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1、螺杆泵采油技术,一、螺杆泵的系统组成及工作原理,二、螺杆泵采油的特点及优点,三、螺杆泵采油现场应用情况,四、下步技术攻关方向,目 录,五、结论,螺杆泵组成：,1-下接头；2-限位销；3-定子；4-转子；5-上接头,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。其定子由钢制外套和橡胶衬套组成，转子由合金钢的棒料经过精车、镀铬并抛光加工而成。,一、螺杆泵的系统组成及工作原理,螺杆泵的结构参数,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
2、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。,GLB500-14K为空心转子螺杆泵，每转排量500毫升，级数14；GLB120-27(2:3)为多头螺杆泵，转子与定子头数比为2:3，每转排量 120毫升，级数27。,例如,螺杆泵规格型号,空心转子用“K”；实心省略；等壁厚定子用“D”；金属定子用“J”转子与定子头数比，用阿拉伯数字表示，单头省略泵的总级数泵的几何排量，ml/r 单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”两字汉语拼音第一个字母泵的驱动方式：抽油杆地面驱动，用“杆”字汉语拼音第一个字母G表示；潜油电机井下驱动，用“潜”字汉语拼音第一个字母Q表示,LB,
3、(),螺杆泵基本结构尺寸,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,理论排量公式如下：,1.地面驱动单螺杆泵采油系统组成,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-防脱装置；16-筛管,系统组成：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。,螺杆泵在
4、工作时，地面驱动部分将井口动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，驱动井下泵工作；由于井下泵的转子与定子配合形成一系列相互隔开的封闭腔，井下泵的转子转动时，封闭腔沿轴向由吸入端向排出端运移，在排出端消失，同时吸入端形成新的封闭腔，其中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。达到了泵送液体的目的。,2.螺杆泵的工作原理,螺杆泵工作的过程本质上就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。,螺杆泵综合了柱塞泵和离心泵的优点，即在不同的压力条件下流量改变很小，而且流量非常连续均匀，无脉动抽吸现象；无阀，对气的适应性好，不会产生“气锁”现象（柱塞泵）和“气蚀”现象（离心泵）；结构方面的特点：运
5、动件很少（只有转子一个运动件）、流道短而且简单，过流面积大，油流扰动小，因此携带能力强；对砂、蜡的适应性好，可在高粘原油中以较高的效率工作；螺杆泵的各种优点是相对而言的，对于一些特殊介质，也会对螺杆泵的水力特性产生一定程度的影响，但相对抽油机和电泵而言，敏感性较小。,A,B,C,D,E,二、螺杆泵的特点及优点,04年至今，纯梁采油厂共应用地面驱动螺杆泵采油工艺20井次，效果良好（详见效果统计表）。,三、螺杆泵应用情况,1、抽油杆的服役条件 在螺杆泵采油系统井下部件中，由抽油杆组成的抽油杆柱是全部的转动件，它受到拉、压、扭、磨、疲劳以及腐蚀介质腐蚀的联合作用，其服役条件是：,一是：承受循环载荷的
6、作用,二是：受腐蚀介质的侵蚀作用,杆柱承受的载荷包括：抽油杆重量，液柱重量，抽油杆柱在运动中受到的摩擦阻力，驱动杆柱旋转所需要的扭矩作用，因杆柱旋转而引起的拉压作用。,油井中含有的水、硫化氢、二氧化碳、硫酸盐、微生物等腐蚀性介质，这些腐蚀介质或腐蚀微生物的存在，大大降低了抽油杆的疲劳寿命。,（一）螺杆泵抽油杆断脱分析,三、螺杆泵应用情况,螺杆泵抽油杆受力分析,2,泵杆不匹配,25mm抽油杆在不同扬程时的安全系数,有些螺杆泵井抽油杆断裂是由于泵杆匹配不合理所致。现以25mmD级抽油杆应用于GLB800-14螺杆泵为例，来分析杆柱的断裂原因。,显然，25mm实心抽油杆应用于GLB800-14螺杆泵
7、井，在额定举升扬程8MPa下工作，抗扭强度达不到要求。,螺杆泵井杆柱断裂原因分析,1,抽油杆是细长杆，在热处理上存在两大难题：一是热处理质量沿轴向均匀性不易保证；二是变形较大，引起头部或杆体弯曲，产生附加弯矩，使抽油杆发生早期疲劳断裂。,杆加工质量,3,冲击载荷影响,螺杆泵井在正常生产过程中，受原油物性、定子橡胶溶胀等因素影响，有时会出现卡泵现象，转子不能顺利转动，杆体承受的载荷远大于正常生产时的载荷，使剪应力过大而超过抽油杆承载极限发生断裂。另外，螺杆泵井停机后重新启动，杆柱要承受定转子之间的静吸附力作用，会对抽油杆造成冲击载荷，这种瞬间冲击载荷作用将缩短抽油杆的裂纹萌生期，加速抽油杆的疲劳
8、破坏。,4,井身结构影响,抽油杆应用于斜井，在弯曲部位，抽油杆将受到附加弯曲应力作用，这极易造成杆柱断裂。而且随着杆体直径增大，弯曲应力也随之变大。因此，在斜井中，空心抽油杆更容易发生断裂事故。,5,泵质量问题,由于螺杆泵定转子间有一定的过盈值，转子在定子内旋转时，定子橡胶受到周期性压缩，产生摩擦面的自动升温与疲劳。在井下高温情况下，加速了橡胶分子链的重新组合，使弹性模数减小，从而降低疲劳特性及金属和橡胶结合面上粘结剂的强度，也加速定子橡胶的老化。高度老化的橡胶在粘结强度降低的情况下极易发生碎裂、脱落。左图为定子橡胶损坏脱落情况。此时杆柱将要承受正常生产时几倍以上的扭力作用，使抽油杆因超负荷运
9、转而断裂。,6,抽油杆磨损引起断裂,抽油杆在井下工作时其受力状况较为复杂，一方面要驱动转子旋转，承受扭矩作用，另一方面要承受杆体自重，承受拉力作用，同时由于杆体自身旋转，抽油杆还要承受离心力作用。而正是由于离心力的存在，使得抽油杆与油管内壁不可避免地发生碰撞，造成杆体磨损，承载能力下降。当磨损的抽油杆承载能力无法满足正常生产所需要的扭矩时，就发生了杆体断裂事故。,螺杆泵井杆柱脱扣原因分析,一是,停机后抽油杆弹性变形能释放,抽油杆接头靠螺纹接触面之间的摩擦力，以及在预紧力作用下螺纹接头的台肩垂直面与接箍端面之间的摩擦力来抵抗脱扣扭矩的作用。在螺杆泵抽油系统中，由于抽油杆柱的扭转变形较大，在螺杆泵
10、停机后抽油杆柱中储存的弹性变形能要释放出来，使抽油杆反转引起脱扣。,二是,液体回流影响,螺杆泵井因测试或维护临时停机时，如果动液面较深，那么管柱内液体压力将驱动井下泵转子反转。转子将带动杆柱高速反转。随着液体倒流，泵进出口压差逐渐减少，转子逐渐停止转动。而由于惯性作用，上部抽油杆仍在高速反转，反转产生的惯性扭矩一旦超过杆柱某处丝扣所能承受的扭矩时，就造成了杆柱脱扣事故。,1、普通D级抽油杆和HL级抽油杆,其杆体是实心圆形断面的钢杆，两端为镦粗的杆头。杆头由螺纹接头、卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸缘和圆弧过度区组成。螺纹接头用来与接箍相连接，扳手方颈用来装卸抽油杆接头时卡抽油杆用。,D级抽油杆
11、结构,普通抽油杆性能稳定，广泛应用于螺杆泵采油系统中，特别是在小排量螺杆泵井。当与大中排量螺杆泵配套使用时，其杆柱断脱事故率会明显上升。HL级抽油杆采用表面感应淬火工艺提高杆体疲劳性能，其强度高于D级抽油杆一个等级。,（二）螺杆泵抽油杆的选择,锥螺纹抽油杆结构,2、锥螺纹抽油杆,锥螺纹抽油杆的基本结构与普通抽油杆大体相同：杆体也是实心或空心圆形断面的钢杆或管。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
12、不滑扣。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。,锥螺纹结构抽油杆能够实现杆体防断脱的目的，其防脱原理是：增大预紧扭矩，卸扣扭矩也随之增大。依靠这种方法，提高预紧扭矩，使卸扣扭矩提高到接近杆体的承载扭矩，抽油杆就具有了防脱扣功能。,锥螺纹抽油杆螺纹精度比普通抽油杆有更高的要求，材料硬度大，牙型厚，加工难度大。该种抽油杆具有良好的防断脱效果，特别适合于中小排量螺杆泵井应用。,3、钢质连续抽油杆,圆截面连续抽油杆配合大排量螺杆泵的现场应用实践表明，使用连续杆可使螺杆泵井减低运行费用，因为取消了抽油杆接箍，使油井液流阻力大幅下降，尤其是在抽汲重油，和大排量采液的情况下。这使抽油杆
13、和螺杆泵的工作负荷减小，从而可延长它们的工作寿命，使维修费用下降。液流阻力下降同时降低了所需的驱动功率，节约了能源。该项工艺的推广，不仅拓宽了螺杆泵和连续抽油杆的应用领域，而且为油田生产提供了更加有效的节能、增产手段。,（三）螺杆泵采油配套技术,防脱管柱示意图,1、螺杆泵管柱、杆柱防脱扶正技术,螺杆泵管柱防脱扶正技术,A、管柱防脱技术 由于螺杆泵的转子在定子内顺时针转动，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脱措施。,螺杆泵井管柱防脱方式主要有以下5种：反扣油管、防扭锚、支撑卡瓦、张力锚、水力锚。通常采用防转锚和
14、支撑卡瓦两种方式。,螺杆泵井管柱防脱措施,螺杆泵管柱防脱扶正技术,材料一般为尼龙或橡胶，目前应用较多的是橡胶材料。,油管扶正器图,B、管柱扶正技术,转子在螺杆泵定子内旋转将产生离心作用，使定子受到周期性冲击而产生振动，这种振动的存在将降低系统的使用寿命。因此，必须对螺杆泵的泵体采取扶正措施，以减小或消除这种振动。通常的办法是在泵体上布置扶正器。,对于采用锚定工具的螺杆泵管柱，一般在定子上接头处安装一个油管扶正器，而对于采用反扣油管的管柱，则需在定子上、下接头处分别安装扶正器。,（一）螺杆泵管柱、杆柱防脱扶正技术,螺杆泵杆柱防脱扶正技术,杆柱防脱技术 针对抽油杆柱反转脱扣，可采用在杆上安装防脱器
15、的办法来解决。,螺杆泵杆柱扶正技术,2,扶正的办法是在杆柱的不同位置安装扶正器。扶正器的布置方法及数量要根据不同的井况来确定。对常规螺杆泵井，一般在杆柱的上端即光杆附近、杆柱的下端即转子附近以及中下部布置扶正器较多，而在其它部位则数量较少。抽油杆扶正器一般采用耐磨的尼龙材料制造，其结构形式有卡装式和短节式两种。,1,3、螺杆泵清防蜡解堵技术,油井结蜡对螺杆泵的影响主要是,井口、地面管线的结蜡，导致井口回压增大，造成螺杆泵实际压头增大。,泵出口以上结蜡，导致油管内流速增大，油管沿程损失增大，增大螺杆泵的实际举升压头；抽油杆旋转摩阻增大，抽油杆及地面驱动系统负荷增大；憋泵，使产量降低，增加能耗、增
16、加事故率。,一是,二是,热洗清蜡工艺技术,螺杆泵采油井定期热洗清蜡主要有以下几种方法。,1,将转子提出定子洗井,对于小排量螺杆泵，若洗井液排量大，螺杆泵易脱扣，注入排量小，温度达不到熔蜡温度。在这种情况下，应将转子从定子中提出，在油套环空注入热水进行清蜡洗井。洗后，再将转子下入定子恢复正常抽油。这种方法一般用于不具备热洗流程且化学清蜡不能实施的螺杆泵井，但需用吊车设备，费用高。,2,在定子上部安装洗井阀热洗,在定子上部的管柱上，结蜡点以下，安装洗井阀。洗井时，在油套环空注入热水并在热洗压力的作用下，洗井阀打开，使热水流入管柱内，将油管内壁和抽油杆外壁的石蜡熔掉带走。但这种洗井工艺的洗井阀可靠性
17、差。,3,常规循环热洗,对于大排量螺杆泵，可从油套环空注入热水，螺杆泵正常运转，边抽边洗。热水温度应逐步提高，开始时温度不应太高（60左右为宜），否则，油管上部的熔化蜡块沉到井底堵塞油流。另外，注入热水排量不应大于泵的理论排量，否则，注入液驱动螺杆泵运转使抽油杆脱扣。因该方法热洗排量受泵的排量限制，热洗排量小，热水循环慢，热洗时间长，所以对小排量泵不适合。,四、下步技术攻关方向,目前大部分螺杆泵井普遍采用变频器调节转速，虽然使用比较方便，但变频器价格较高、维修困难。初步设想利用调速电机取代，在通84-25井试验成功，下步可进行大量应用。,地面,杆管配套：在不偏磨井上采用连续杆配套21/2油管；,电机防盗方面，电机要加装防偷盗装置，以解决丢失问题。,地下,因连续杆起下需供应商配合，起下时间上具有局限性，可利用电热空心杆、高扭钜杆代替；,偏磨井段加装管、杆防偏磨装置；,研制开发不提油杆洗井装置。,五、结论,1、经过试验证明，螺杆泵适用于我厂油田油稠、出砂严重和老大难井的开采现状，是目前适合于该地区的一种行之有效的采油方式。2、地面驱动螺杆泵井与普通抽油机井相比具有更高的经济效益和社会效益，维护方便，具有常规抽油设备所不能替代的优越性。3、对配套工具进行改进、加强杆柱的抗扭性、对提高螺杆泵采油水平有较好的作用，科学的螺杆泵配套管理措施对提高螺杆泵井寿命起着重要作用。,谢谢！,
