【正文】 對(duì)這樣的情況來說，具體調(diào)整轉(zhuǎn)速的規(guī)律為：若此時(shí)沉沒度在 500m～ 700m，轉(zhuǎn)速增加 20 r/min 左右較為合適，若沉沒度在 700m 以上，則轉(zhuǎn)速可增加得更高一些，但轉(zhuǎn)速調(diào)整最高不要超過 122r/min，否則桿斷的可能性大大增加。這就要求我們應(yīng)該在深入了解螺桿泵基本工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)螺桿泵工作特性曲線來 判斷當(dāng)前泵工作點(diǎn)所處區(qū)域，再結(jié)合具體情況進(jìn)行增加或減小轉(zhuǎn)速的調(diào)整。 小結(jié)及建議 綜合以上的分析研究，可以看出，轉(zhuǎn)速與螺桿泵容積效率、系統(tǒng)效率的關(guān)系非常復(fù)雜，并非單純的正比或反比關(guān)系甚至通用公式可以描述。相似地，從表 42 中 C921S316 井調(diào)參前后的數(shù)據(jù)對(duì)比也可以看出，轉(zhuǎn)速?gòu)?60 r/min 增加到 80 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 25 t/d 上升到 30 t/d，沉沒度從 下降到 。以上 3口井調(diào)參前后變化的原因也可以通過泵工作特性曲線給出合理的解釋。共同的原因在于，經(jīng)過計(jì)算，調(diào)參前，泵的工作點(diǎn)落在了泵工作特性曲線中系統(tǒng)效率最高點(diǎn)左側(cè)的最佳工作區(qū)內(nèi)，但距 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 34 離系統(tǒng)效率最高點(diǎn)較遠(yuǎn)；而調(diào)參后，泵的工作點(diǎn)向右側(cè)有所移動(dòng)，更加靠近系統(tǒng)效率最高點(diǎn)，如圖 25 所示，這一趨勢(shì)引起的泵效和系統(tǒng)效率變化與工作特性曲線中該區(qū)域內(nèi)泵效與系統(tǒng)效率隨壓差變化而變化的趨勢(shì)是相符的。 利用上述方法總共進(jìn)行了 10 口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，各井調(diào)參前后主要參數(shù)對(duì)比如表 41～ 表 42 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(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 32 加到了 %，但是產(chǎn)液量?jī)H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(shì)特點(diǎn)，如圖 24 及 附錄一中圖 8～ 圖 9 所示。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，輸入相關(guān)參數(shù)，調(diào)參后的計(jì)算結(jié)果如圖 44 所示： 圖 44 調(diào)參后（ n = 103 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 由圖 44 可知，調(diào)參后泵的進(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)位于合理 工作區(qū)內(nèi)右側(cè)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(diǎn)，經(jīng)過計(jì)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(biāo)準(zhǔn)。但是，可以看到，該井沉沒度較低，達(dá)到了 ，說明目前該井供液能力并不強(qiáng)，且目前泵的進(jìn)出口壓差 與工作特性曲線理論 上的泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓差 相比還有一定的差距，因此，決定對(duì)該井進(jìn)行下調(diào)參，即減小泵的轉(zhuǎn)速，以期適當(dāng)增加沉沒度、提高泵效和系統(tǒng)效率。 輸入相關(guān)參數(shù)后，調(diào)參前的結(jié)果如圖 43 所示： 圖 43 調(diào)參前（ n = 122 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 GLB80018 型 螺桿泵在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線參見附錄一中圖 6～ 圖 11所示。 因此，我們認(rèn)為，對(duì)于 GLB80018 型螺桿泵，其在 B132153 井中的最合理轉(zhuǎn)速為 117r/min。從這兩表中 也可以看到，調(diào)參后該井沉沒度從 614m 降到了，距離 節(jié)中提到的合理沉沒度范圍 200m～ 400m 也更近了一步，雖然泵效從 58%降到了 48%，但是產(chǎn)液量從 64t/d 增加到了 65t/d，而且符合理論上螺桿 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 30 泵工作特性曲線中容積效率曲線隨壓差增加而降低的趨勢(shì)特點(diǎn)，如圖 24 及 附錄一中圖 8～ 圖 9 所示。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，輸入相關(guān)參數(shù)，調(diào)參后的計(jì)算結(jié)果如圖 42 所示： 圖 42 調(diào)參后（ n = 117 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 由圖 42 可知，調(diào)參后泵的進(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)也位于 最佳工作區(qū)內(nèi) ，并且與調(diào)參前相比更接近理論上泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)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(biāo)準(zhǔn)。但是，可以看到，該井沉沒度較高，達(dá)到了 614m，說明目前該井供液能力較強(qiáng)，且目前泵的進(jìn)出口壓差 與工 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 29 作特性曲線理論上的泵系統(tǒng)效率最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓差 相比還有一些差距，因此，決定對(duì)該井進(jìn)行上調(diào)參，即增加泵的轉(zhuǎn)速，以期適當(dāng)降低沉沒度、提高井的系統(tǒng)效率。輸入相關(guān)參數(shù)后，調(diào)參 前的結(jié)果如圖 41 所示： 圖 41 調(diào)參前（ n = 98 r/min）程序計(jì)算結(jié)果截圖 GLB80018 型 螺桿泵在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線參見附錄一中圖 6～ 圖 11所示。 算例 1 下面，針對(duì) GLB80018 型螺桿泵，給出其在 B132153 井中的合理轉(zhuǎn)速。3n 116π dddW (431) ? ? ss?? ? (432) 式中 ? —— 復(fù)合應(yīng)力， MPa； t? —— 拉應(yīng)力， MPa； ? —— 剪應(yīng)力， MPa； nW —— 抗扭截面模量； ??? —— 許用應(yīng)力， MPa； A —— 抽油桿截面積， mm2； s —— 安全系數(shù)； s? —— 抽油桿屈服極限強(qiáng)度， MPa； 39。s； 1r ——抽油桿半徑， m； 2r ——油管內(nèi)半徑， m； L ——抽油桿長(zhǎng)度， m. 抽油桿強(qiáng)度校核與設(shè)計(jì)分析 在滿足強(qiáng)度極限的條件下，盡量選擇小直徑的抽油桿。m。m增加到 48 N摩擦扭矩增加的原因有兩個(gè)：一是油浸介質(zhì)中的輕質(zhì)成分在高溫高壓條件下滲透到橡膠內(nèi)部，使橡膠體積膨脹，增大了轉(zhuǎn)子和定子間的過盈值；二是油浸后橡 膠的硬度增大，即可從油浸前的邵 A 硬度 65 增加到油浸后的邵 A 硬度 70，定子的彈性模量也增加，泵的摩擦扭矩也隨著增大。m； 0? —— 泵定子與轉(zhuǎn)子初始過盈值， mm； n —— 轉(zhuǎn)速， r/min. 定子與轉(zhuǎn)子間由于熱脹產(chǎn)生的摩擦扭矩為： RfKM rt0r ?? (423) 式中 0K —— 定子橡膠的彈性模量， N/m； ? —— 襯套橡膠在井下因熱脹而增加的過盈量， m； rtf —— 定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦系數(shù)； R —— 轉(zhuǎn)子截面半徑， m. 螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子由于井下橡膠熱脹所產(chǎn)生的摩擦扭矩，與橡膠的彈性和橡 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 26 膠徑向熱脹量的乘積成正比，根據(jù)橡膠特性，當(dāng)溫度升高時(shí)，定子橡膠硬度減小，橡膠的彈性模量減小，但溫度升高橡膠徑向熱脹量增大，這兩個(gè)變量綜合作用的結(jié)果使摩擦扭矩基本沒有變化。 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，得 0M 與 0? 、 n 的關(guān)系式為： 螺桿泵的單級(jí)工作壓差主要是靠定子和轉(zhuǎn)子間的過盈量來實(shí)現(xiàn)的 [29]，過盈量越大，單級(jí)工作壓差就越大，轉(zhuǎn)子的扭矩也就越大；過盈量越小，單級(jí)工作壓差就越小，滿足不了油井舉升的需要，因此，定子和轉(zhuǎn)子之間摩擦扭矩主要是由定子與轉(zhuǎn)子間的過盈量來決定的。m； sM ——由定子溶脹而產(chǎn)生的摩擦扭矩， Nm. （ 1） 轉(zhuǎn)子的有功扭矩 螺桿泵工作時(shí)通過螺桿 － 襯套副的作用，將轉(zhuǎn)子的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成流體的壓能，每轉(zhuǎn)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為： pqM ??1π2 (419) nQq 1440v? (420) 式中 q ——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周的理論排量， m3； p? ——螺桿泵吸 入端與排出端流體壓差， Pa； n ——轉(zhuǎn)速， r/min； vQ ——泵的體積流量， m3/d. （ 2） 定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩 單螺桿泵在井底工作時(shí)，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子間存在過盈配合，所以定轉(zhuǎn)子間存在著摩擦，定子對(duì)轉(zhuǎn)子施加摩擦扭矩的作用，其扭矩可表示為： sr02 MMMM ??? (421) 式中 0M ——定子與轉(zhuǎn)子間的初始過 盈產(chǎn)生的摩擦扭矩， Nm； 2M —— 定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦 扭矩， Ns； ； 1v —— 流體的平均流速， m/s. 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 24 抽油桿負(fù)載扭矩 地面驅(qū)動(dòng)的單螺桿泵抽油井是由地面動(dòng)力驅(qū)動(dòng)抽油桿帶動(dòng)其轉(zhuǎn)子在定子 內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而將原油從井下舉升到地面的抽油設(shè)備。 根據(jù)抽油桿受力時(shí)的力學(xué)特點(diǎn) ,在建立模型時(shí)假設(shè)：抽油桿在井下為剛性桿柱并且在抽油桿截取的微單元體上，線密度及截面積相同。m），由此得 Qgh?? 3 gQ?? (411) 則 Qp ??l3 ?? (412) 抽油桿受力分析 抽油桿所受軸向力 螺桿泵抽油井工作過程中，管柱受力狀況與抽油機(jī)井不同，由于螺桿泵連續(xù)穩(wěn)定地抽汲原油，管柱不承受交變的液柱載荷。s； ? —— 局部阻力系數(shù)； n —— 抽油桿接箍個(gè)數(shù) 。s； o? —— 油的粘度， Pa 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 20 第 4 章 螺桿泵合理轉(zhuǎn)速的研究 螺桿泵進(jìn)出口壓差的計(jì)算 根據(jù)螺桿泵的工作原理，泵 進(jìn)出口壓差 的確定可用如下的計(jì)算公式： t l l c fp p g L g h p p?? ?? ? ? ? ? ? ? (41) 式中 l? —— 油管與抽油桿所形成的環(huán)空中 流體的平均密度 ， kg/m3； l?? —— 油管與套管所形成的環(huán)空中 流體的平均密度 ， kg/m3； L —— 泵出口至井口的距離， m； h —— 沉沒度 ， m； cp —— 井口套壓， Pa； tp —— 井口油壓， Pa； fp? —— 泵出口至井口流體流動(dòng)的摩擦阻力損失， Pa. 由于螺桿泵的工作方式是靠電機(jī)以膠帶傳動(dòng)或直接傳動(dòng)兩種方式驅(qū)動(dòng)抽油桿和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將原油舉升到地面，因此，可以把沿程摩阻損失 fp? 看成由原油沿泵以上的油管和抽油桿的環(huán)形空間向上流動(dòng)的沿程水頭損失和局部水頭損失之和1P? 、抽油桿在原油中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的粘性阻力 2P? 、轉(zhuǎn)子在定子中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所造成的摩擦損失 3P? 所組成。 有的文獻(xiàn)研究認(rèn)為螺桿泵井合理沉沒度一般低于 400m[26]； 有的 認(rèn)為合理沉沒度應(yīng)控制在 200m300m[27,28]； 有的 認(rèn)為 沉沒度應(yīng)控制在 200m500m[29]；也有的認(rèn)為沉沒度應(yīng)控制在 200m～ 400m[30]。因此， 理論上， 要實(shí)現(xiàn)較大的排量 Q 只要提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 19 n 。螺桿泵的轉(zhuǎn)速過低，將會(huì)發(fā)生卡泵現(xiàn)象；反過來，轉(zhuǎn)速過高，會(huì)使螺桿泵抽空。 另一方面，對(duì)于已經(jīng)處在生產(chǎn)狀態(tài)中的螺桿泵井來說，在螺桿泵結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括導(dǎo)程、轉(zhuǎn)子直徑、偏心距 、過盈量）、定子橡膠確定的條件下，以及生產(chǎn)過程中井下條件、生產(chǎn)設(shè)備基本一定的條件下，螺桿泵工作參數(shù)的調(diào)整，即轉(zhuǎn)速的調(diào)整就成為影響螺桿泵容積效率和系統(tǒng)效率的最主要因素。為此，為保持較高的系統(tǒng)效率，下泵深度應(yīng)維持在合理范圍。下泵后，螺桿泵定子橡膠的溫度變化是一個(gè)重要的因素，不容忽視。 總之，螺桿泵的定子橡膠溫度受綜合因素的影響。 （ 3） 油井作業(yè)時(shí)，也會(huì)使螺桿泵的溫度發(fā)生變化。螺桿泵下入深度越深，即下泵深度越大，環(huán)境溫度越高； （ 2） 螺桿泵舉升流體與橡膠摩擦產(chǎn)生大量的熱量。但是溫度增高，會(huì)使定子橡膠發(fā)生溫脹加快損壞，降低螺桿泵的舉升性能，減少了螺桿泵的使用壽命，溫度越高，定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力增加量越大，也使得螺桿泵的系統(tǒng)工況變差。 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 18 溫度的影響 溫度的影響對(duì)螺桿泵有好的一面