【正文】 同時(shí)，通過(guò)上面的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們還可以得出以下一些規(guī)律： （ 1）根據(jù)螺桿泵特性曲線的規(guī)律，經(jīng)計(jì)算，如果泵的工作點(diǎn)落在合理工作區(qū)外的左側(cè)或者雖然落在最佳工作區(qū)內(nèi)偏左的區(qū)域，但沉沒(méi)度較高，在 500m 以上，且當(dāng)前泵的轉(zhuǎn)速較低（ 60r/min～ 100r/min），則可適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速以提高系統(tǒng)效率，但同時(shí)泵效會(huì)有所下降，但產(chǎn)液量會(huì)有所增加，則沉沒(méi)度會(huì)降低，趨向合理沉沒(méi) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 35 度區(qū)。這兩口井增加轉(zhuǎn)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?yàn)椋河?jì)算泵進(jìn)出口壓差后再結(jié)合該泵的工作特性曲線，如附錄一中圖1～ 圖 2 所示，該泵在調(diào)參之前轉(zhuǎn)速下工作點(diǎn)已經(jīng)落在最佳工作區(qū)內(nèi)系統(tǒng)效率最高點(diǎn)左側(cè)的區(qū) 域且距離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)非常接近，而增加轉(zhuǎn)速后，該泵在調(diào)參之后轉(zhuǎn)速下工作點(diǎn)卻落在了合理工作區(qū)內(nèi)系統(tǒng)效率最高點(diǎn)偏右的區(qū)域且距離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)較調(diào)參之前遠(yuǎn)，因此在工作特性曲線上表示為泵效、系統(tǒng)效率均下降。 B131170 井 調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速減小，沉沒(méi)度下降，泵效升高，但系統(tǒng)效率有所 下降； Z6116井 調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速減小，沉沒(méi)度增大，泵效升高，系統(tǒng)效率升高； Z32S501井調(diào)參后與調(diào)參前相比轉(zhuǎn)速增加，沉沒(méi)度下降，但泵效與系統(tǒng)效率均升高。調(diào)參后井的系統(tǒng)效率從 %提高到了 %。 將該井轉(zhuǎn)速?gòu)?122 r/min 減小到 103r/min。 算例 2 下面，繼續(xù)針對(duì) GLB80018 型螺桿泵，給出其在 Z6116 井中的合理轉(zhuǎn)速。 GLB80018 型螺桿泵及 B132153 井相關(guān)參數(shù)調(diào)參前后對(duì)比可參見附錄二中表 1～ 表 2 所示。 由圖 41 可知，泵的進(jìn)出口壓差計(jì)算結(jié)果為 ，并結(jié)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(diǎn)已經(jīng)位于 最佳工作區(qū)內(nèi) ，泵效及系統(tǒng)效率均較高 ， 且經(jīng)過(guò)計(jì)算校核后抽油桿安全系數(shù)為 ，高于通常所要求的安全系數(shù)一般為 3 左右的最低標(biāo)準(zhǔn)。d —— 抽油桿內(nèi)直徑， m. 算例 根據(jù)上述研究分析，確定螺桿泵合理轉(zhuǎn)速范圍的步驟為： （ 1） 在已知 某型 螺桿泵及井的相關(guān)參數(shù)的 條件下 ，計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速下該泵型螺桿泵進(jìn)出口壓差并對(duì)抽油桿進(jìn)行受力分析； （ 2）根據(jù)該泵型螺桿泵在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線，判斷當(dāng)前泵的工作點(diǎn)所處區(qū)域，如圖 41 所示； （ 3）結(jié)合考慮下泵深度、當(dāng)前沉沒(méi)度，給出轉(zhuǎn)速調(diào)整方案； 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 28 （ 4）如有必要，再重復(fù)步驟（ 1） ～ 步驟（ 2），確定該螺桿泵合理轉(zhuǎn)速范圍。 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(zhuǎn)所受摩擦力矩 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵工作時(shí)，地面驅(qū)動(dòng)頭通過(guò)抽油桿柱帶動(dòng)井下螺桿泵旋轉(zhuǎn)，抽油桿柱將會(huì)受到環(huán)空管道內(nèi)油液的摩擦阻力矩的作用，假設(shè)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此外，增大的扭矩還與泵轉(zhuǎn)速有關(guān)，認(rèn)為當(dāng)泵轉(zhuǎn)速?gòu)?50 r/min 增加到 250 r/min時(shí)，油浸后的摩擦扭矩增量從 N nM ?? ? (422) 式中 0M —— 轉(zhuǎn)子與定子初始過(guò)盈所產(chǎn)生的摩擦扭矩， Nm. 為了使螺桿泵能夠正常工作，就必須使定子和轉(zhuǎn)子間的空腔保持良好的密封性，即必須有一定的過(guò)盈量，原因是： ① 受加工工藝技術(shù)的限制，不能保證定子和轉(zhuǎn)子具有完全理想的幾何形狀； ② 定子橡膠是彈性體，在一定壓差下會(huì)發(fā)生彈性變形和漏失； ③ 由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力和液壓徑向力，這兩個(gè)力的合力將使轉(zhuǎn)子在合力的方向上壓縮定子橡膠而產(chǎn)生位移，從而使定子和轉(zhuǎn)子間的另一側(cè)產(chǎn)生間隙。m； 3M —— 抽油桿柱與井液的摩擦扭矩， N 則抽油桿柱所受的軸向力為： 4321 FFFFF ???? (413) 式 中 1F —— 抽油桿自重， N； 2F —— 流體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力， N； 3F —— 抽油桿浮力， N； 4F —— 采出液流動(dòng)時(shí)對(duì)抽油桿的軸向摩擦力， N. （ 1） 抽油桿柱的自身重量 LrF 2111 π?? (414) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 23 式中 1F —— 桿柱頂部載荷， N； 1? —— 抽油桿線密度， kg/m3； L —— 抽油桿柱長(zhǎng)度， m； 1r —— 抽油桿柱半徑， m. （ 2） 流體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力，即泵壓頭作用在螺桿泵的轉(zhuǎn)子上對(duì)抽油桿柱產(chǎn)生的軸向力 peRRF ??? )16π( 22 (415) 式中 2F —— 流體壓力作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力， N； e —— 螺桿泵的偏心矩， m； R —— 螺桿泵的轉(zhuǎn)子截面半徑， m； p? —— 螺桿泵進(jìn)出口壓差， Pa. （ 3） 抽油桿在井液中的浮力 ? ?? ??ni iili LllGF 13 ， (416) 式中 3F —— 抽油桿所受的浮力， N； liG —— 第 1 段每米抽油桿同體積的井液的重量， N/m； （ 4） 流體向上流動(dòng)對(duì)抽油桿向上的摩 擦力 LveF ll4 π2 ??? (417) 其中 )1(ln)1( 1 222l ??? ?? mmm me， 12ddm? 式中 4F —— 桿柱摩擦載荷， N； ? —— 流體的粘度 ， Pa 則 ???????? ???? 22 2e2l1l1 vndLvghp ???? (46) 其中 12e ddd ?? ， ed 為當(dāng)量直徑， m； 式中 l? —— 油管與抽油桿所形成的環(huán)空中 流 體密度， kg/m3； 1d —— 抽油桿的直徑， m； 2d —— 油管的直徑， m. 根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，作用在抽油桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩為 ??21222221l2 π dd LddM ?? (47) 式中 ? —— 抽油桿的角速度， rad/s. 克服該阻力矩消耗的功為 221222221l22 π ??? dd LddMN ??? (48) 該功率等效的液柱舉升高度為 ? ?212222221l2 π ddgQ Lddh ?? ?? (49) 則 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 22 ? ?212222221l2 π ddQ Lddp ??? ?? (410) 泵內(nèi)摩阻力矩 3M =（ N 由水力學(xué)知識(shí)， 沿程水頭損失為 221 eL v vhnd g g???? (42) 2eπ4dQv? (43) 64Re?? (44) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 21 lel??vdRe? (45) 式中 Q —— 泵的實(shí)際排量， m3/s； l? —— 流體的平均粘度， Pa 然而，轉(zhuǎn)速的調(diào)整不但會(huì)影響排量的變化，同時(shí)也會(huì)影響到沉沒(méi)度的變化，進(jìn)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。 螺桿泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大小直接影響螺桿泵的舉升效率和螺桿泵的壽命。 轉(zhuǎn)速的影響 從 螺桿泵工作特性 曲線 可以 看出， 如圖 24 所示 ， 螺桿泵的系統(tǒng)效率隨著舉升高度的增加而升高，當(dāng)系統(tǒng)效率達(dá)到最大時(shí)，再增加舉升高度，泵的容積效率和系統(tǒng)效率呈現(xiàn)出迅速 下降 的 趨勢(shì)。如注蒸汽，可使螺桿泵定子橡膠的溫度大幅度升高；如注水、泥漿等都會(huì)使螺桿泵的溫度下降。 螺桿泵工作時(shí)，受 環(huán)境溫度的變化因素主要有下面幾個(gè)方面： （ 1） 地層。實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)既可保證間隙的存在，又可保證螺桿泵的自吸和輸送能力 [24][25]。 （ 2） 定子橡膠的溫脹及磨損 在螺桿泵的工作過(guò)程中，螺桿泵的定子與轉(zhuǎn)子之間存在多個(gè)緊密接觸的密封界面，隨著螺桿泵工作壓力的增高，定子橡膠會(huì)撐開，密封界面處間隙增大，使螺桿泵的回流量（內(nèi)泄）增大；當(dāng)螺桿泵在額定工作壓力以下工作時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子接觸得很緊密，使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力很大，導(dǎo)致定子與轉(zhuǎn)子的 密封界面產(chǎn)生大量的摩擦熱，并積聚在泵腔內(nèi)部，使定子與轉(zhuǎn)子表面急劇升溫。如圖 32 所示，為定子橡膠溶脹后的螺桿泵定子橫截面。 表 31 給出了不同螺桿泵泵型定子與轉(zhuǎn)子間初始過(guò)盈值的推薦值。 螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動(dòng)是嚙合運(yùn)動(dòng)，定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙過(guò)大，會(huì)使螺桿泵相鄰兩級(jí)連通，即某一級(jí)失去舉升能力；相反，間隙過(guò)小或者過(guò)盈量過(guò)大 ,會(huì)使 嚙合運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉。一方面，過(guò)盈量可獲較高的泵效，但是抽油桿的扭矩增加，易出現(xiàn)油管、抽油桿斷脫現(xiàn)象，并且定子橡膠磨損加劇，影響泵的壽命；另一方面，過(guò)盈量小雖然不宜出現(xiàn)上述問(wèn)題，但泵的容積效率過(guò)低，將降低螺桿泵的系統(tǒng)效率。 arcsin2π 2TL e??? (31) 式中 L? ——導(dǎo)程的誤差 T ——導(dǎo)程 ? ——過(guò)盈量 e ——偏心距 過(guò)盈量的影響 螺桿泵的工作原理決定了要保證一定的泵效，就必須使定子、轉(zhuǎn)子表面的接觸線保持充分密封，而密封的程度取決于轉(zhuǎn)子與定子之間 的過(guò)盈量。 轉(zhuǎn)子截圓的不圓度（最大直徑與最小直徑之差）應(yīng)不大于定子與轉(zhuǎn)子之間的合理過(guò)盈量。對(duì)于舉升低粘度（小于 100 mPa螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動(dòng)是嚙合運(yùn)動(dòng)，為了不發(fā)生干涉現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)高效可靠運(yùn)行，在螺桿泵的加工過(guò)程中，必須保證定子與轉(zhuǎn)子具有較高的型線精度、尺寸精度和表面質(zhì)量 [19]。而且若轉(zhuǎn)子表面硬質(zhì)鍍層脫落，特別是在酸性油井中，將加劇螺桿泵的腐蝕。油井的含沙量對(duì)螺桿泵的使 用壽命有較大的影響。 泵在這一區(qū)域工作不但效率高，而且壽命長(zhǎng)。 泵在井下工作時(shí)，若工作點(diǎn)落在 合理工作區(qū) 外 的右側(cè)，泵的容積效率很低，甚至抽不出油，失去了螺桿泵高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì) 。m 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 螺桿泵最佳 /合理 工作區(qū) 的選擇 泵的容積效率隨壓力升高而降低，機(jī)械效率隨壓力升高而升高。 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(guò)在室內(nèi)檢測(cè)試驗(yàn)裝置上，模擬井下工況而得到。 螺桿泵的水功率 螺桿泵的水 功率 wP ， 即在一定的揚(yáng)程下，將一定排量的井下液體舉升到地 面所需要的功率， 也稱為螺桿泵的有效功率，有 10 286 400w ???? HQP ? (24) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 式中 ? —— 混合液 密度， kg/ m3； Q —— 螺桿 泵的 實(shí)際 排量， m3/d； H —— 螺桿泵 有效舉升高度， m. 其中 ? ?? 102cty ???? pphH (25) 式中 yh —— 動(dòng)液面深度 ， m； tp —— 油壓 ， MPa； cp —— 套壓 ， MPa； ? —— 混合液比重。 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 螺桿泵的理論排量 螺桿泵的理論排量為 th 144 0 4Q eDT n?? (21) 式中 thQ —— 理論排量， m3/d； e —— 偏心距， m； D —— 轉(zhuǎn)子截面直徑， m； T —— 定子導(dǎo)程， m； n —— 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， r/min. 螺桿泵的容積效率 螺桿泵的 容積效率 v? 也常稱為螺桿泵的泵效，可由下式計(jì)算： %100thv ?? ? (22) 式中 Q —— 螺桿泵的 實(shí)際排量， m3/d. 式 (21)和式 (22)中偏心距 e 、轉(zhuǎn)子截面直徑 D 、定子導(dǎo)程 T 都是螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)。因此，螺桿泵抽油井桿管環(huán)空中井液的流動(dòng)形態(tài)與抽油機(jī)井不同，是典型的穩(wěn)定環(huán)空螺旋流動(dòng) [13]。過(guò)程中 ，轉(zhuǎn)子在定子中的位置。螺桿泵是靠空腔排油，由于定子比轉(zhuǎn)子多一條螺旋線，所以在轉(zhuǎn)子與定子間形成一個(gè)個(gè)互不連通的封閉腔室，