《螺杆泵采油》PPT课件.ppt
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1、一、螺杆泵采油技术基本原理,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,三、螺杆泵采油配套技术,四、螺杆泵室内检测技术,五、螺杆泵井施工作业,一、螺杆泵采油技术基本原理,1、原理,什么是螺杆泵?螺杆泵又叫渐进容积式泵(PCP),由定子和转子组成,两者的螺旋状配合形成多个连续的密封腔室,通过转子的旋转运动使密封腔室不断产生、运移和消失,实现对介质的举升。,一、螺杆泵采油技术基本原理,1 原理,单螺杆泵是由在工作状态下的不动的以橡胶为衬套并浇铸在钢体外套内形成的定子和进行行星转动的钢体转子构成。定转子内外曲面是一对能够满足啮合、能密封和密封腔室能推移的一对在空间内啮合的共扼曲面。定转子端面(横截面)齿形类
2、型主要有以下两种:以短幅外摆线的内等距线作为螺杆的原始齿形曲线,其共轭曲线作为衬套的齿形曲线。以短幅内摆线的外等距线作为衬套的原始齿形曲线,其共轭曲线作为螺杆的齿形曲线。如图所示的是不同头数比的螺杆泵定转子横截面图。其中1:2结构的单头螺杆泵是采油螺杆泵普遍采用的结构。,1:2结构 2:3结构 3:4结构 4:5结构,一、螺杆泵采油技术基本原理,2 结构特征,定转子型线方程,一、螺杆泵采油技术基本原理,3 运动特征,转子,定子,点啮合,线啮合,点啮合点速度,线啮合点速度,转子截面中心速 度,啮合点最大和最小滑动速度,地面驱动螺杆泵采油系统Sketch of surface driving PC
3、P oil production system,潜油螺杆泵采油系统 Sketch of ESPCP oil production system,4、螺杆泵举升方式分类,地下部分,螺杆泵,抽油杆,锚定工具,杆、管扶正器,驱动装置,专用井口,电 控 箱,地面部分,螺杆泵采油系统的组成,5,KGLB500-14为空心转子螺杆泵,每转排量500毫升,级数14;GLB(2:3)120-27为多头螺杆泵,定转子头数比为2:3,每转排量120毫升,级数27。,例如,6、螺杆泵型号标注,改进特征代号,以阿拉伯数字表示,厂家自定,制造厂企业代号,用两个汉语拼音字母表示,单泵或串联泵,单泵不写,串联“用,C,”,
4、泵的总级数,每转理论排量,ml/r,转子与定子头数比,单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”字汉语拼音的第一个字母,抽油杆传动,“杆”字汉语拼音的第一个字母,空心转子,用“,K,”;等壁厚定子,用“D”,G,LB,(,),7、螺杆泵的特性参数,单螺杆泵(单头)基本结构尺寸,单螺杆泵(单头)主要特性参数,8、螺杆泵采油的主要特点,优 点,一次性投资低,安装维护方便,能耗低,适应性强,结构简单,结构简单,泵效高,恒载荷运转,稠油,含气,含砂井,不足,不适应供液不足的油井,烧泵,不适应超深和高温油井,定子橡胶耐高温性能差,9 螺杆泵应用现状,股份公司各油田使用螺杆泵基本情况,37口,53口,91口,121口,
5、1396口,吉林油田,二连油田,大庆油田,冀东油田,大港油田,出 砂,高含水出砂,稠油冷采,稠 油,26口,辽河油田,一、螺杆泵采油技术基本原理,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,三、螺杆泵采油配套技术,四、螺杆泵室内检测技术,五、螺杆泵井施工作业,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,螺杆泵工作特性曲线,P,螺杆泵的理论排量及负载特性(以1:2结构为例),Q螺杆泵的理论排量,m3/d E 转子的偏心距,mm D 转子截圆直径,mm,D=2R T 定子导程,mm,T=2t n 转子的转速,r/min M转子扭矩 N.m,空腔面积A=4ED+R2-R2=4ED空腔体积V=AT=4EDT,举升高度
6、对螺杆泵工作特性的影响,随着工作压力p的增加,螺杆泵会出现漏失。特别是因工作压力产生的定子衬套橡胶压缩量大于过盈时,漏失会明显加剧。当ppk时,泵的漏失开始加剧。pk定义为开启压力,开启压力就是泵明显产生漏失时的工作压力。实际应用中,开启压力等同于螺杆泵的单级合理承压能力。举升高度对排量特性影响,工作压差决定负载扭矩大小,而过盈产生摩擦扭矩与工作压差无关。而随着工作压力的增加,定子衬套压缩量增加,定转子间的过盈会减小,即Tf增加的同时,Tf0将减小。由以上分析和试验可知,螺杆泵转子扭矩与工作压力有很好的直线性,且摩擦扭矩在举升具有润滑性的液体时,只占转子负载扭矩的较小一部分。举升高度对负载特性
7、的影响,KGLB120-27型泵的排量与举升高度的关系,GLB500-14 型泵转子扭矩曲线,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,过盈对螺杆泵工作特性的影响,摩擦扭矩的计算 由上式可知:1)随着定转子间过盈量的增加,定转子间的摩擦扭矩将增大;2)橡胶物性也会影响摩擦扭矩的大小;3)转子直径的增大,将直接导致摩擦扭矩的增大。,GLB500-14型泵不同过盈的摩擦扭矩,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,过盈对螺杆泵工作特性的影响,过盈对举升特性的影响 螺杆泵的单级举升能力主要取决于线啮合和点啮合线的密封能力。而啮合线的密封主要是依靠定转子间过盈来实现的。显然过盈量越大,密封越好,单级举升能力越强
8、,但摩擦扭矩也会增大。不考虑工况环境和运动学特性等因素对举升能力的影响,由前文所述,当工作腔室的液压力Pi大于因过盈产生的接触压力PN时封闭腔室会出现漏失,即:增加过盈量会增加接触压力,从而提高单级承压能力。,过盈量与单级承压能力的关系,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,转子转速对螺杆泵工作特性的影响,工作转速与泵的排量成正比,随着转子转速的增加,可有效减少漏失,增加泵的举升能力。,工作转速与单级承压能力关系,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,转子转速对螺杆泵工作特性的影响,转子转速与工作扭矩无关,但转子转速的增加将增加惯性力,惯性力将增加啮合线和啮合点的接触压力,所以将增加摩擦扭矩。,工
9、作转速与摩擦扭矩关系,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,转子转速对螺杆泵工作特性的影响162r/min;205r/min;255r/min,转子转速对螺杆泵工作特性的影响,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,温度对螺杆泵工作特性的影响,温度与举升能力的关系,定子橡胶衬套在实际工况环境下,其体积将发生热胀,热胀的结果是增加定、转子间的过盈,进而可提高螺杆泵的举升能力。温度的增加会有效提升举升能力。而实验发现,温度对螺杆泵转子负载扭矩无明显影响。,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,举升介质粘度会直接影响螺杆泵的漏失特性,漏失量反比于举升介质粘度,随着粘度的增加,漏失会减少,单级承压能力增加。,
10、介质粘度与承压能力的关系,介质粘度对举升能力的影响,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,一、螺杆泵采油技术基本原理,二、影响井下螺杆泵工作特性因素分析,三、螺杆泵采油配套技术,四、螺杆泵室内检测技术,五、螺杆泵井施工作业,1、选井选泵技术,所谓螺杆泵选井选泵技术是依靠油井的状况来合理选择螺杆泵的泵型、确定泵的工作参数,或根据某一规格的螺杆泵来选井。而螺杆泵采油井的合理工况是指油井在合理流压下生产,螺杆泵在合理工作区域内工作。由螺杆泵的工作特性曲线可知,螺杆泵同潜油电泵一样存在最佳工作区域。经过几年来的实验研究认为,把螺杆泵工作特性曲线分为A、B、C三个区域较为合理。其中A为合理工作区,B为软工
11、作区,C为不合理工作区,如 后面图所示,区域边界的确定方法大致如下。,三、螺杆泵采油配套技术,C区:螺杆泵在该区工作,尽管有效扬程较高,但泵漏失严重,系统效率非常低,因而螺杆泵在C区工作很不经济,而且螺杆泵在C区工作稳定性差,泵效与流压关系敏感,故螺杆泵不应在区工作。,螺杆泵合理工作区域确定,A区:螺杆泵在该区工作,取B、C区之长,避B、C区之短,流压与排量、系统效率的关系不敏感,生产稳定性好。,B区:螺杆泵在该区工作,虽然泵效高,但系统效率低,有效扬程低,不但泵的潜能没得到发挥,而且因生产压差过小,油井产能也被抑制。因此螺杆泵不应工作在B区。,上限:泵容积效率应大于65%;下限:泵的工作压力
12、P Pmax30%。,1、选井选泵技术,2、螺杆泵管柱防脱及扶正技术 管柱防脱技术 支撑卡瓦 张力油管锚 防扭锚 反扣油管,三、螺杆泵采油配套技术,DQ0552支撑卡瓦 卡瓦中心管,三、螺杆泵采油配套技术,管柱扶正技术 由于螺杆泵转子离心力的作用,定子受到周期性冲击产生振动,为减小或消除定子的振动需要设置扶正器。一般在定子上接头处安装较为适宜,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。目前扶正器有两种,一种是弹簧式,一种是橡胶式。,抽油杆柱脱扣机理分析,a.负载扭矩过大停机后杆柱高速反转造成抽油杆脱扣 螺杆泵采油井一旦发生蜡堵、结蜡严重或卡泵时,负载扭矩会明显加大,因而整
13、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,特别是杆柱上部即在弹性变形能释放后,在惯性力的作用下,要继续反转,从而会使杆柱丝扣联接处倒扣,造成杆柱脱扣。b.停机后油管内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,而且油井动液面较深,那么停机后,螺杆泵在管柱内的液力作用下,将驱动转子反转,带动杆柱反转脱扣。,3、螺杆泵杆柱防脱及扶正技术,c.转子在油套环空内的液力作用下转动,造成杆柱脱扣 对于那些产液能力较强并有一定自喷能力的螺杆泵井(指大排量螺杆泵而言),一旦停机,套压会很高,螺杆泵在油套环空液力的作用下,将驱动转子正向转
14、动,而此时转子将带动杆柱正向转动,转子转动将使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态,因而会造成杆柱脱扣。d.施工作业过程中造成杆柱脱扣 在施工过程中,如果抽油杆联接螺纹上扣扭矩不够,当转子进入定子时,转子正转,从而会使转子上部抽油杆杆柱螺纹联接不紧处发生脱扣。,三、螺杆泵采油配套技术,a.机械防反转装置 在驱动头上安装防反转装置,使抽油杆不能反转,从而达到防止因抽油杆反转而造成的脱扣的目的,如图7-26。该装置采用定向离合器的原理,使抽油杆只能做单向转动。在离合器的外壳体上安装有刹车带。当需要上提杆柱时,可先放开刹车带,将弹性变形能释放出去,确保施工作业安全。,防反转装置原理图,抽油杆柱防脱措施,b
15、.井下回流控制阀 在螺杆泵的吸入口处,安装单向阀,使液体只能做举升方向上的单向流动。停机时,油管内的液体不能回流,抽油杆也就不会因液体回流而反转,从而达到防止因液体回流而造成的抽油杆脱扣。c.放气阀防正转脱扣 在井口安装放气阀,当套压大于阀的调定压力时,放气阀自动打开,气体进入输油管线;当套压低于阀的调定压力时,阀关闭,从而保证套压始终不致过高,降低油套环空对泵的液力作用,防止转子在液力作用下正转,实现杆柱防脱。,抽油杆扶正技术 抽油杆柱在油管内转动,杆柱的转动会引起井口的振动及杆柱与管柱的摩擦,所以抽油杆柱必须实施扶正,特别是高转速的螺杆泵井。通常在杆柱的上端即光杆附近、杆柱的下端即转子附近
16、以及中下部一定要放置扶正器。抽油杆扶正器一般采用抗磨损的尼龙材料制造,其结构如下图。,3、螺杆泵杆柱防脱及扶正技术,抽油杆扶正器示意图,需配重、体积大,结构笨重,不便安装运输调参.,结构一,电机立置、斜齿传动,地面驱动装置的密封原理,光杆盘根盒动密封系统,结构二,电机侧摆、锥齿传动,带轮一级减速圆弧正交锥齿轮二级传动系统总传动比4-8优选齿轮传动比56/13=4.31模数为6输出转速75-300r/min设计输出轴扭矩3500Nm轴向负载120kN主要零件安全系数为2.5负载电机功率22kW、30kW,密封轴机械密封油杯密封系统,结构三,电机卧置、锥齿传动,带轮一级减速、双曲线斜交锥齿轮二级传
17、动系统总传动比4-8优选齿轮传动比35/6=5.83模数为6输出转速75-250r/min设计输出轴扭矩3500Nm(1400Nm)轴向负载120kN主要零部件安全系数为2.5负载电机功率5.5、7.5、11、15、18.5、22、30kW,盘根盒漏油油杯结构解决箱体油封漏油,功能,机械密封系统,螺杆泵采油驱动系统驱动装置,螺杆泵新型螺杆泵地面驱动装置,与老型号的驱动装置比较,具有以下几个优点:该驱动装置采用上置式机械密封,设计结构合理,机械密封使用寿命较长,能保证井口不渗不漏,同时方便维护、更换。该驱动装置整合了专用井口,节省了投资。该驱动装置设计了光杆锁定机构,在进行维修和测试传感器安装时
18、不用吊车,节约后期维护费用。,驱动装置技术参数表,变频无级调速,机械无级调速,5、软启停无级调参驱动技术,调速范围50-300r/min,6、螺杆泵井电控箱,电控箱的功能,防风沙,可直观的反映螺杆泵的工作情况,三、螺杆泵采油配套技术,(1)过载保护技术 为了保证螺杆泵采油系统安全运转,需要实施过载保护技术,因为一旦过载会使油井出现杆断、皮带断,减速箱内的齿轮、轴承损坏,甚至烧坏电机等事故。常用的过载保护有扭矩法和电流法两种。,7、螺杆泵过载、欠栽保护技术,三、螺杆泵采油配套技术,(2)欠载保护技术 欠载保护技术只是针对螺杆泵井出现杆断、脱扣、扣坏故障时为避免杆柱与管柱磨损而实施的一项保护技术。
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