螺杆泵专业知识讲解课件.ppt

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1、螺杆泵讲解,目 录,一、螺杆泵结构二、螺杆泵工作原理三、螺杆泵排量计算四、螺杆泵的性能参数五、采油管柱及配套技术六、螺杆泵系统效率七、故障诊断及排除方法八、例题详解,螺杆泵采油按驱动方式分为井下电动潜油螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。 按传递动力的方式将螺杆泵划分为有杆泵和无杆泵。井下电动潜油螺杆泵属于无杆泵，地面驱动井下螺杆泵属于有杆泵。两种泵的样式及区别请见下图。,一、螺杆泵结构,1、概述,井下电动潜油螺杆泵,地面驱动井下螺杆泵,一、螺杆泵结构,螺杆泵系统由电控部分、地面驱动部分、井下螺杆泵及一些配套工具组成。,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

2、口； 8-驱动杆；9-驱动杆扶正器；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,一、螺杆泵结构,主要包括电控箱、电缆等。电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电动机的起动与停止。该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产中的电流、电压、累计运行时间等，有过载、欠载自动保护功能，确保油井正常生产。,一、螺杆泵结构,2、电控部分,目前具有各项特殊功能的电控箱得到研发应用，如：变频控制柜、电机节能控制柜、电参数连续监测控制柜等。,一、螺杆泵结构,地面驱动部分（机头）把动力传递给井下转子实现抽油，包括减速箱、皮带、传动、防爆电动机、密封装置、支架、方卡

3、子。,3、地面驱动部分,一、螺杆泵结构,（1）减速箱减速箱由两个垂直啮合的伞形齿轮组成，一个装在大皮带轮上，一个装在驱动轴上。主要作用是传递动力实现一级减速，它将电动机的动力由输入轴传递到输出轴，输出轴连接光杆，由光杆通过抽油杆将动力传递到井下螺杆泵转子。,一、螺杆泵结构,（2）电动机电动机是螺杆泵井的动力源，它将电能转化为机械能。一般用防爆型三相异步电动机。（3）密封装置密封装置有机械密封和静密封两种。机械密封分上置式和下置式两种，上置式机械密封装置位于减速器上部；下置式位于减速器下方。,一、螺杆泵结构,静密封位于机械密封的上端。密封的主要作用十防止井液流出，起密封光杆的作用。 （4）方卡子

4、 方卡子包括承重卡子和扭矩卡子。 方卡子的主要作用是将减速箱输出轴与光杆连接起来，起悬挂抽油杆和承受扭矩的作用。,一、螺杆泵结构,井下螺杆泵是由转子和定子组成。,一、螺杆泵结构,4、井下螺杆泵部分,一个转子就是一个横截面为圆形的长螺旋体，由高强度钢精工制作，表面镀铬，具有良好的抗磨性。定子是由合成橡胶铸制而成的内嵌式双螺旋体。固定于钢管内，其上端与油管连接，转子位于定子内转动，实现抽汲功能。,一、螺杆泵结构,（1）专用井口：与普通井口基本相同，但是增加了井口强度，减小了地面驱动装置的震动。（2）特殊光杆：强度大，防断裂，光洁度高，有利于井口密封。（3）抽油杆扶正器：起避免或减缓抽油杆与油管的磨

5、损的作用。（4）油管扶正器：起减小油管柱震动或磨损的作用。,5、配套工具部分,一、螺杆泵结构,(5)抽油杆防反转装置：起防止抽油杆倒扣的作用。(6)油管防脱装置：起锚定泵和油管的作用。(7)防蜡器：能延缓原油中石蜡和胶质在油管内壁的沉积速度。(8)防抽空装置：安装井口流量或压力式抽空保护装置可避免地层供液不足造成的螺杆泵定子干磨损坏。(9)筛管：过滤油层流体，防止砂子大量进入泵中。,一、螺杆泵结构,转子与定子密切配合形成一系列的封闭和空腔（空腔的大小取决于转子螺距长度、直径和偏心距离），当转子转动时，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，其中空腔内所盛满的液

6、体有随着封闭腔的运移由吸入端推挤到排出端。这种封闭腔和空腔的不断形成、运移、消失，起到泵送液体并将液体排出井口的作用。,二、螺杆泵工作原理,二、螺杆泵工作原理,螺杆泵的理论排量Q=5760eDTn 或 Q=11520eDtn式中：Q螺杆泵的理论排量，m3/d；e转子的偏心距，mm；T定子的导程，mm；D转子的截面圆直径，mm；,三、螺杆泵排量计算,t转子的螺距，mm，T=2t；n转子的转速，min-1,三、螺杆泵排量计算,泵的容积效率v螺杆泵的实际排量Qs理论排量Q之比。表达式为：,三、螺杆泵排量计算,螺杆泵的单级扬程一般小于70m，单级最大压差小于0.7MPa（设计为0.5MPa）。工作压差

7、的影响因素有结构参数、工作参数和转子、定子的机械性能。更重要的是定子、转子间的过盈量0。过盈量越大，单级工作压差越大，转子摩擦扭矩越大。过盈量越小，单级工作压差越小，满足不了油井举升要求。,四、螺杆泵的性能参数,1、定、转子的过盈量,转子上两个相邻螺纹之间的距离称为螺距；每两个螺距为一个导程，单螺杆泵一般规定一个导程为一级。级数越多，扬程越大。泵的级数Z决定了螺杆泵定子、转子长度。,T=2tT转子导程t转子螺距,2、螺杆泵的级数,四、螺杆泵的性能参数,法国泵,300,TP,800,有效扬程800m,单头螺杆泵,转数为500r/min时的理论排量为300m3/d,四、螺杆泵的性能参数,3、螺杆泵

8、编号意义,国产泵,GLB,120,36,级数为36级,理论排量为120mL/r,杆传动螺杆泵,四、螺杆泵的性能参数,四、螺杆泵的性能参数,4、螺杆泵特性曲线的应用,螺杆泵工作特性曲线的应用 1) 选井选泵 螺杆泵工作特性曲线是选井选泵的基本依据。根据油井的产能和合理流压，选择合适的泵型，从而使泵的排量、举升能力与油井产能、合理流压相协调，进而使螺杆泵采油井在合理工况下稳定生产。 2) 工况分析与故障诊断 螺杆泵工作特性曲线是螺杆泵采油井工况分析与故障诊断的基础。将螺杆泵采油井的各类生产数据及测试的工作特性数据与螺杆泵工作特性曲线进行对比，就可判断出螺杆泵是否工作在合理工作区域内，同时也能判断出

9、螺杆泵是否存在故障及其故障类型。 3) 产品质量性能评价 螺杆泵工作特性曲线是评价螺杆泵产品质量性能的主要标准。螺杆泵工作特性曲线能够全面地反映出螺杆泵的举升特性、能耗特性。因此，螺杆泵产品能否满足油井举升，产品质量是否合格，通过检测，获得螺杆泵工作特性曲线，结合螺杆泵定子橡胶的机械物理性能和耐油、气浸性能试验数据，可综合判定螺杆泵的性能和质量。,四、螺杆泵的性能参数,油管柱油管柱分为自由式螺杆泵管柱和固定式螺杆泵管柱。目前大多数油井都采用固定式管柱。固定式油管柱由油管悬挂器、油管、定子、尾管、油管锚，定位销及磁防蜡器等组成,五、采油管柱及配套技术,1、管柱及杆柱组成,抽油杆抽油杆由光杆、方卡

10、子、抽油杆防脱器、抽油杆（实心或空心）、抽油杆扶正器、转子等组成。防冲距防冲距是指转子下入井中后最下端到定位销之间的距离。上提防冲距是保证正常生产中转子不磨定子的限位销。防冲距（泵深*0.07%0.4）m，防冲距提好后，驱动光杆卡子和承重方卡子必须上紧，防止光杆下滑卡泵；光余要求在1.2m-1.4m之间。,五、采油管柱及配套技术,油管柱防脱技术(1)油管脱扣的原因转子顺时针转动时，转子与定子的摩擦对定子产生扭矩，导致定子上部正扣油管倒扣脱落。（2）防脱技术安装锚定器（油管锚）和反扣油管两种方法。,2、配套工艺技术,五、采油管柱及配套技术,五、采油管柱及配套技术,抽油杆防脱技术（1）抽油杆脱扣的

11、原因载荷扭矩过大；停机后，油管内液体回流，冲击转子反转脱扣；作业施工原因：作业时油杆上扣不够。（2）油杆柱防脱技术安装机械防反转装置：在驱动头上安装防反转装置，是抽油杆不能反转。,五、采油管柱及配套技术,降压制动防反转：采用电器控制原理，停机时先降压运行一段时间，缓慢降低转速，使抽油杆的弹性能释放一部分后再停机。井下回流控制阀：在螺杆泵的吸入口处安装单流阀，使螺杆泵停机后油管内液体不能回流。,五、采油管柱及配套技术,（3）油管扶正技术采用正扣油管的油管柱，在定子上接头处安装扶正器较为适宜；采用反扣油管的油管柱，在定子上、下接头处分别安装扶正器较好。目前使用的有：弹簧式、橡胶式。,五、采油管柱及

12、配套技术,油管橡胶扶正器,金属刚性扶正器,五、采油管柱及配套技术,抽油杆柱在油管内转动，会引起井口的振动及油杆柱与油杆柱的摩擦，特别是斜井，杆、管摩擦非常严重。因此必须加油杆扶正器。抽油杆磨损情况：,五、采油管柱及配套技术,螺杆泵专用油杆扶正器,五、采油管柱及配套技术,螺杆泵井的输入功率即电动机输入功率。N螺杆泵系统的输入功率，KW；I实测电流值，A；U实测电压值，V；cos功率因数。,六、螺杆泵系统效率,1、输入功率,螺杆泵有效功率是指螺杆泵用来举升液体的功率。Ne螺杆泵的有效功率，KW；QL油井的日产液量，m3/d；H有效扬程，m；油井中液体的密度，kg/m3。,六、螺杆泵系统效率,2、螺

13、杆泵有效功率,有效扬程是指螺杆泵将井中液体举升的高度。H有效扬程，m；Pt油井井口油管压力，MPa；Pc油井井口套管压力，；L油井液体的密度，kg/m3；Lf油井动液面深度，m。,3、有效扬程,六、螺杆泵系统效率,油井系统效率是指螺杆泵系统的有效功率与输入功率之比。油井系统效率，%；Ne有效功率，KW；N输入功率，KW。,4、油井系统效率,六、螺杆泵系统效率,螺杆泵采油系统常见的故障有：抽油杆断脱、油管脱落、吸入部分堵塞、定子橡胶脱落等。目前常用的故障诊断方法有电流法和憋压法。（一）电流法电流法就是通过测试电动机的工作电流，根据工作电流的大小来诊断油井工作状况的方法。见下表。,七、故障诊断及排

14、除方法,七、故障诊断及排除方法,（二）憋压法憋压法就是通过关闭采油树回压闸门进行憋压，通过观察井口出油压力（油压）和套压的变化进行诊断故障的方法。具体分析方法见下表。,七、故障诊断及排除方法,1、采油工艺技术邹艳霞2、螺杆泵生产技术李涛,八、例题详解,一、填空：1、采油用螺杆泵是（单螺杆式水力）机械的一种。2、螺杆泵是一种（旋转容积）式泵，它兼有（容积）泵和（离心）泵的优点。3、螺杆泵有（单头）螺杆泵和（多头）螺杆泵之分。4、螺杆泵对气的适应性好，相对柱塞泵不会产生“（气锁）”现象，相对离心泵不会产生“（气蚀）”现象。5、螺杆泵采油系统主要有两种，一种是（地面）驱动单螺杆泵采油系统，另一种是（

15、潜油电机）驱动单螺杆泵采油系统。6、地面驱动井下单螺杆泵采油系统由（电控部分）、（地面驱动部分）、（井下泵部分）、（配套工具部分）组成。,1、单螺杆式水利，2、旋转容积 容积 离心，3、单头 多头，4、气锁 气蚀5、地面 潜油电机，6、电控部分 地面驱动部分 井下泵部分 配套工具部分,7、（电控箱）是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停。8、（地面驱动装置）是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，实现抽汲原油的机械装置。9、地面驱动装置从传动形式上分，有（液压）传动和（机械）传动。从变速形式上分，有（无级）调速和（有级）调速。10、螺杆泵驱动装置一般分两类：（机械驱动）装置和

16、（液压驱动）装置。11、机械驱动装置传动部分由（电动机）和（减速器）等组成，其缺点是不能实现（无级）调速。12、液压驱动装置是由（原动机）、（液压电机）和（液压传动部分）组成。其优点是可实现（低速）启动，转速可任意调节。,八、例题详解,7、电控箱，8、地面驱动装置，9、液压 机械 无级 有级，10、机械驱动液压驱动，11、电动机 减速器 无级，12、原动机 液压电机 液压传动部分低速,13、螺杆泵驱动装置密封系统包括（减速箱输入输出轴处的动密封）、（光杆与驱动装置之间的中低压动密封）、（井口高压静密封系统）。14、螺杆泵驱动装置中设置有机械防反转系统，主要有（棘轮棘爪式）、（摩擦式）、（楔块）

17、、（液压）、（电磁式）防反转装置等方式。15、（减速箱）的主要作用是传递动力并实现一级减速。16、（方卡子）的作用是将减速箱输出轴与光杆连接起来。17、井下单螺杆泵由（定子）和（转子）组成。18、定子由（钢制外套）和（橡胶衬套）组成。,13、减速箱输入输出轴处的动密封 光杆与驱动装置之间的中低压动密封 井口高压静密封系统，14、棘轮棘爪式 摩擦式 楔块 液压 电磁式15、减速箱，16、方卡子，17、定子 转子，18、钢制外套 橡胶衬套,八、例题详解,19、转子有（空心）转子和（实心）转子两种。20、定、转子（过盈量）是决定螺杆泵整体性能主要影响因素之一，它的增加能有效提高螺杆泵容积效率和扬程，

18、但同时也会增加定、转子间的摩擦阻力。21、螺杆泵正常运转时，转子在定子内按（顺时针）方向转动。22、（抽油杆扶正器）的作用是避免或减缓杆柱与管住的磨损，使抽油杆在油管内居中，减缓抽油杆的疲劳。23、（油管防脱装置）的作用是锚定泵和油管，防止油管脱落。24、抽油杆防脱器主要由（心轴）、（轴套）、（楔块）三部分组成。,19、空心 实心，20、过盈量，21、顺时针，22、抽油杆扶正器，23、油管防脱装置，24、心轴 轴套 楔块,八、例题详解,25、检查减速箱内的油是否到位，从箱体油标处可看清齿轮油的多少，油位在（1/2）（2/3）处为宜。26、螺杆泵工作的过程本质上也就是（密封腔室）不断形成、推移和

19、消失的过程。27、螺杆泵三个重要结构参数有（转子偏心距）、（转子截圆直径）、（定子导程），它们直接影响螺杆泵的工作特性和使用寿命。28、螺杆泵采油系统的工作原理是（电机）通电后旋转，经过（二级）减速（三角皮带和齿轮）后，通过（方卡子）带动光杆旋转，光杆通过抽油杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵将（机械能）转变为（液体能），从而实现油液的有效举升。29、螺杆泵驱动装置中减速箱的输入轴输入（电机的动力），经皮带、箱体内齿轮传动，由输出轴输出到（光杆），从而带动抽油杆转动。30、螺杆泵无级调参驱动有（变频）、机械、液压等方式。,25、 1/2 2/3，26、密封腔室，27、转子偏心距 转子截圆直径

20、定子导程，28、电机 二级 三角皮带和齿轮 方卡子 机械能 液体能，29、电机的动力 光杆，30、变频,八、例题详解,31、目前大庆油田螺杆泵井常用（普通抽油杆）、（锥螺纹抽油杆）、（插接式抽油杆）三种抽油杆。32、螺杆泵井合理沉没度的范围是（200）-（ 500）米，合理工作转速的范围是（60 ）-（200）转/分钟。33、油井流入动态是指（井底流压）与（油井产量）的关系，反应了油藏向该井的供液能力。34、螺杆泵的定、转子间的过盈量在一定程度上决定了（ 单级承压能力）的大小。35、螺杆泵的压头是由（单级承压能力）和（级数 ）的乘积而确定。36、螺杆泵（水力特性）曲线是反映螺杆泵产品质量的宏观

21、评价，即螺杆泵在不同工作条件下所表现的排量、举升及负载等特性。,31、普通抽油杆 锥螺纹抽油杆 插接式抽油杆，32、 200 500 60 20033、油井产量 井底流压，34、单级承压能力，35、单级承压能力 级数36、水力特性,八、例题详解,37、从安全角度考虑，螺杆泵井作业后，距离方卡上方光杆外露长度应为（50）-（60）厘米。38、螺杆泵采油井定期热洗清蜡主要有四种方法：（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。39、螺杆泵驱动装置安全防护技术是为了防止螺杆泵驱动装置的零部件破损、松脱和损坏造成人员设备伤害的技术，主要包括（ ）、（ ）、（ ）。40、扭矩法是通过测试螺杆泵采油系统中（ ）部位的

22、扭矩大小来诊断泵况。41、蹩压法是在油井正常生产时通过关闭采油树回压闸门进行憋压，观测井口（ ）和（ ）的变化来诊断井下泵况。42、过载保护电流一般按正常运行电流的（ ）倍到（ ）倍设置为佳。43、欠载保护采用电流法，当驱动电机的工作电流接近驱动电机的（ ）时，自动停机实现欠载保护。,37、 50 60，38、将转子提出定子洗井 在定子上部安装洗井阀热洗 常规循环热洗空心转子螺杆泵热洗，39、光杆方卡防护罩 加强型皮带罩 安全标示，40、光杆，41、油压 套压，42、 1.2 1.5 ，43、空载电流,八、例题详解,二、简答1、螺杆泵采油系统主要由哪几部分组成？2、螺杆泵采油系统的工作原理是什

23、么？,答1：1）电控部分：包括电缆和电控箱。2）地面驱动部分：包括减速器和驱动电机、井口密封、支撑架、方卡子等。3）井下泵部分：包括螺杆泵定、转子。4）配套工具部分：包括专用井口、光杆、抽油杆扶正器、油管扶正器、抽油杆防倒转装置、油管防脱器、防蜡器、筛管等。答2：电机通电后旋转，经过二级减速（三角皮带和齿轮）后，通过方卡带动光杆旋转，光杆通过抽油杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵将机械能转变为液体能，从而实现油液的有效举升。,八、例题详解,3、螺杆泵的工作原理是什么？4、螺杆泵采油的技术特点是什么？,答3：采油用螺杆泵是单螺杆式水利机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定

24、子副是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升液体的作用。 答4：一次性投资少。泵效高，能耗低，维护费用低。占地面积小。适合稠油开采。适应高含砂井。适应高含气井。适合于海上油田从式井组和水平井。,八、例题详解,5、螺杆泵地面驱动装置的主要功能？6、请说出螺杆泵型号KGLB500-14中各符号的意义。,答5：为井下螺杆泵提供动力和合适的转速。承受杆柱的轴向载荷。为油井产出液进入地面输油管线提供通道。防止产出液渗漏到井场的密封功能。防止停机过程中杆柱的高速反转功能。安全防

25、护功能。测试、防盗等其他功能。答6：K表示空心转子，实心转子则省略，等壁厚空心转子用D。G表示杆式地面驱动，若是潜油电机井下驱动，则用Q。LB表示单螺杆抽油泵。500表示500毫升/转。14表示泵的总级数是14级。,八、例题详解,7、写出螺杆泵每转一周的理论排量公式，并说明各符号的意义。8、写出螺杆泵运转一天的理论排量公式，并说明各符号的意义。,答7：=4其中为每转一周的理论排量，米3/转；为转子偏心距，米；为转子直径，米；为定子导程，米。答8：=14404其中为运转一天的理论排量，米3/天；为转子偏心距，米；为转子直径，米；为定子导程，米；为泵的转速，转/分钟。,八、例题详解,9、对于泵型为

26、KGLB500-14的螺杆泵，写出其运转一天的理论排量，并说明各符号的意义。10、说出螺杆泵水力特性曲线中的三个曲线的含义。,答9：=144050010-6其中为运转一天的理论排量，米3/天；为泵的转速，转/分钟。答10：容积效率曲线，即泵出口压力与排量的关系曲线；扭矩曲线，即泵出口压力与转子扭矩的关系曲线；泵效率曲线，即泵出口压力与泵效率的关系曲线。,八、例题详解,11、若不加装抽油杆防脱器，螺杆泵从运转状况到停止后，会发生杆柱脱扣现象，试分析其原因。12、抽油杆防脱器的工作原理。13、螺杆泵井，由下至上的施工顺序是什么？,答11：抽油杆弹性变形能释放。液体回流影响。（沉没度低的井）产能影响。（产液能力强的井、自喷井）答12：防脱器主要由心轴、轴套、楔块三部分组成，心轴采用偏心设计。杆柱正转时，心轴将楔块带入偏心小尺寸处，带动轴套一起旋转；反转时，心轴将楔块带入偏心大尺寸处，轴套与心轴脱离，实现空转。 答13： 丝堵、尾管、筛管、锚定工具、泵定子、油管扶正器、油管、泵转子、防脱器、抽油杆、光杆。,八、例题详解,