故障现象，表现为运行电流很低，井口也无产液，正反循环油套不连通，通过对扣或下入抽油杆打捞工具就可以进行处理来恢复生产。

抽油杆脱落也有两种情况，一是脱扣，一是谑扣。

造成脱扣的原因是停机后抽油杆柱扭转变形余能释放引起杆柱反转，可以采取在地面和抽油杆柱上安装防倒装置进行防止。

造成杆柱谑扣的原因有三个：

一个是稠油井在长时间关井后再起泵时，启动扭矩特别大，把螺纹损坏了；

一个是油特别稠，螺杆泵长期再高扭据下工作二把螺纹损坏；

再有一个原因是定子部分脱胶

转子转不动造成的。

（2）杆柱防脱扣技术

1.抽油杆柱脱扣发生机理分析。

负载扭矩过大停机后杆柱高速反转造成抽油杆柱脱扣，螺杆泵采油井一旦发生蜡堵或结蜡严重或卡泵时，负载扭矩会明显加大，因而整个杆柱上贮存一定量的弹性变形能，一旦停机或过载停机，杆柱内贮存的弹性变形能要释放，从而造成杆柱高速反转，特别是杆柱上部的即在变形能释放掉之后，在惯性的作用下，要继续反转，从而会使杆柱螺纹连接处卸扣。

2停机后油管内的液体回流杆柱反转造成抽油杆脱扣。

如果螺杆泵采油井突然停机，而且动液面较深，那么停机后，螺杆泵在管柱的液力作用下，将驱动转子反转，转子反转动力从F向上传递，带动杆柱转动，尽管转子不会使杆柱脱扣，但随着液体回流，动液面上升，油管内的液力作用逐渐消失，转子停止反转，而此时上部杆柱仍在惯性的作用下继续反转，从而会使杆柱螺纹连接处卸扣，造成杆柱脱扣。

3转子在油套环空内的液力作用下传动，造成杆柱脱扣。

对于那些产业能力较强并有一定自喷能力的螺杆泵井一旦停机，套压很高，那么螺杆泵在油套环空液力的作用下，将驱动转子转动，实现自喷生产，而此时转子将带动杆柱转动将使整个杆柱的螺纹连接处于倒扣状态，因而会造成杆柱脱扣。

4施工作业过程中造成杆柱脱扣，在施工过程中，如果抽油杆柱连接螺纹上扣扭矩不足，当转子进入定子后时，转子正传，从而会使转子上部抽油杆柱螺纹连接不紧处发生脱扣。

5．螺杆井抽空保护技术

由于螺杆泵的定子和转子间采用过盈配合，因此转子在定子中高速旋转时就会摩擦生热。

如果产生的热量不能及时由液流携带走，定转子间就会产生干磨.烧泵的情况。

因此，必须实施抽空保护技术。

目前有两种方法，即功率法和流量法可实现抽空保护。

（3）定子脱胶

定子发生脱胶时，电机的运行电流特别大而出现过载停机，可能还伴随抽油杆拧断。

从制造公益角度来说，定子脱胶的原因是定子粘接工艺不过关而造成橡胶与壳体粘接不牢，

目前在浇注与粘接工艺改进后，这类原因引起的脱胶现象发生较少。

从操作角度来讲，定子

脱胶原因是由于操作条件与泵的性能不匹配，主要是由于压差和扭据过大，使得泵在压差极限附近运转而造成。

（4）定转子过早磨损

定转子过早磨损主要是由于定转子的间隙过小引起的。

为保证泵效及较长的使用期，加拿大COROD公司制定了螺杆泵的最大和最小排量曲线，泵实际排量高于额定排量曲线，表明定转子间隙小，泵效高，泵磨损快，使用期短。

泵实际排量低于额定排量曲线，表明定转子间隙大，漏失量大，泵磨损小，使用期较长。

为防止以上现象出现，一台新机组在下井前都要作性能试验，使得泵处在最大和最小排量之间，取得合理的泵效和使用寿命。

（5）油管于抽油杆柱磨损

油管与抽油杆柱磨损的原因－是因为井斜抽油杆贴在油管壁上引起的，可以通过加抽油杆扶正器使抽油杆柱居中来减轻或消除，另一个原因是定转子不同心及转子的偏心运动造成的，在定子以上加一节内径较大的回转筒即可避免。

2．常见地面故障处理

（1）防倒转装置故障

抽油杆的防倒转装置可能出现失灵现象，主要原因是由于防倒齿的固定环损坏所致。

发生这种故障时，电机停机后会出现抽油杆反转，严重时或问题出现后未及时处理会引起抽油杆柱脱扣，因此，该故障一旦发现后就因立即处理。

（2）机械调速装置故障

机械调速装置经常发生皮带.调节爪磨损等故障，通过更换即可解决。

当皮带磨损断裂后会出现电机转而传动头不转的现象，电机运行电流非常接近空载电流。

当调节爪磨损后，会出现通过调速手轮调转速时转速不发生变化。

（3）减速齿轮箱故障

减速器齿轮箱常会出现缺油或齿轮油变质等问题，引起齿轮过早损坏，平时应勤检查，定期加油或换油。

（4）填料函漏失

填料函起密封光杆的作用，防止大量井流物漏出，平时有轻微漏失是正常的，可以起到润滑光杆的作用和防止填料磨损加快作用。

漏失严重时可以调整填料函的压盖。

补充填料或更换填料。

2。

螺杆泵采油方式对海上油田的适应性

螺杆泵属于容积性泵，具有平稳性的特点，适用于中小排量井的采油。

目前随着螺杆泵采油技术的发展，大排量螺杆泵也在逐渐得到应用。

螺杆泵采油系统具有以下优点：

1）井下泵运动部件少，吸入性能好，水力损失小，适用于稠油既出砂井；

（2）没有吸入和排出阀，产生气锁的可能性小，适用于气油比较高的井；

（3）井口装置简单，占地面积较小，平衡稳定性好；

（4）作业完井简单，方便，作业时间较短，投资较少，（5）安全，可靠，安装，使用，维护，监控方便。

这些特点基本满足海上油田采油的需要，尤其适用于馆陶组油井采油，因此在海上油田的开发中选用了螺杆泵采油系统。

2．海上油田螺杆泵采油工艺管柱，

3．螺杆泵采油系统的组成

与陆上的地面驱动螺杆泵采油系统相似，海上螺杆泵系统主要组成部分为；

1地面部分主要包括井口驱动装置（井口电机，皮带轮，变速箱防反转装置，防喷盒等）电缆控制柜；

（2）井下传动部分主要指抽油杆柱（包括光杆，抽油杆，防脱器，扶正器等配套工具）3井下泵部分包括螺杆泵定子和转子。

地面电机通过皮带轮，变速箱调速后驱动抽油杆柱，带动井下螺杆泵举升井液。

3.2海上油田典型螺杆泵采油管柱

海上油田典型的螺杆泵采油管柱如图1所示。

管柱设计图

4．1海上螺杆泵型的优选

4.1.1单头螺杆泵的优选

海上油田采用的单头螺杆泵主要有PC370*11,PC375*14,PC460*14,PC200*26,等4种型号，初期使用最多的是PC375*14,PC460*14型螺杆泵。

再生产中发现，与PC460*14型螺杆泵相比，PC375*14型螺杆泵平均检泵周期较长，平均泵效较长，平均泵效较高，原因如下。

（1）在相同转速下，PC460*14型螺杆泵比PC375*14型的排量大

22.7％，因此PC375*14型螺杆泵比PC375*14型造成井底压力降低的概率高22.7％。

油井出现供液不足的可能性增大，螺杆泵也就更容易损坏。

2．根据力学原理，油井压力降低，举升压力升高，抽油杆所受的扭矩就会增大。

如果油井压力降低P（机螺杆泵上下压差增大P），引起的举升扭矩增加值就为

M=q*p/2π，

式中q为螺杆泵每转排量。

可以看出；

在相同的扬程下，PC460*14型螺杆泵的抽油杆柱比PC375*14型所受扭矩大22.7％，因而更加容易造成螺杆泵或抽油杆柱损坏。

4.1.2抽油杆柱的加强

在螺杆泵采油井中，抽油杆柱故障一直是难以解决的问题，占油井故障的89.2％。

为了减少抽油杆及其配套工具扶正器.防脱器的故障率，我们试验了以空心抽油杆代替实心抽油杆与双头螺杆泵配套使用的工艺，取得了良好的效果。