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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(zhuǎn)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動螺桿泵采油 系統(tǒng)，井下部分連續(xù)運轉(zhuǎn)了兩年，地面部分5年。揚程 2000m，排量240m33/d，驅(qū)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(jié)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(jié)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(zhì)：（稠油、含砂、高含水、聚驅(qū)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(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分。 合理改變井下泵的結(jié)構： 把普通的定位銷改成側(cè)開口定 位銷，再把下部銑扁的轉(zhuǎn)子下 放到開口定位銷內(nèi)部，螺桿泵 工作時，轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動裝置可以卡住光桿防止反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn) 子和定子作相對轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(zhuǎn)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對,介質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子外 表面相配合。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) 子和實心轉(zhuǎn)子兩種。 1-下接頭； 2-限位銷； 3-定子；,4-轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，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(zhì) 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構,2：3結(jié)構,

21、3 ：4結(jié)構,4 ：5結(jié)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(jié)構參數(shù)？,e D T,螺桿泵三個重要的結(jié)構參數(shù)：,泵的工作特性和使用壽命。,轉(zhuǎn)子偏心距，mm； 轉(zhuǎn)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(jié)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(qū)動空心轉(zhuǎn)子螺桿泵，每轉(zhuǎn)排量500毫升， 級數(shù)14； GLB120-27(2:3

22、)為抽油桿地面驅(qū)動多頭螺桿泵， 轉(zhuǎn)子與定子頭數(shù)比為 2:3，每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子用“K”；實心省略；等壁厚定子用“D”；金屬定子用“J” 轉(zhuǎn)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(qū)動方式：抽油桿地面驅(qū)動，用“桿”字漢語拼音第一個字母G表示； 潛油電機井下驅(qū)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(zhuǎn)子型線

23、單頭單螺桿泵的定轉(zhuǎn)子實質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn),子 結(jié) 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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子偏心距e，轉(zhuǎn)子截面圓直徑D和定子導程T，推導單螺桿 泵每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的截面是圓，

25、 由定子空腔與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。,螺桿泵理論排量如何計算 ？ 理論每轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子的嚙合分為兩類嚙合，一類是轉(zhuǎn)子 與定子襯套半圓處的嚙合--線嚙合，另一類嚙合是轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)

27、子的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn), 2 = 2n,1、螺桿泵運動學特征 （2） 轉(zhuǎn)子運動規(guī)律分析 A、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子,定子,A、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動 液壓驅(qū)動 內(nèi)燃機驅(qū)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(qū)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(qū)動裝置：目前國內(nèi)油田應用的主要類型是電動機機械驅(qū)動、,有級調(diào)速、井口法蘭連接的地面驅(qū)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(qū)動單螺桿泵采油系統(tǒng),潛油電機驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動裝置的,種類,機械驅(qū)動裝置 液壓驅(qū)動裝置,（一）螺桿泵地面驅(qū)動裝置的種類、組成及工作原理 地面驅(qū)動部分 地面驅(qū)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(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn) 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(qū)動裝置，它主要由幾部 分組成？ 螺桿泵地面驅(qū)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(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動裝置 機械驅(qū)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(qū)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(qū)動裝置結(jié)構示意圖,1 2,48,地面驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)，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(qū)動裝置 液壓驅(qū)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(zhuǎn)速啟動； 轉(zhuǎn)速可任意調(diào)節(jié)；因設有液壓 防反轉(zhuǎn)裝置，減緩了抽油桿倒 轉(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)功能； 安全防護功能； 測試、防盜等其它輔助功能。,其中驅(qū)動裝置的密封功能和防反轉(zhuǎn)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(qū)動裝置的動力傳遞技術 螺桿泵地面驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)。 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(zhuǎn)子及連接的桿柱快速反轉(zhuǎn)。 油套壓差越大，桿柱反轉(zhuǎn)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(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)及安全防護技術 1、螺桿泵系統(tǒng)反轉(zhuǎn)原因及危害,停 機 反 轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)有什么危害？ A 螺桿泵的反轉(zhuǎn)會使桿柱脫扣、光桿甩彎，地面驅(qū) 動裝置零部件損壞； B 螺桿泵的反轉(zhuǎn)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(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)及安全防護技術 2、地面驅(qū)動裝置防反轉(zhuǎn)結(jié)構形式及工作特點 為了解決螺桿泵采油系統(tǒng)停機反轉(zhuǎn)造成系統(tǒng)故障， 普遍在驅(qū)動裝置中設置機械防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)系統(tǒng)主要有 棘輪棘爪機構摩擦式防反轉(zhuǎn)裝置 楔塊防反轉(zhuǎn)系統(tǒng) 液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng),電磁式防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置 該防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)一般裝在驅(qū)動裝置 輸入軸上，依靠剎車帶的摩擦力釋放反 轉(zhuǎn)勢能。 當驅(qū)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(zhuǎn)系統(tǒng)不工作。 當停機時，桿柱反轉(zhuǎn)帶動光桿反 轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)系統(tǒng)工作，依 靠摩擦力避免驅(qū)動裝置高速反轉(zhuǎn)。 通過手動旋松扭矩釋放螺栓，可以 將貯存在桿柱中的反轉(zhuǎn)扭矩釋放掉，提 高了驅(qū)動裝置操作維護的安全性。 57,,,,,,棘輪、棘爪式防反轉(zhuǎn)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(jié)構簡單，成本低，而且能夠釋放貯存 在光桿及裝置上的反轉(zhuǎn)扭矩，現(xiàn)場也可以隨時更換。 不足 1 為保證防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)動。當輪芯反轉(zhuǎn) 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(zhuǎn)速，達到防反轉(zhuǎn),作用。,楔塊式防反轉(zhuǎn)裝置 楔塊式防反轉(zhuǎn)裝置是由一個閘瓦 式制動器和一個能識別正、反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，此時制動裝置,楔塊式防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(zhuǎn)沒有按時添加潤滑脂或潤滑脂變質(zhì)，防反轉(zhuǎn)因缺 油而摩擦過熱卡死或失效。,失效,形式 楔塊防反轉(zhuǎn)中的楔塊由于磨損，間隙變大，楔塊防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)系統(tǒng) 該種防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構簡單緊湊，承載扭矩大。不足是：1） 雖然防止了桿柱的反轉(zhuǎn)，但貯存在桿柱驅(qū)動裝置中的反轉(zhuǎn)扭矩并 沒有釋放掉，因此在動桿柱過程中，反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)扭矩過大，防反轉(zhuǎn)系統(tǒng)會卡死。,液壓防反轉(zhuǎn)系統(tǒng) 該種防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達，輸出的液壓油驅(qū)動摩擦塊作用于剎車 盤，緩慢釋放掉彈性能。反轉(zhuǎn)扭矩越大，反轉(zhuǎn)速度快，摩擦力也越 大；反轉(zhuǎn)扭矩小，反轉(zhuǎn)速度慢，摩擦力也小。 該種防反轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)，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(zhuǎn)裝置 電磁式防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子，對轉(zhuǎn) 子的反轉(zhuǎn)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(jié)束，并為下次啟動電機做好準備。 該種防反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動裝置安全防護技術是為了防止螺桿泵驅(qū)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(qū)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(qū)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(jié)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(qū)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)子在 定子內(nèi)順時針轉(zhuǎn)動，工作 負載直接表現(xiàn)為扭矩，轉(zhuǎn),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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)。 當起泵作業(yè)時，反向旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(jié)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(qū)動裝置的動力 傳遞至井下，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)； 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(zhuǎn)抽油桿不旋轉(zhuǎn)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(zhì)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(jié)構是保證螺桿泵采油系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的前 提。抽油桿柱在運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動件，它受到拉、壓、扭、磨、疲勞以及腐蝕 介質(zhì)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(qū)動桿柱旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩作用， 因桿柱旋轉(zhuǎn)而引起的拉壓作用。 二是：受腐蝕介質(zhì)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(zhì)，這些腐蝕介質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構抽油桿能夠?qū)崿F(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(jié)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(zhuǎn)扭矩的特 點，研究出了插接式螺桿泵抽油桿，該抽油桿的結(jié)構如圖。 插接式螺桿泵抽油桿結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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