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1、,,,4,,螺桿泵采油, ,（1）螺桿泵井設備與工作原理 （2）抽油桿管柱受力分析 （3）螺桿泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設計 （4）螺桿泵井生產(chǎn)監(jiān)測與故障診斷,,,,5, 螺桿泵作為一種新興的高技術含量的采油設備，相對于通常 的有桿采油設備和電潛泵，在稠油井、高含砂井的開采中， 具有更大的優(yōu)勢。, 隨著油田開發(fā)的進一步深入，這些難開采的儲量占的比例越 來越大，螺桿泵采油系統(tǒng)經(jīng)過合理優(yōu)化，應用雙頭螺桿泵、 耐高溫橡膠定子、空心轉子、等壁厚定子、金屬定子、電動 潛油螺桿泵等新技術、新工藝后，系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠，效 率更高，必將獲得更廣闊的應用前景。, 不僅是陸地油田的常規(guī)油井可以使用螺桿泵，海上油田的斜

2、井或水平井都可以應用。螺桿泵的市場潛力是巨大的，必將 為今后油田開發(fā)做出更大的貢獻。,,,,6,主要內(nèi)容, ,第六章 螺桿泵采油 第一節(jié) 螺桿泵井設備與工作原理 第二節(jié) 抽油桿管柱受力分析 第三節(jié) 螺桿泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設計 第四節(jié) 螺桿泵井生產(chǎn)監(jiān)測與故障診斷,抽油桿管柱受力分析,一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 主要講解的內(nèi)容： 7,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,20世紀20年代法國的 moineau 發(fā)明了單螺桿泵水 力機械原理以來，螺桿泵在 眾多工業(yè)領域得到了廣泛的 應用。 潛油螺桿泵 采油系統(tǒng) Sketch of ESPCP oil prod

3、uction system 8,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (一)螺桿泵采油技術的發(fā)展歷程,地面驅動螺桿泵采油起源于 20世紀80年代初期，法國、加 拿大、美國和德國等相繼開發(fā) 并 形 成 了 排 量 為2-300m33/d ， 揚 程 為 500-2000m 的 系 列 產(chǎn),品，并得到廣泛應用。我國自 20世紀80年代中后期開始研發(fā) 地面驅動螺桿泵采油系統(tǒng)以 來 ， 已 形 成 排 量 為2-240m33/d 、,揚 程 為 500-1800m 的 系 列 產(chǎn) 品，并已在國內(nèi)各大油田逐步 推廣應用。 9,地面驅動螺桿泵 采油系統(tǒng) Sketch of su

4、rface driving PCP oil production system,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (一)螺桿泵采油技術的發(fā)展歷程,稠油井應用,加拿大約40%的重油井使用螺桿泵采油，其中一石油公 司采用PCM/IFP聯(lián)合公司生產(chǎn)的Rodemip地面驅動螺桿泵采油 系統(tǒng)，井下部分連續(xù)運轉了兩年，地面部分5年。揚程 2000m，排量240m33/d，驅動功率小，與抽油機相比節(jié)約電耗 60--75%，投資與維護保養(yǎng)費用均較低。 俄羅斯的螺桿泵主要應用在巴什基里亞、古比雪夫和西 西伯利亞等油礦，油井最長的檢泵周期為二年九個月。在姆 哈諾夫斯克油田，氣油比高達4

5、00m33/m33，油井最長的檢泵周 期為477天；在粘度為1400mPa.s的油井條件下，油井最長的 檢泵周期達340天，中、小排量螺桿泵的泵效達到70%。 10,1、國外應用現(xiàn)狀,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,果表明，在滿足產(chǎn)量不變的情況下，使用螺桿泵與電,始 用 螺 桿 泵 代 替 電 潛 泵 采 35 口 ， 泵 掛 深 度 4000ft,1990年開），最大排量2000bpd（318m3/d）。結果表明,滿足 （1220m 情況下，使用 2000bpd 潛318m3/d）。,蘇丹大比電費減少了70%，維護費減少了35%，緩解

6、了,稀油井應用 稀油井中應用螺桿泵同樣有降低電力損耗、減少維 護費的作用。 如 印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），從1990年 維護費的作用。 開 如印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），從 （1220m始用螺桿泵代替電潛泵采油35口，泵掛深度，在 4000ft產(chǎn)量不變的），最大排量螺桿泵與電（ 泵相比電費減少 結了70%，維護費減少了35%，緩解了油田電力供應緊張的矛盾。 潛泵相 尼羅公司在稀油井中，應用大排量螺桿泵80 口 田電力供應緊張的矛盾。 蘇丹大尼羅公司在稀油井中，應用大排量螺桿泵80 口井，日產(chǎn)量160000桶（25600 m3/d），該油田

7、原油 為35API，泵掛深度1200m。 11,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,復雜工況井應用 加拿大：井下螺桿泵被應用于含水90%，水中含 鹽180000mg/l、含CO2 12%和含硫7%的油井中。 螺桿泵還用于水平井排砂，該油田位于Alberta東 北方向，油井完井深度450750m，成功地清除了水平 井段的砂堵。 螺桿泵應用于含砂高達20%（體積比）的油井，使 用壽命達到6個月。 美國：西德克薩斯洲在42API的油井中成功應用 螺桿泵舉升。 阿根廷：使用螺桿泵的最高井溫達到127。 利比亞：螺桿泵在芳烴含量11%（65）的油井

8、 得到成功應用。 應用表明：螺桿泵有著廣泛的應用前景 12,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,13,應用 范圍,2、國內(nèi)應用現(xiàn)狀 螺桿泵作為一種機械采油設備，它具有其它抽油設備所不能替 代的優(yōu)越性，國內(nèi)在制造、應用等方面都取得了長足的進步，井下 泵已基本形成系列化。但是，與國外石油公司相比，我國在螺桿泵 的整體技術發(fā)展和應用等方面還存在著一定差距。 揚程可達到1800m 排量可達到240m3/d (下泵深度800m),油品性質：（稠油、含砂、高含水、聚驅采油井等） 井溫可達到120 直井,斜度不大于30度的斜井,螺桿泵井設備與工作原理 |

9、 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,智能采油井應用 在螺桿泵井上應用遠程無線監(jiān)控技術： 將生產(chǎn)參數(shù)遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)應用于螺桿泵井的日常管理，在 井口安裝溫度、壓力和電流傳感器，利用RPC單井配電柜，將 油井生產(chǎn)信息遠程無線傳輸給中控室，進行連續(xù)監(jiān)控，并可以 遙控啟停、自動錄取數(shù)據(jù)和量油。通過變頻配電柜連續(xù)錄取電 流，能夠及時發(fā)現(xiàn)單井的電流波動，也可以推斷出扭矩的波 動，及時對單井進行事故處理。 14,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,稠 油 井 應 用 目前，吉林油田、遼河油田、 冀東油田和華北油田

10、均在重油井上采 用螺桿泵冷采，經(jīng)過幾年的礦場實踐 都取得了較好的效果，使螺桿泵成為 重油井開采的主要舉升手段。 吉 林 套 保 油 田 在 用91 口 井 主 要 采用進口螺桿泵（加拿大）冷采，平 均泵掛350米，平均泵效31，進口 螺桿泵平均使用天數(shù)為298天，國產(chǎn) 泵 使 用 壽 命 為97 天 ， 進 口 螺 桿 泵 最 長使用時間超過93 0天。 15,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,經(jīng) 驗,一是 二是 三是,井下泵采用小過盈多級數(shù)：設計揚程為1200米的 井下泵要求舉升壓頭400-600米時，泵效65-70% 。 采

11、用低速：平均轉速為50轉/分。 合理改變井下泵的結構： 把普通的定位銷改成側開口定 位銷，再把下部銑扁的轉子下 放到開口定位銷內(nèi)部，螺桿泵 工作時，轉動的轉子一直對定 位銷里的含砂液體產(chǎn)生擾動， 減少了砂子沉積。 16,稠油井應用,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,17,經(jīng) 驗,四是,采用泵掛深度置于射孔段下方，保證定子散熱 良好，避免燒泵 。,螺桿泵稠油冷采井下管柱示意圖,稠油井應用,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,稠油井應用 遼河油田通過多年的應用研究和實踐，在螺桿泵稠油

12、開采方面取得了豐富的經(jīng)驗。以海外河油田為例，2000年 以來通過螺桿泵應用優(yōu)化設計，確定合理的工作參數(shù)；間 歇式棘爪防反轉裝置的研制與應用，有效地防止了螺桿泵 停機后的抽油桿高速反轉及桿柱斷脫現(xiàn)象的發(fā)生；變頻器 在螺桿泵井上的應用，實現(xiàn)了螺桿泵的軟啟動、軟停機控 制，油井產(chǎn)液量的合理調(diào)整等技術配套措施，使螺桿泵在 稠油開采方面取得了良好的應用效果，投入產(chǎn)出比達到 1:11.2。海外河油田應用螺桿泵冷采26口井，平均檢泵周 期達1年。 18,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,19,重油井應用,冀東油田 2002年以來主要是在 稠油出砂區(qū)

13、塊應用螺桿泵 提液，不僅解決了高104- 5 區(qū)塊油稠，同時也解決 了油井出砂影響生產(chǎn)的問 題，提高了油田的經(jīng)濟效 益，總體效果顯著。高 104-5 區(qū) 塊 共 應 用 37 口 井，平均檢泵周期達1 年。,華北油田 澤70斷塊共應用35口井， 平均下泵深度1423m，最大下 泵深度1900m，在螺桿泵開采 重油井中，采用了井口加裝載 荷傳感器的過載保護裝置實現(xiàn) 過載保護，井下加化學降粘劑 降低螺桿泵載荷等八項配套工 藝技術，提高了螺桿泵的開采 效果，平均泵效達到80%，平 均檢泵周期594 天，長壽井已,達1592天。,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (二)

14、國內(nèi)外螺桿泵應用現(xiàn)狀,1 電動潛油螺桿泵 為滿足稠油井、斜井及水平井舉 升的需要，應開發(fā)應用電動潛油螺桿 泵。遼河油田研制成功了井下電潛螺 桿泵，其系統(tǒng)與美國BAKER-HUGHES公 司的基本相似，由地面控制系統(tǒng)、井 下電纜、螺桿泵、保護器、減速器和 電機等組成。電潛螺桿泵在遼河曙光 油田和海外河灘海油田應用4口井5井 次，收到良好的采油效果。 20,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (三)螺桿泵采油技術的發(fā)展趨勢,2 探索新型螺桿泵 主要包括以下幾種泵： 金屬定子螺桿泵 等壁厚定子螺桿泵 合成材料螺桿泵 空心轉子螺桿泵 多吸入口螺桿泵。 21,螺桿泵井設

15、備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (三)螺桿泵采油技術的發(fā)展趨勢,,,,,22,3 螺桿泵桿柱卸扭技術 螺桿泵停機后，盡管驅動裝置可以卡住光桿防止反轉，但桿 柱儲存的彈性能量，以及油套管液位高差造成的螺桿泵馬達效 應，會造成起桿柱或拆卸井口過程高速旋轉，乃至甩彎光桿，形 成安全隱患，需要研發(fā)相應的停機時桿柱卸扭技術。 4 螺桿泵智能化控制技術 在螺桿泵無線工況測試診斷技術的基礎上，研發(fā)螺桿泵井過 載保護和無液流保護智能化控制技術，以及轉速在線調(diào)整、供排 關系智能監(jiān)測的螺桿泵智能化控制技術，確保井下泵在水力高效 區(qū)、合理工況下運行。 4 螺桿泵定子橡膠適應性研究 針對各油田不同

16、區(qū)塊原油物性的特點，研制和優(yōu)選螺桿泵定子 橡膠，使其與原油物性相匹配，使螺桿泵應用有針對性和目的性，,延長螺桿泵定子橡膠的使用期限，提高螺桿泵整體檢泵周期。,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (三)螺桿泵采油技術的發(fā)展趨勢,一是 二是 三是 四是,一次性投資少。與電動潛油泵、水力活塞泵和游梁式抽 油機相比，螺桿泵的結構簡單，一次性投資最低。 泵效高，節(jié)能，維護費用低。由于螺桿泵工作時負載穩(wěn) 定，機械損失小，泵效可達90%，系統(tǒng)效率高可達50%以上。 設備結構簡單、體積小，維護方便。 占地面積小。螺桿泵的地面裝置簡單，安裝方便。 適合稠油開采。 一般說來，

17、螺桿泵適合于粘度為 8000mPa.s以下的原油開采，因此多數(shù)稠油井都可應用。 23,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (三)螺桿泵采油技術的發(fā)展趨勢,五是 六是 七是,適應高含砂井。理論上，螺桿泵可輸送含砂量達80%的砂 漿，在原油中含砂量達40%的情況下也可正常生產(chǎn) 。 適應高含氣井。螺桿泵不會發(fā)生氣鎖，因此較適合于油氣 混輸，但井下泵入口的游離氣會影響容積效率。 適合于海上油田叢式井組和水平井。螺桿泵可下在斜直井 段，而且設備占地面積小，因此適合于海上采油。 24,螺桿泵井設備與工作原理 | 一、國內(nèi)外應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 | (三)螺桿泵采油技

18、術的發(fā)展趨勢,二、 螺桿泵采油系統(tǒng) 主要講解的內(nèi)容： 25,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng),采油用螺桿泵是單螺桿式水力機械的一種，是擺線內(nèi) 嚙合螺旋齒輪副的一種應用。螺桿泵的轉子、定子副是利 用擺線的多等效動點效應，在空間形成封閉腔室，并當轉 子和定子作相對轉動時，封閉腔室能作軸向移動，使其中 的液體從一端移向另一端，實現(xiàn)機械能和液體能的相互轉 化，從而實現(xiàn)舉升作用。 26,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,,,,,27,什么是螺桿泵？,螺桿泵又叫漸進式容積泵，,由定子和轉子組成，兩者的螺旋,狀過盈配合形成連

19、續(xù)密封的腔,體，通過轉子的旋轉運動實現(xiàn)對,介質的傳輸。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,,,,,,,28,井下單螺桿泵由哪幾部分組成？ 井下單螺桿泵由定子和 轉子組成。定子由鋼制外套 和橡膠襯套組成，定子內(nèi)表 面呈雙螺旋曲面，與轉子外 表面相配合。轉子由合金鋼 的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋 光加工而成。轉子有空心轉 子和實心轉子兩種。 1-下接頭； 2-限位銷； 3-定子；,4-轉子； 5-上接頭,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,29,推移和消失的過程。,簡述螺桿泵工作 原理 沿著螺桿泵的全長，在轉 子外表面

20、與定子橡膠襯套內(nèi)表 面間形成多個密封腔室；隨著 轉子的轉動，在吸入端轉子與 定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷 形成密封腔室，并向排出端推 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 均勻 。螺桿泵工作的過程本質 上也就是密封腔室不斷形成、,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,30,螺桿泵定、轉子的線數(shù) 目前所應用的螺桿泵線數(shù)均采用N/N+1形式，即定子的線數(shù)總 是比轉子的線數(shù)多一線，這是由空間嚙合理論所決定的。螺桿泵 的線數(shù)與螺桿數(shù)量是兩個根本不同的概念，不應混為一談。,1 ：2結構,2：3結構,

21、3 ：4結構,4 ：5結構,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,,,,,,,,,,,,e,31,螺桿泵有哪些重要結構參數(shù)？,e D T,螺桿泵三個重要的結構參數(shù)：,泵的工作特性和使用壽命。,轉子偏心距，mm； 轉子截圓直徑，mm； 定子導程，mm。 T,D 在螺桿泵參數(shù)設計過程中，這三個基 本結構參數(shù)的合理選擇及相互之間的合理 配比顯得尤為重要，它們直接影響著螺桿,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,GLB500-14K為抽油桿地面驅動空心轉子螺桿泵，每轉排量500毫升， 級數(shù)14； GLB120-27(2:3

22、)為抽油桿地面驅動多頭螺桿泵， 轉子與定子頭數(shù)比為 2:3，每轉排量 120毫升，級數(shù)27。 32,例 如,螺桿泵規(guī)格型號是如何規(guī)定的？,空心轉子用“K”；實心省略；等壁厚定子用“D”；金屬定子用“J” 轉子與定子頭數(shù)比，用阿拉伯數(shù)字表示，單頭省略 泵的總級數(shù) 泵的幾何排量，ml/r 單螺桿抽油泵,“螺”和“泵”兩字漢語拼音第一個字母 泵的驅動方式：抽油桿地面驅動，用“桿”字漢語拼音第一個字母G表示； 潛油電機井下驅動，用“潛”字漢語拼音第一個字母Q表示,LB, ( ),螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎知識,1、螺桿泵運動學特征 （1）螺桿泵定、轉子型線

23、單頭單螺桿泵的定轉子實質是由普通內(nèi)擺線的外等矩線作為 定子型線，而與之共軛的曲線作為轉子型線的空間共軛曲面。,e,O2,t,Y2,X2,Z2,R,y2 y,x x2,O1 O2,M,轉子可視為半徑為R的圓片沿著螺距為t、偏心為e的螺旋線連續(xù)移動所形成的軌跡。 33,轉,子 結 構,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,34,y1,2e,x1 定子結構圖,R,O1 t,x1,y1,O1 2e,2e,2e,A,A,定子型線 定子襯套曲面是由兩個半徑為R（轉子半徑）的半圓和 兩條長度為4e的直線段組成的封閉對稱曲線以長度T（T=2t） 為導程

24、螺旋旋轉形成空間螺旋曲面。 R,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,,,,,,,s =,+ 4eD ,= 4eD,D2 4,D2 4,螺桿泵(轉子)轉動一周(2)時，封閉腔中的液體將沿軸線移動T的距離，,在任意橫截面中，液體占有的面積為定子橡膠襯套截面所包圍的空腔截,面與螺桿截面積之差，因此單螺桿泵每轉的理論排量為：,q = 4eDT 35,螺桿泵理論排量如何計算 ？ 已知單螺桿泵轉子偏心距e，轉子截面圓直徑D和定子導程T，推導單螺桿 泵每轉的理論排量計算公式 解： 如圖所示： 定子空腔的截面積為兩個半圓和一個長方形組成， 轉子的截面是圓，

25、 由定子空腔與轉子形成的空腔截面積為 ：,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,36,eDTn,n轉子轉速，r/min。,螺桿泵理論排量如何計算 ？ 理論每轉排量公式如下： qeDT 現(xiàn)場應用中，根據(jù)選用泵的型號可計算出理論排量， 公式如下： Q = 1440 q n 10 6 式中： Q螺桿泵理論排量，m3/d； q螺桿泵每轉排量，ml/r；, y = R sin( + ) 2 e sin , 1,z1 = nt 1 t,, ,,x1 = m R sin,y1 = R cos,z1 =,2, x1 = R cos( 1 + ) + 2 e c

26、os 1 1 1 2 2,線嚙合線方程為：,在某一時刻對于線嚙合線在空間表現(xiàn)為間隔T/2的軸向長度的一條平 螺 旋狀曲線。,點嚙合線方程為：, ,t,, 2 2,+ e cos( + 1 ) + e cos 1 + e sin( + 1 ) e sin 1,嚙合線方程 螺桿泵定轉子的嚙合分為兩類嚙合，一類是轉子 與定子襯套半圓處的嚙合--線嚙合，另一類嚙合是轉 子與定子襯套直線段的嚙合--點嚙合。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,38,2=-1,X,O1,O2,Y,e,2e,M,M0 2,1,轉

27、子的自轉與公轉, 2 = 2n,1、螺桿泵運動學特征 （2） 轉子運動規(guī)律分析 A、轉子中心的運動規(guī)律 a、角速度的關系,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,39,轉子,定子,A、轉子中心的運動規(guī)律 b、運動軌跡及速度 點嚙合 點嚙合點速度 線嚙合,線嚙合點速度,轉子截面 中心速度,嚙合點最大和最,小滑動速度,= =, V V,R R ,1 2,vmin = (R 2e),vmax = (R + 2e),VO = 2e sin(t + 2 ),螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (二)螺桿泵運動學及動力學基礎,40,類型

28、劃分,按原動 機分為,電動機機械驅動 液壓驅動 內(nèi)燃機驅動,按井口 連接方 式 分,卡箍連接 法蘭連接,按裝置調(diào)速方式可分為： 無級調(diào)速驅動裝置：無級調(diào)速方式根據(jù)實現(xiàn)方法的不同又有機械式無 級調(diào)速、變頻電機式無級調(diào)速、液壓式無級調(diào)速； 有級調(diào)速驅動裝置：目前國內(nèi)油田應用的主要類型是電動機機械驅動、,有級調(diào)速、井口法蘭連接的地面驅動裝置。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵采油系統(tǒng)的種類,地面驅動單螺桿泵采油系統(tǒng),潛油電機驅動單螺桿泵采油系統(tǒng) 41,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系

29、統(tǒng)的種類、組成及工作原理,42,地面驅動單螺桿泵采油系統(tǒng)由哪幾部分組成？,15-錨定裝置；16-篩管,5,1,2,3,6,7,8,9 10 11 12 13 14 15 16,,,可分為地面和井下兩大部分。 地面部分包括:驅動頭和控制 柜，井下部分包括：井下泵、 抽油桿、油管、配套工具,（如錨定工具、扶正器）等。 見左圖。 1電控箱； 2-電機； 3-皮帶； 4-方卡子； 5-光桿； 6-減速箱； 7-專用井口； 8-抽油桿； 9-抽油桿扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺桿泵； 13-套管； 14-定位銷；,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺

30、桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,43,螺桿泵驅動裝置的,種類,機械驅動裝置 液壓驅動裝置,（一）螺桿泵地面驅動裝置的種類、組成及工作原理 地面驅動部分 地面驅動裝置是螺桿泵采 油系統(tǒng)的主 要地面設備，是把 動力傳遞給 井下泵轉子，使轉 子實現(xiàn)行星運動，實現(xiàn)抽汲原 油的機械裝置。從傳動形式上 分，有液壓傳動和機械傳動； 從變速形式上分，有無級調(diào)速 和有級調(diào)速。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,,什么是螺桿泵地面驅動裝置，它主要由幾部 分組成？ 螺桿泵地面驅動裝置一般指的是套管井口法蘭面以上 與套管井口、地面輸油管

31、線相連接的那部分設備的總稱。 狹義的講它主要由原動機、減速系統(tǒng)、防反轉機構、密封 系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和安全防護系統(tǒng)等部分組成，廣義的講還 包括螺桿泵專用井口、地面電控箱，它是螺桿泵采油系統(tǒng) 中的動力輸出部分。 44,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,螺桿泵驅動裝置 （1）減速箱的主要作用是傳遞動力并實現(xiàn)減速。它將電機的動力由輸 入軸通過齒輪傳遞到輸出軸，輸出軸聯(lián)接光桿，由光桿通過抽油桿將動 力傳遞到井下螺桿泵轉子。減速箱除了具有傳遞動力的作用外，還將抽 油桿的軸向負荷傳遞到采油樹上。 （2）電機是螺桿泵井的動力源，它將

32、電能轉化為機械能。一般用防爆 型三相異步電機。 （3）井口動密封的作用是防止井液流出，起密封井口的目的。 （4）方卡的作用是將減速箱輸出軸與光桿聯(lián)接起來。 45,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵驅動裝置 機械驅動裝置傳動部分是由電動機和減速器等組成，其優(yōu)點是設備 簡單，價格低廉，容易管理并且節(jié)能，能實現(xiàn)有級調(diào)速且比較方便。其 缺點是不能實現(xiàn)無級調(diào)速。 46,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,eDTn,5,3,2,1,4,6,1,5,

33、4,7 8 垂直電機法蘭連接有級調(diào)速驅動裝置 7,6,2,3,1-盤根盒； 2-配重； 3-變速箱； 4-大皮帶輪； 5-方卡子； 6-小帶輪； 7-電動機； 8-油管四通。 1-電動機；,2-電動機支架； 3-支座； 4-齒輪減速系統(tǒng)；,5-帶輪傳動系統(tǒng)；,6-動密封系統(tǒng)；,7-輸出軸及方卡。 47 直角驅動裝置結構示意圖,1 2,48,地面驅動裝置工作原理,1,5,4,7,6,2,3,當螺桿泵采油系統(tǒng)工作時，電動機的動力通 過皮帶輪一級減速系統(tǒng)、齒輪二級減速系統(tǒng) 傳遞到驅動裝置輸出軸上，輸出軸通過方卡 子帶動抽油桿柱、井下泵旋轉，傳遞動力扭,矩，抽吸井液。,螺桿泵井設備與工

34、作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵驅動裝置 液壓驅動裝置是由原動機，液 壓電機和液壓傳動部分組成。 其優(yōu)點是可實現(xiàn)低轉速啟動； 轉速可任意調(diào)節(jié)；因設有液壓 防反轉裝置，減緩了抽油桿倒 轉速度。其缺點是在寒冷季節(jié) 地面液壓件和管線保溫工作較 難，且價格相對較高，不容易 管理。 49,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,,,,電控部分 電控箱是螺桿泵井的控 制部分，控制電機的啟、停。 該裝置能自動顯示、記錄螺 桿泵井正常生產(chǎn)時的電流、 電壓等，有過載、欠載自動 保

35、護功能，確保生產(chǎn)井正常 生產(chǎn)。 50,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,51,螺桿泵地面驅動裝置主要功能是什么？,為井下螺桿泵提供動力和合適的轉速； 承受桿柱的軸向載荷； 為油井產(chǎn)出液進入地面輸油管線提供通道； 防止產(chǎn)出液滲漏到井場的密封功能； 防止停機過程中桿柱的高速反轉功能； 安全防護功能； 測試、防盜等其它輔助功能。,其中驅動裝置的密封功能和防反轉功能是該產(chǎn)品使用過程中暴露 出問題最多的部分，影響產(chǎn)品的長期可靠高效運行，制約螺桿泵,采油技術的發(fā)展。,一是 二是 三是 四是 五是 六是 七是,螺桿泵井設備與工作原理

36、 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,52,3、地面驅動裝置的動力傳遞技術 螺桿泵地面驅動裝置主要功能之一是動力傳遞，即將原動 機的動力通過動力傳遞系統(tǒng)傳遞到輸出軸上，輸出軸再將動力 通過方卡傳遞到連接在桿柱的的光桿上，同時作用在光桿上的 軸向載荷和扭矩載荷通過輸出軸作用于動力傳遞系統(tǒng)。對于一 般機械式螺桿泵地面驅動裝置，其動力傳遞系統(tǒng)過程如下：,電控箱,電動機,小帶輪,大帶輪,方,卡,輸出軸,大齒輪,齒,輪 軸,光 桿,機械式螺桿泵地面驅動裝置動力傳遞系統(tǒng)流程圖,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成

37、及工作原理,地面驅動裝置的傳動原理 53,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵停機后或卡泵時，貯存在桿柱中的彈性變形能會 快速釋放，使桿柱快速反轉。 停機后，在油 管及外輸管線內(nèi)的液體與套管內(nèi)井液壓差作 用下，螺桿泵會變成液壓馬達，使轉子及連接的桿柱快速反轉。 油套壓差越大，桿柱反轉速度越快，持續(xù)時間越長，直到油套 壓差恢復平衡為止。 54,地面驅動裝置防反轉及安全防護技術 1、螺桿泵系統(tǒng)反轉原因及危害,停 機 反 轉 的 原 因 分 析,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿

38、泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵采油系統(tǒng)停機反轉有什么危害？ A 螺桿泵的反轉會使桿柱脫扣、光桿甩彎，地面驅 動裝置零部件損壞； B 螺桿泵的反轉不僅會危及設備的安全，還會危及 現(xiàn)場維護操作人員的安全，成為生產(chǎn)事故的隱患。 55,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,56,地面驅動裝置防反轉及安全防護技術 2、地面驅動裝置防反轉結構形式及工作特點 為了解決螺桿泵采油系統(tǒng)停機反轉造成系統(tǒng)故障， 普遍在驅動裝置中設置機械防反轉系統(tǒng)。防反轉系統(tǒng)可 以裝在輸出軸或輸入軸上，裝在輸入軸上的防反轉系統(tǒng) 受到的工作扭矩遠小于裝

39、在輸出軸上的工作扭矩，但裝 置橫向尺寸也相應變大。綜合考慮選用防反轉系統(tǒng)裝在 輸入軸上的方案較好，易于調(diào)整維護。 目前機械防反轉系統(tǒng)主要有 棘輪棘爪機構摩擦式防反轉裝置 楔塊防反轉系統(tǒng) 液壓防反轉系統(tǒng),電磁式防反轉裝置等方式,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,,,eDTn,棘輪-棘爪式防反轉裝置 該防反轉系統(tǒng)一般裝在驅動裝置 輸入軸上，依靠剎車帶的摩擦力釋放反 轉勢能。 當驅動裝置工作時，棘爪在離心力 的作用下與棘輪剎車帶脫離嚙合，防反 轉系統(tǒng)不工作。 當停機時，桿柱反轉帶動光桿反 轉，這時棘爪在重力和彈簧力作用下與 棘

40、輪剎車帶嚙合，防反轉系統(tǒng)工作，依 靠摩擦力避免驅動裝置高速反轉。 通過手動旋松扭矩釋放螺栓，可以 將貯存在桿柱中的反轉扭矩釋放掉，提 高了驅動裝置操作維護的安全性。 57,,,,,,棘輪、棘爪式防反轉裝置 58,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,低速時，棘輪棘爪由于接觸會產(chǎn)生噪音和磨損。,該系統(tǒng)不僅結構簡單，成本低，而且能夠釋放貯存 在光桿及裝置上的反轉扭矩，現(xiàn)場也可以隨時更換。 不足 1 為保證防反轉系統(tǒng)可靠工作，需要經(jīng)常調(diào)整棘輪剎車帶摩擦面的壓 緊力。,2,3 剎車帶摩擦面壓緊力調(diào)整及反轉扭矩釋放都需要人為近距離操作， 而

41、且在扭矩釋放過程中，桿柱還會以一定速度反轉，如果人為操作 不當或剎車帶摩擦面打滑，也會對操作者帶來安全隱患。 59,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,,60,eDTn,不起作用，外環(huán)不轉動。當輪芯反轉 時，滾柱楔入輪芯與外環(huán)之間，使這 三者成為一體。這時制動裝置起阻尼 作用，限制了輪芯轉速，達到防反轉,作用。,楔塊式防反轉裝置 楔塊式防反轉裝置是由一個閘瓦 式制動器和一個能識別正、反轉的超 越離合器組成。閘瓦鉚在閘體上，兩 扇閘體通過螺栓將外圈拖緊。工作狀 態(tài)時輪芯順時針旋轉，此時制動裝置,楔塊式防反轉工作示意圖,1

42、-閘體; 2-閘瓦; 3-外圈;,4-滾柱; 5-輪芯。,,,,,楔塊防反轉 61,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,eDTn,楔塊防反轉沒有按時添加潤滑脂或潤滑脂變質，防反轉因缺 油而摩擦過熱卡死或失效。,失效,形式 楔塊防反轉中的楔塊由于磨損，間隙變大，楔塊防反轉卡死或失效。 操作性：更換維護不方便，需要上設備更換，存在安全隱患。62,楔塊防反轉系統(tǒng) 該種防反轉系統(tǒng)結構簡單緊湊，承載扭矩大。不足是：1） 雖然防止了桿柱的反轉，但貯存在桿柱驅動裝置中的反轉扭矩并 沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，反轉問題仍

43、沒有解決；2） 更換維護不方便，日常管理需要加潤滑油，拆卸更換需要上吊 車；3）如反轉扭矩過大，防反轉系統(tǒng)會卡死。,液壓防反轉系統(tǒng) 該種防反轉系統(tǒng)工作原理類同汽車剎車系統(tǒng)。當螺桿泵停機 時，桿柱反轉驅動液壓馬達，輸出的液壓油驅動摩擦塊作用于剎車 盤，緩慢釋放掉彈性能。反轉扭矩越大，反轉速度快，摩擦力也越 大；反轉扭矩小，反轉速度慢，摩擦力也小。 該種防反轉系統(tǒng)可以完全釋放掉桿柱彈性能，扭矩釋放不需要 人員參與，可靠性較高。 不足：價格較高，液壓件要求具有較高的質量，對環(huán)境條件要 求較高。 失效形式：液壓系統(tǒng)漏油，油品變質，液壓馬達損壞。 操作性：更換維護方便，需要有專業(yè)人員操作。 63,螺

44、桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,電磁式防反轉裝置 電磁式防反轉裝置是將拖動電機當作制動器。其作用原 理為：當停抽時(拖動電機放電)，將直流電輸入給電機的定 子繞阻，以產(chǎn)生平衡的直流磁場。這種磁場吸引轉子，對轉 子的反轉產(chǎn)生阻尼作用。從而達到了限速作用。當限速終了 時，直流供電結束，并為下次啟動電機做好準備。 該種防反轉系統(tǒng)只用電器元件構成，而沒有專用機械零 件，所以安裝方便，成本也不高。其缺點是限速時間不能過 長，皮帶斷裂后電磁式防反轉裝置就不能發(fā)揮作用。故現(xiàn)場 不推薦使用。 64,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采

45、油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,安全防護技術 螺桿泵驅動裝置安全防護技術是為了防止螺桿泵驅動裝置的零部件破 損、松脫和損壞造成人員、設備傷害的技術。 驅動裝置安全防護技術主要包括光桿方卡防護罩、加強型皮帶罩和安全 標識。 光桿方卡防護罩是在螺桿泵生產(chǎn)井上現(xiàn)場安裝，套在光桿方卡外面，連 于螺桿泵驅動裝置上端蓋上，在生產(chǎn)中起到安全防護作用，防止方卡螺栓 松脫飛出、光桿甩彎傷人問題。 加強型皮帶罩要求皮帶罩有足夠的結構強度，現(xiàn)場操作方便，能夠避免 斷裂的皮帶、皮帶輪損壞而帶來的對操作人員的傷害，對于輸入軸安裝的 棘輪棘爪系統(tǒng)同樣起到防護作用。 安全標識主要是為操做人員提供

46、安全警示。 65,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,66,皮帶輪防護罩,方卡防護罩,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,67,（9）篩管：過濾油層流體。,螺桿泵采油系統(tǒng)的組成 配套工具部分 （1）專用井口：簡化了采油樹，使用、維修、保養(yǎng)方便，同時增強 了井口強度，減小了地面驅動裝置的振動，起到保護光桿和換盤根時密 封井口的作用。 （2）光桿：強度大、防斷裂，光潔度高，有利于井口密封。 （3）抽油桿扶正器：避免或減緩桿柱與管柱的磨損，使抽油桿在油 管內(nèi)居中，減緩抽油

47、桿的疲勞。 （4）油管扶正器：減小管柱振動。 （5）抽油桿防倒轉裝置：防止抽油桿倒扣。 （6）錨定裝置：錨定泵和油管，防止油管脫落。 （7）防蠟器：延緩原油中膠質在油管內(nèi)壁沉積速度。 （8）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裝置可有效地避免此現(xiàn)象的發(fā)生。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,防脫管柱示意圖圖,68,反 扣 油 管,圖311防脫管柱示意,張 力 錨,支 撐 卡 瓦,防 扭 錨,張力錨 管柱,支撐卡瓦 管柱,防扭錨 管柱,反扣油管 管柱,螺桿泵采油配套技術 螺桿泵管柱、桿柱防脫

48、扶正技術 1、螺桿泵管柱防脫扶正技術 A、管柱防脫技術,由于螺桿泵的轉子在 定子內(nèi)順時針轉動，工作 負載直接表現(xiàn)為扭矩，轉,子扭矩作用在定子上，定 子扭矩會使上部的正扣油 管倒扣造成管柱脫扣，所,以螺桿泵井的油管柱必須,實施防脫措施。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,69,防脫措施,受力特點,坐封方式,備,注,反扣油管 防扭錨 支撐卡瓦 張力錨 水力錨,受扭 自由 受壓 受拉 自由,不需坐封 自動 下壓 旋轉拉緊 液壓,使用安全性高，配套較煩瑣。 油管受力狀況好，實施方便。 油管受力狀況較差，失效后打撈困難。 抽油桿柱受

49、力狀況較好，油管受拉， 解封成功率低。 失效后必須起管柱才能坐封。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵井管柱防脫方式主要有以下5種：反扣油管、 防扭錨、支撐卡瓦、張力錨、水力錨。通常采用防轉錨和 支撐卡瓦兩種方式。 螺桿泵井管柱防脫措施,卡瓦2在箍簧3的作用下收回解卡。,1錐體；2卡瓦；3箍簧；4上限位環(huán)；5內(nèi)壓簧；6下限位環(huán)；7摩擦塊； 8外壓簧；9防松螺釘；10卡瓦扶正器；11滑環(huán)銷釘；12滑環(huán)；13托環(huán)； 14中心管；15下接頭,A DQ0552 支撐卡瓦,B 卡瓦中心管,由件6-13組成

50、的扶正器，依靠壓 簧的彈力，造成摩擦塊7與套管的摩,擦力，扶正器通過滑環(huán)銷釘11，沿中 心管14的軌道槽運動。下管柱時，滑 環(huán)銷釘11 位于軌道的B點，卡瓦2處 于收攏狀態(tài)。 坐卡時，按所需坐卡高度上提 管柱后下放管柱( 一般情況，1000m 油管坐卡時，上提管柱850mm)滑環(huán) 銷釘就從B點運動到E點，卡瓦2也就 處于撐開坐卡狀態(tài)，卡瓦2牢固地坐 在套管內(nèi)壁上。 坐 封 后 如 油 管 掛 露 出 法 蘭 10 25mm ，可硬壓下去， 超過這個范,圍必須重新坐卡。解卡時，上提管 柱，滑環(huán)銷釘11由E點運動到A點， 70,DQ0552支撐卡瓦 結構原理圖A、B,螺桿泵井設備與工作原理 | 二

51、、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,71,防扭錨示意圖,1卡箍；2銷釘；3板簧； 4中心管；5卡塊；6套管 圖313 防扭錨示意圖,防扭錨： 該防轉錨由卡箍、銷釘、板簧、 中心管、卡塊組成。當中心管隨定 子及油管轉動（順時針方向）時， 卡塊在板簧彈力的作用下，卡在套 管內(nèi)壁上，卡塊背面緊貼在中心管 槽的平面上，使螺桿泵定子不能旋 轉。 當起泵作業(yè)時，反向旋轉中心,管，卡塊即脫離中心管，防扭錨不 再起作用。,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,螺桿泵采油系統(tǒng)是如何工作的？ 電機通電后旋轉，經(jīng)過二級

52、減速 （三角皮帶和齒輪）后，通過方卡帶 動光桿旋轉，光桿通過抽油桿柱將動 力傳遞給井下螺桿泵，螺桿泵將機械 能轉變?yōu)橐后w能，從而實現(xiàn)油液的有 效舉升。 72,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,,螺桿泵基本結構尺寸 73,螺桿泵井設備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (三)、螺桿泵采油系統(tǒng)的種類、組成及工作原理,,,,74,主要內(nèi)容, ,第六章 螺桿泵采油 第一節(jié) 螺桿泵井設備與工作原理 第二節(jié) 抽油桿管柱受力分析 第三節(jié) 螺桿泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設計 第四節(jié) 螺桿泵井生產(chǎn)監(jiān)測與故障診斷,抽油桿

53、管柱受力分析,,,,一、螺桿泵抽油桿 （一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況 （二）螺桿泵抽油桿受力分析 （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點 （四）螺桿泵抽油桿性能指標 75,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況,（一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況 抽油桿是有桿抽油設備的重要部件，它將地面驅動裝置的動力 傳遞至井下，驅動轉子旋轉，實現(xiàn)抽汲運動。抽油桿的疲勞強度和 使用壽命影響了整個螺桿泵采油系統(tǒng)的運轉周期。 抽油桿柱由數(shù)十根或數(shù)百根抽油桿通過接箍連接而成。在螺桿 泵采油系統(tǒng)中，抽油桿柱承受拉、壓及扭力等循環(huán)載荷的作用，其 工作環(huán)境為含有一定腐蝕介質的原油。因此，抽

54、油桿的故障形式為 疲勞斷裂或脫扣。抽油桿的斷脫事故會嚴重影響整個抽油系統(tǒng)的運 轉周期及原油產(chǎn)量，增加維護費用，提高采油成本。 76,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況,（一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況 為了提高螺桿泵抽油桿工作的可靠性和使用壽命，國內(nèi)外在抽 油桿的材料、制造、使用、保管和維護等方面開展了大量的研究工 作，并取得了一定的成果。, ,選用超高強度合金鋼材料； 采用中頻感應加熱淬火裝置調(diào)質； 采用表面感應淬火工藝提高桿體疲勞性能； 利用紅外光導智能測溫儀器監(jiān)測溫度； 刀具旋轉抽油桿不旋轉方法加工桿頭螺紋； 滾壓工藝加工抽油桿外螺紋； 采用先進

55、的設計方法進行模鍛設計； 使用自動化平鍛機進行鍛造。,這些技術大大提高了抽油桿的制造水平和產(chǎn)品質量。 77,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況,（一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況 合理設計抽油桿結構是保證螺桿泵采油系統(tǒng)正常運轉的前 提。抽油桿柱在運轉過程中，條件惡劣、受力狀況復雜。 國內(nèi)外在抽油桿柱的運動學和動力學方面開展了許多研究 工作，利用計算機編制了螺桿泵采油系統(tǒng)動態(tài)預測和參數(shù) 優(yōu)選程序，螺桿泵井診斷程序，這些研究工作提高了抽油 桿的應用及理論水平。 78,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （一）螺桿泵抽油桿的發(fā)展狀況,79,抽油桿的

56、疲勞壽命。,（二） 螺桿泵抽油桿受力分析 1、抽油桿的工作條件 在螺桿泵采油系統(tǒng)井下部件中，由抽油桿組成的抽油桿 柱是全部的轉動件，它受到拉、壓、扭、磨、疲勞以及腐蝕 介質腐蝕的聯(lián)合作用，其工作條件是： 一是：承受循環(huán)載荷的作用 桿柱承受的載荷包括：抽油桿重量，液柱重量，抽油桿柱 在運動中受到的摩擦阻力，驅動桿柱旋轉所需要的扭矩作用， 因桿柱旋轉而引起的拉壓作用。 二是：受腐蝕介質的侵蝕作用 油井中含有的水、硫化氫、二氧化碳、硫酸鹽、微生物等 腐蝕性介質，這些腐蝕介質或腐蝕微生物的存在，大大降低了,抽油桿管柱受力分析 | 一、 螺桿泵抽油桿 | （二） 螺桿泵抽油桿受力分析,（二） 螺桿泵抽

57、油桿受力分析 2、螺桿泵抽油桿受力分析 在螺桿泵抽油系統(tǒng)的井下部件中，抽油桿柱是全部 的轉動件，受拉、壓、扭、摩、疲勞等作用力的影響嚴 重，它是抽油系統(tǒng)中最關鍵的部分，也是問題最多的部 分，研究抽油桿柱的受力狀態(tài)是螺桿泵抽油理論的基礎。 因此，必須從受力、設計、保護等不同的角度對抽油桿 進行研究。 80,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （二） 螺桿泵抽油桿受力分析,81,（三）螺桿泵抽油桿的種類及特點 1、普通抽油桿 其桿體是實心圓形斷面的鋼桿，兩端為鐓粗的桿頭。桿頭 由螺紋接頭、卸荷槽、推承面臺肩、扳手方頸、凸緣和圓弧過 度區(qū)組成。螺紋接頭用來與接箍相連接，扳手方頸用來裝

58、卸抽 油桿接頭時卡抽油桿用。 用于螺桿泵井的普通抽油桿，其 主 要 規(guī) 格 有 ： 桿 體 直 徑 為 22mm 、 25mm、28mm實心抽油桿，以及桿 體直徑為36mm、38mm空心抽油桿。 抽油桿的長度一般為8m，為調(diào)節(jié)抽油 桿柱的長度，還配備有不同長度的抽,油桿短接。,普通抽油桿結構,抽油桿管柱受力分析 | 一、 螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,,,,,,82,目前，應用于螺桿泵井的普通抽油桿多為D級和H級 兩個級別，其中22mm、25mm、28mm實心抽油桿多 為H級，少量應用D級抽油桿；36mm、38mm空心抽油 桿目前只有D級。 當與大中排量螺桿泵配套 使用時

59、，其桿柱斷脫事故率會,明顯上升。這是由于普通抽油 桿更適合承受拉伸載荷，其螺 紋結構不適合于承受大的扭矩 載荷，因此，隨著泵的排量變 大，桿體所承受的扭矩越大，,抽油桿的適應性變差。,不 足,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,,,,,2、錐螺紋抽油桿 錐螺紋抽油桿目前主要以實心桿為主，它的基本結構與普通實心 抽油桿大體相同：桿體也是實心圓形斷面的鋼桿，兩端為鐓粗的桿頭。 桿頭由外螺紋接頭、卸荷槽、推承面臺肩、扳手方頸、凸緣和圓弧過 度區(qū)組成。其不同點為：錐螺紋抽油桿螺紋為鉆桿錐螺紋。它是根據(jù) 螺桿泵與鉆桿運動的相似性，充分利用了鉆桿螺紋的錐度和螺距大

60、， 螺紋牙齒剛度大的特點，使得抽油桿螺紋能夠承受較大的預緊力而不 滑扣，并且卸荷槽的直徑較大，這種螺紋不僅具有良好的密封性，還 能傳遞較大的軸向載荷和扭矩。 錐螺紋抽油桿結構 83,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,,,,,,84,錐螺紋結構抽油桿能夠實現(xiàn)桿體防斷脫的目的，其 防脫原理是：增大預緊扭矩，卸扣扭矩也隨之增大。依 靠這種方法，提高預緊扭矩，使卸扣扭矩提高到接近桿 體的承載扭矩，抽油桿就具有了防脫扣功能。 目前錐螺紋抽油桿主要規(guī)格有：桿體直徑為25mm、 28mm實心抽油桿，以及桿體直徑為36mm的空心抽油桿。其 中，25mm、28m

61、m錐螺紋抽油桿多為H級，36mm錐螺紋抽 油桿只有D級。 錐螺紋抽油桿螺紋精度比普通抽油桿有更高的要求，材料硬度 大，牙型厚，加工難度大。該種抽油桿具有良好的防斷脫效果，適合,于各種排量螺桿泵井應用。,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,85,插接式螺桿泵抽油桿結構示意圖,插接式螺桿泵抽油桿的接頭,3、插接式抽油桿 根據(jù)螺桿泵井抽油桿需要承受垂向拉力，又要承受旋轉扭矩的特 點，研究出了插接式螺桿泵抽油桿，該抽油桿的結構如圖。 插接式螺桿泵抽油桿結構圖 1-桿體上接頭；2-O形密封圈； 3-接箍；4-桿體下接頭,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺

62、桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,抽油桿由桿體上接頭、桿體和桿體下接頭組成。 桿體上下接頭各 有兩個密封槽，桿體上接頭有一個臺肩推承面和一個扳手六方體。抽 油桿的兩端各有兩個扇形牙體和叉口。組裝抽油桿接頭時，一根抽油 桿端部的牙體插入另一根的叉口中，用接箍將兩根抽油桿的上下接頭 聯(lián)接起來。抽油桿的兩端各有兩個“O”形密封圈進行密封。 1-桿體上接頭；2-O形密封圈； 3-接箍；4-桿體下接頭 86,,,,,,,插接式螺桿泵抽油桿的主要結構特點是：相連接的二根抽油桿 之間靠互相插入配合的扇形牙體和

63、叉口來傳遞扭矩。由于牙體 始終處于插接狀態(tài)，插接體承受全部的扭矩，并且具有足夠的 抗剪切強度，正反方向能夠承受相同的扭矩載荷，因此達到了 防脫扣的目的。 87,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,,,,,,,該種結構抽油桿目前主要有36mm和38mm兩種 規(guī)格，均為D級抽油桿，42mm抽油桿尚處于試驗研究 階段。 插接式螺桿泵抽油桿原則上可以適用于各種排量的 螺桿泵井，但從經(jīng)濟性考慮，該抽油桿更適合于大中排量 螺桿泵井。 88,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （三）螺桿泵抽油桿的種類及特點,（四）螺桿泵抽油桿性能指標 1、螺桿泵抽油

64、桿等級 抽油桿按等級可分為K級、C級、D級和H級，其中H級 為超高強度抽油桿，它又可分為HL級即材料型超高強度抽 油桿和HY級即工藝型超高強度抽油桿。 超高強度抽油桿性能指標比D級抽油桿高出一定的 量，形成一個新的強度等級，具有比D級抽油桿更高的承 載能力，最小應力在0-102MPa時，許用應力值超出D級抽 油桿35%以上。 89,抽油桿管柱受力分析 | 一、 螺桿泵抽油桿 | （四）螺桿泵抽油桿性能指標,（四）螺桿泵抽油桿性能指標 2、螺桿泵抽油桿規(guī)格尺寸 應用于螺桿泵的實心抽油桿有3種規(guī)格，即直徑為22mm、25mm 及28mm。其長度及桿體尺寸要求如下表。 螺桿泵實心抽油桿規(guī)格及

65、尺寸 90,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （四）螺桿泵抽油桿性能指標,,,,,,空心抽油桿目前主要有兩種規(guī)格，直徑分別為36mm及38mm， 直徑為42mm的抽油桿尚處于開發(fā)試驗階段。這幾種抽油桿的桿體尺寸 及長度要求如下表。 螺桿泵空心抽油桿的規(guī)格及尺寸 91,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （四）螺桿泵抽油桿性能指標,3、螺桿泵抽油桿力學性能 由于目前螺桿泵均應用于腐蝕性較小的普通油井中， 結合近些年油田螺桿泵抽油桿應用實際效果，推薦使用D 級和HL級抽油桿作為螺桿泵井配套桿柱。 92,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽

66、油桿 | （四）螺桿泵抽油桿性能指標,4、螺桿泵抽油桿抗扭性能 由于螺桿泵抽油桿承受扭矩作用比較薄弱，因此，桿體及接頭的 抗扭性能是螺桿泵的重要性能指標。對螺桿泵抽油桿進行抗扭性能檢 驗，有利于檢驗抽油桿桿體、接頭螺紋及各種防脫結構的承扭能力。 螺桿泵抽油桿及接頭的抗扭性能指標如下表。 93,抽油桿管柱受力分析 | 一、螺桿泵抽油桿 | （四）螺桿泵抽油桿性能指標,5、螺桿泵抽油桿其它性能要求 螺桿泵抽油桿接箍硬度應為HRC 16-23；桿頭及接箍螺紋除特 殊牙型外，一般應滾壓、擠壓加工，其精度應符合SY/T5550或 SY/T5029標準；對于空心抽油桿連接處的密封壓力不得低于20 MPa，穩(wěn)壓5 min，不得有滲漏；抽油桿圓柱度不得大于0.25 mm、 桿體全長任意1000 mm內(nèi)的直線度對于實心抽油桿不大于2 mm；對 于空心光桿不大于1.5 mm；桿體任何部位不得有裂紋，不得有折疊、 溝槽、夾雜等；產(chǎn)品應在扳手平面或接箍表面上打印規(guī)格、等級、 分類代號、制造日期、廠名或廠標；接箍標識可標在扳手方頸平面 或外圓上，做標志時，應采用不破壞接箍性能的標志方法；桿體端