【正文】 值得 注意 的是， 從表 42 中 B132149 井調(diào)參前后的數(shù)據(jù)對比可以看出，轉速從 79 r/min 增加到 93 r/min 后，泵效反而從 %下降到 %，全井系統(tǒng)效率從%下降到 %，但產(chǎn)液量卻從 35 t/d 上升到 39 t/d，沉沒度從 下降到 。值得注意的是，調(diào)參后井的系統(tǒng)效率從 %增加到了 %，效果明顯。m，取其平均值為 47 N 地面驅動螺桿泵抽油井在正常工作時，原動機通過抽油桿柱帶動螺桿泵旋轉，抽油桿柱受到五種扭矩的作用：抽油桿柱與井液的摩擦扭矩、轉子的有功扭矩、抽油桿柱與油管間的摩擦扭矩、定子與轉子間的摩擦扭矩及抽油桿的慣性扭矩，總的扭矩可表示為： 321 MMMM ??? (418) 式中 1M —— 轉子的有功扭矩， N 由螺桿泵理論排量計算公式 （ 21） 可知，在螺桿泵結構參數(shù) e ， D ， T 確定下來后，排量 Q 只與轉速 n 成正比。溫度高，使油流特性變好，結蠟減緩，粘度降低，油流沿程損失降低，使螺桿泵的舉升壓頭降低。過盈值越大，螺桿泵的工作扭矩也越大，介質漏失量降低，單級工作壓差就越高；過盈值越小，螺桿泵的工作扭矩越小，單級工作壓差也越低，螺桿泵的揚程越低。 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 14 轉子截面的圓度誤差反映為截圓直徑的不均勻性，具體表現(xiàn)為定子與轉子間在運轉的不同時刻，過盈量有所不同。 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 12 圖 25 螺桿泵最佳 /合理工作區(qū)示意圖 100% 60% 0 p?1p? 2p? 3p??ABC 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 13 第 3 章 螺桿泵泵效和系統(tǒng)效率影響因素分析 砂粒的影響 砂粒的影響包括砂粒的尺寸含量硬度和速度。 大多數(shù)低效井的功率損耗主要在井下 ，尤其是泵系統(tǒng)效率的損耗。由于轉子是由金屬材料制成，而定子是由彈性材料制成，所以兩者組成的密封腔室很容易在入口管路中獲得較高的真空度，使泵具有自吸能力，甚至在氣、液混輸時也能保持自吸能力。為了防止油管、定子脫扣，在尾管下部應安裝油管錨定裝置。 研究內(nèi)容 （ 1） 在介紹螺桿泵結構及工作原理的基礎上，對螺桿泵工作特性曲線及其特點進行分析； （ 2）分析影響螺桿泵泵效和系統(tǒng)效率的主要因素； （ 3） 給出確定螺桿泵合理轉速范圍的方法 ； （ 4） 利用 給 出的方法，編制計算機程序，進行現(xiàn)場試驗研究。 在原油開采中，螺桿泵采油井有抽油機井不可比擬的優(yōu)點：首先螺桿泵采油的地面設備簡單緊湊、操作安全可靠、管理方便、重量輕占地面積小、一次性投資少；其次由于螺桿泵是螺旋抽油的容積式泵，排量均勻無脈動，軸向流動流速穩(wěn)定，因此沒有液柱和機械傳動的慣性損失，泵內(nèi)無閥件和復雜的流道，所以水 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 3 力損失小，故障率低而且泵效高，成為現(xiàn)有機械采油設備中能耗最小、 效率較高的機種之一，同時由于能均勻地排液和吸液，溶解氣不易從原油中析出，從而減少了氣體對泵效的影響，不會發(fā)生氣鎖，因此較適合高含氣井；再次螺桿泵是靠橡膠定子和鍍鉻轉子擠壓配合，使進入密封腔的流體隨轉子的轉動從吸入端向排出端移動，而且轉子和定子之間腔室位置的橫截面積和體積都是相同的，腔室移動排油不存在配合間隙和余隙容積問題，不可能發(fā)生砂卡、閥失效、氣鎖等有桿泵常見的故障，所以適合抽汲高粘度和高含砂原油，一般的螺桿泵適合輸送粘度為 800 mPa 三是單螺桿液動機 —單螺桿泵裝置，這種裝置將地面動力液送入井下的頂部螺桿襯套副中，以頂部螺桿襯套副作為動力，驅動底部螺桿襯套副旋轉，由底部螺桿襯套副作為泵來實現(xiàn)采油作業(yè)，目前，這種裝置在國外已投入現(xiàn)場應用，但 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 2 數(shù)量很少。在綜合分析理論研究及現(xiàn)場試驗結果的基礎上，提出了一些合理化建議，對延長螺桿泵壽命、指導螺桿泵井生產(chǎn)有一定應用價值。驅動頭所需的動力主要由電動機或者液壓馬達提供。一年以后，由于水中固體顆粒減少，定子和轉子的平均使用壽命分別達到了 1 年和 年，最長的定轉子使用壽命達 年，有多臺達到了 年。螺桿泵的工作特性，既有柱塞泵硬特性的特點，也有離心泵軟特性的特點。它是螺桿泵的動力源，將電能轉化為機械能。 ③ 抽油桿防倒轉裝置。而每級能夠承受的壓力大小，則取決于定子和轉子的配合間隙（過盈）。 如 圖 25 的 螺桿泵 工作特性 曲線 所示，我們認為 當容積效率為 60%時， 系統(tǒng)效率 曲線上 A、 C 兩 點 分別對應的 1P? 、 3P? 之間的區(qū)域為合理工作區(qū)域 [17,18]。合理選擇這些參數(shù)能夠使螺桿泵定子與轉子具有合適的配合間隙，從而確保螺桿泵具有較好的舉升性能。曲線表明不同過盈量下的容積效率的差別很大，因而將嚴重影響泵的系統(tǒng)效率。V 為 ? ?282 π πV E r T? ? ?? ? ? ? (35) 則螺桿泵的容積效率損失量 η′為 2282 π π 100%8 πErE r r? ? ?? ??? ??? (36) 因此，應該選用合適的橡膠，提高螺桿泵定子橡膠的耐油氣性能，減小螺桿泵定子橡膠的溶脹量 [22]；根據(jù)油井的供液能力合理選擇螺桿泵泵型，使螺桿泵 在合理的壓差下工作，以減小螺桿泵的容積效率損失，達到提高螺桿泵舉升性能的目的；在橡膠溶脹率一定的條件下，盡可能地減少螺桿泵定子注膠時的橡膠用量，以減小橡膠溶脹量，提高螺桿泵的容積效率 [23]，進而提高螺桿泵的舉升性能。下泵后，螺桿泵定子橡膠的溫度變化是一個重要的因素，不容忽視。s； ? —— 局部阻力系數(shù)； n —— 抽油桿接箍個數(shù) 。 對試驗數(shù)據(jù)進行回歸，得 0M 與 0? 、 n 的關系式為： 輸入相關參數(shù)后，調(diào)參 前的結果如圖 41 所示： 圖 41 調(diào)參前（ n = 98 r/min）程序計算結果截圖 GLB80018 型 螺桿泵在不同轉速下的工作特性曲線參見附錄一中圖 6～ 圖 11所示。從這兩表中 也可以看到，調(diào)參后該井沉沒度從 增加到了，落在 節(jié)中提到的合理沉沒度范圍 200m～ 400m 之內(nèi)；泵效從 %增 西安石油大學 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設計 （論文） 32 加到了 %，但是產(chǎn)液量僅從 84t/d 降到了 82t/d，變化并不大，且符合理論上螺桿泵工作特性曲線中容積效率曲線 隨壓差減小而增加的趨勢特點，如圖 24 及 附錄一中圖 8～ 圖 9 所示。對這樣的情況來說，具體調(diào)整轉速的規(guī)律為：若此時沉沒度在 500m～ 700m，轉速增加 20 r/min 左右較為合適，若沉沒度在 700m 以上，則轉速可增加得更高一些，但轉速調(diào)整最高不要超過 122r/min，否則桿斷的可能性大大增加。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，輸入相關參數(shù)，調(diào)參后的計算結果如圖 44 所示： 圖 44 調(diào)參后（ n = 103 r/min）程序計算結果截圖 由圖 44 可知，調(diào)參后泵的進出口壓差計算結果為 ，并結合圖 25和附錄一中圖 6 分析后可以看出，理論上，此泵目前的工作點位于合理 工作區(qū)內(nèi)右側區(qū)域，但與調(diào)參前相比更接近理論上泵系統(tǒng)效率最高點，經(jīng)過計算校核后抽油桿的安全系數(shù)為 ，也高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 左右的最低標準。 算例 1 下面，針對 GLB80018 型螺桿泵，給出其在 B132153 井中的合理轉速。 螺桿泵的單級工作壓差主要是靠定子和轉子間的過盈量來實現(xiàn)的 [29]，過盈量越大，單級工作壓差就越大，轉子的扭矩也就越大；過盈量越小，單級工作壓差就越小，滿足不了油井舉升的需要，因此，定子和轉子之間摩擦扭矩主要是由定子與轉子間的過盈量來決定的。s； o? —— 油的粘度， Pa 總之，螺桿泵的定子橡膠溫度受綜合因素的影響。 圖 32 定子橫截面圖 定子橡膠溶脹面積 S 及溶脹率 W 計算公式為 282π πS E r? ? ?? ? ? (32) 22282 π π 100%π 8 πErW R E r r? ? ??????? (33) 式中 S ——定子橡膠溶脹面積 W ——定子橡膠溶脹率 E ——定子偏心距 T ——定子導程 r ——轉子半徑 R ——定子內(nèi)徑 ? ——溶脹厚 度。因此，過盈量的大小直接影響螺桿泵泵效的高低。螺桿泵內(nèi)砂粒的速度對螺桿泵的影響分為兩個方面：可以預測的螺桿泵內(nèi)部流速和不可以預測的砂粒的速度引起的螺桿泵內(nèi)流體在空腔與空腔之間的相對滑動。因為在壓力較低時，橡膠密封性能較好，液體漏失量很小，轉 子和定子橡膠幾乎直接接觸摩擦，由于橡膠的摩擦系數(shù)較大，摩擦損失 也較大，機械效率低 ； 當壓力升高到有一些液體漏失時，容積效率緩慢降低，干摩擦變?yōu)橛袧櫽偷哪Σ?，機械效率升高 ；當壓力繼續(xù)升高，有大量液體漏失時，容積效率開始大幅度下降，轉子、定子間的摩擦變?yōu)橐后w之間的摩擦，摩擦損失很小，機械效率很高，螺桿泵 系統(tǒng) 效率的高效區(qū)變寬 ，它的最高點大約在容積效率曲線的拐彎處附近。 圖 23 螺桿泵工作示意圖 螺桿泵相關參數(shù) 螺桿泵的工作壓力 螺桿泵的工作壓力取決于它的級數(shù)和每級能夠承受（實現(xiàn)可靠密封）的壓力大小。 ② 特殊光桿。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)接變速箱，變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。與其它人工舉升方式相比 .螺桿泵低投資、低能耗、對介質適應性強等優(yōu)勢在油田高成熟期挖潛增效的作用日益凸顯。泵的下入深度為 800m～ 900m，平均轉速為 338r/min，平均排液量為 47m3/d，最大排液量達到了196m3/d。由于是利用抽油桿傳遞螺桿泵所需要的扭矩，因此在大排量情況下很難實現(xiàn)深井采油。莫依諾發(fā)明設計出這種泵， 30 年代初期，莫依諾原理獲得專利權，很快便有很多公司開始生產(chǎn)螺桿泵 [1]。推薦螺桿泵的工作轉速在 500r/min 以下。 與其他各種采油方 式一樣，螺桿泵采油也有它自身的缺點：一是容易出現(xiàn)定子脫膠的問題，定子脫膠的原因是由于高速旋轉摩擦產(chǎn)生大量的熱，使被硫化的橡膠在高溫下老化而與鋼管脫離，這就要求橡膠定子具有良好的耐磨、耐腐蝕和耐熱等物理化學性質，同時，還應具有良好的機械性能；再者螺桿泵的排量低，螺桿泵采油系統(tǒng)的排量隨轉數(shù)的不同而不同。如圖 21 所示。轉子在定子內(nèi)轉動，實現(xiàn)抽汲功能。過程中 ，轉子在定子中的位置。 螺桿泵工作特性曲線 螺桿泵工作特征曲線是反映螺桿泵舉升性能的曲線，也可稱作螺桿泵的外特性曲線，它可以通過在室內(nèi)檢測試驗裝置上，模擬井下工況而得到。油井的含沙量對螺桿泵的使 用壽命有較大的影響。 轉子截圓的不圓度（最大直徑與最小直徑之差）應不大于定子與轉子之間的合理過盈量。 表 31 給出了不同螺桿泵泵型定子與轉子間初始過盈值的推薦值。 螺桿泵工作時，受 環(huán)境溫度的變化因素主要有下面幾個方面： （ 1） 地層。 然而，轉速的調(diào)整不但會影響排量的變化，同時也會影響到沉沒度的變化，進而影響螺桿泵的有效舉升高度，影響泵的系統(tǒng)效率及全井系統(tǒng)效率。m； 3M —— 抽油桿柱與井液的摩擦扭矩， N 則克服泵內(nèi)摩擦阻力所需的扭矩 2M 為： ??? nM ? (424) （ 3） 抽油桿柱在井液中旋轉所受摩擦力矩 地面驅動螺桿泵工作時，地面驅動頭通過抽油桿柱帶動井下螺桿泵旋轉，抽油桿柱將會受到環(huán)空管道內(nèi)油液的摩擦阻力矩的作用，假設抽油桿柱為等直徑，流體為牛頓流體，則抽油桿柱所受流體摩擦阻力矩 3M 為： )(15π8 2122222123 rr rL nrM ?? ? (425) 式中 ? ——流體 平均 粘度， Pa 算例 2 下面，繼續(xù)針對 GLB80018 型螺桿泵，給出其在 Z6116 井中的合理轉速。這兩口井增加轉速后，泵效、系統(tǒng)效率反而都下降了，這是什么原因呢？ 這是因為：計算