【正文】 ，也有壞的一面，不利的因素占的比例大。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙時，必須保證螺桿泵在額定壓力和轉(zhuǎn)速下工作時的回流量在規(guī)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)以下；而硬質(zhì)定子材料 的選擇，必須綜合考慮材料的熱膨脹、摩擦系數(shù)、耐磨性及與輸送介質(zhì)的相容性。高溫的地下油液以及摩擦熱的生成，使螺桿泵內(nèi)過流部件長期處于較高溫度下工作，定子橡膠受熱后產(chǎn)生變形和膨脹，進(jìn)而加劇了定子和轉(zhuǎn)子密封界面處的摩擦熱的生成，這種惡性循環(huán)的發(fā)展，必然加速定子內(nèi)表面橡膠的老化和磨損，降低螺桿泵的使用壽命。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(yīng)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(dá)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(jìn)而提高螺桿泵的舉升性能。 圖 32 定子橫截面圖 定子橡膠溶脹面積 S 及溶脹率 W 計(jì)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(dǎo)程 r ——轉(zhuǎn)子半徑 R ——定子內(nèi)徑 ? ——溶脹厚 度。 下面我們分析一下定子橡膠溶脹導(dǎo)致的螺桿泵的容積效率損失。 表 31 不同泵型的初始過盈值 泵型 初始過盈值 (mm) 泵型 初始過盈值 (mm) GLB4042 ~ GLB28020 ~ GLB7540 ~ GLB50014 ~ GLB12027 ~ GLB80014 ~ GLB20033 ~ GLB120014 ~ 定子橡膠的溶脹、溫脹及磨損 螺桿泵工作在油井中，高壓、運(yùn)轉(zhuǎn)疲勞、摩擦，流體中含氣，特別是流體中含二氧化碳、硫化氫氣體等對定子橡膠都有影響 [20]。螺桿泵在井下工作時的總過盈值主要包括 ——螺桿泵給定的初始過盈值、由熱膨脹和原油溶脹造成的過盈值。 螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子之間的過盈值直接影響螺桿泵的工作扭矩、單級工作壓差和輸送介質(zhì)的漏失量。 螺桿泵在結(jié)構(gòu)上是由剛性轉(zhuǎn)子（一般由各種鋼材、陶瓷等材料制成）與彈性定子（一般由工業(yè)橡膠或塑料等材料制成）相對運(yùn)動時形成密閉容腔；其工作原理為轉(zhuǎn)子繞著距定子中心一定偏心值（ e 值）進(jìn)行類似的行星運(yùn)動，在此過程中所形成閉合容腔作軸向移動，從而帶動介質(zhì)從入口處輸送到出口處。因此，要對過盈量進(jìn)行合理地選擇。曲線表明不同過盈量下的容積效率的差別很大，因而將嚴(yán)重影響泵的系統(tǒng)效率。因此，過盈量的大小直接影響螺桿泵泵效的高低。 導(dǎo)程的誤差對螺桿泵的每一級以及 整體而言，可用式（ 31）來限定。 （ 3） 導(dǎo)程 T 的誤差 導(dǎo)程誤差會使定子與轉(zhuǎn)子的嚙合位置發(fā)生變化，即發(fā)生干涉；同時，定子與轉(zhuǎn)子的配合也發(fā)生變化，即一邊過盈增加，一邊出現(xiàn)間隙。如果圓度誤差較大，轉(zhuǎn)子的某個部位因?yàn)橹睆捷^小，實(shí)現(xiàn)不了過盈配合，那么在運(yùn)轉(zhuǎn)的某一時刻某一嚙合點(diǎn)會出現(xiàn)間隙，降低舉升能力；同時，過盈量的不均勻也會導(dǎo)致定子不同部位橡膠的磨損程度不同而降低螺桿泵的壽命，所以轉(zhuǎn)子截圓圓度是轉(zhuǎn)子 型線精度的主要指標(biāo)，應(yīng)盡量提高轉(zhuǎn)子的截圓圓度。s）介質(zhì)的螺桿泵，我們一般要求轉(zhuǎn)子直徑稍大，即實(shí)現(xiàn)過盈配合。 （ 2） 轉(zhuǎn)子直徑 D 的誤差 轉(zhuǎn)子直徑 D 如 果過小，表現(xiàn)為定子與轉(zhuǎn)子之間出現(xiàn)空隙，定子與轉(zhuǎn)子不接觸，相鄰腔室及相鄰兩級連通，失去舉升能力。 （ 1） 偏心距 e 的誤差 當(dāng)實(shí)際偏心距小于設(shè)計(jì)偏心距 e 時，定子與轉(zhuǎn)子之間會出現(xiàn)間隙，相鄰兩個腔室連通，使某一級失去舉升能力；相反，當(dāng)實(shí)際偏心距大于設(shè)計(jì)偏心距 e 值，會使定子與轉(zhuǎn)子之間的過盈量很大，甚至?xí)箛Ш线\(yùn)動發(fā)生干涉。合理選擇這些參數(shù)能夠使螺桿泵定子與轉(zhuǎn)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。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(yù)測的螺桿泵內(nèi)部流速和不可以預(yù)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。砂粒的硬度高于轉(zhuǎn)子表面的硬度時，會將轉(zhuǎn)子表面的硬質(zhì)涂層劃傷，從而損壞定子，通常砂粒硬度的增加會加劇螺桿泵的磨損。螺桿泵的摩損于進(jìn)入到螺桿泵內(nèi)與轉(zhuǎn)子定子接觸砂粒的數(shù)量成正比關(guān)系。較大的砂粒，不易通過螺桿泵內(nèi)的密封線，常常嵌入定子的表面，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時磨損轉(zhuǎn)子；高含量的粉細(xì)砂以高速度沖擊轉(zhuǎn)子和定子，在螺桿泵轉(zhuǎn)子的谷頂磨出較深的溝槽。 附錄一中給出了現(xiàn)場 中常用的 2 種泵型（ KGLB50020 和 GLB80018）在不同轉(zhuǎn)速下的工作特性曲線及其合理 /最佳工作區(qū)，如附錄一中圖 1～ 圖 11 所示。 通過調(diào)研大量研究 資料 并經(jīng)過綜合考慮后，我們認(rèn)為，合理工作區(qū)內(nèi)的左側(cè)區(qū)域，即 B 點(diǎn)（理論上系統(tǒng)效率最高點(diǎn)）和 A 點(diǎn)分別對應(yīng) 2P? 、 1P? 之間的區(qū)域?yàn)槁輻U泵的最佳工作區(qū)域。這種現(xiàn)象在現(xiàn)場使用時有發(fā)生。 如 圖 25 的 螺桿泵 工作特性 曲線 所示，我們認(rèn)為 當(dāng)容積效率為 60%時， 系統(tǒng)效率 曲線上 A、 C 兩 點(diǎn) 分別對應(yīng)的 1P? 、 3P? 之間的區(qū)域?yàn)楹侠砉ぷ鲄^(qū)域 [17,18]。因?yàn)樵趬毫^低時，橡膠密封性能較好，液體漏失量很小，轉(zhuǎn) 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(jī)械效率低 ； 當(dāng)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(jī)械效率升高 ；當(dāng)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(zhuǎn)子、定子間的摩擦變?yōu)橐后w之間的摩擦，摩擦損失很小，機(jī)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(diǎn)大約在容積效率曲線的拐彎處附近。 圖 24 螺桿泵工作特征曲線 ① ② ③ 0 500 400 300 200 100 0 100 80 60 40 20 12 14 16 18 20 2 6 4 8 10 Δp, MPa η, η v, % M, N螺桿泵工作特征曲線有三 條曲線組成： 曲線 ① ： 容積效率 ? ?v? 曲線 ——容積效率與揚(yáng)程 ? ?p? 的關(guān)系曲線； 曲線 ② ： 扭矩 ? ?M 曲線 ——轉(zhuǎn)子扭矩與揚(yáng)程 ? ?p? 的關(guān)系曲線； 曲線 ③ ： 系統(tǒng)效率 ??? 曲線 ——系統(tǒng)效率與揚(yáng)程 ? ?p? 的關(guān)系曲線。因此 ，提高全井系統(tǒng)效率 的關(guān)鍵 就 在于降低井下的能量損耗 ，提高井下效率，即提高泵的系統(tǒng)效率，而如何 提高 全 井系統(tǒng)效率 的問題也就轉(zhuǎn)化成如何提高螺桿泵系統(tǒng)效率的問題。 螺桿泵井系統(tǒng)效率 我們定義螺桿泵井的系統(tǒng)效率為螺桿泵抽油系統(tǒng)的有效功率（即水功率）與輸入功率的比值，即 iwPP?? (26) 式中 iP —— 電動機(jī)輸入功率， kW； 根據(jù)螺桿泵采油系統(tǒng)工作特點(diǎn)，以盤根盒 為界可將其效率分為 2 部分，即地面效率和井下效率 [14] downup ??? ?? (27) 式中 up? —— 地面效率， %； down? —— 井下效率， %. （ 1）地面效率 地面部分的能量損失主要發(fā)生在電動機(jī)、減速箱和皮帶中，因此有 321up ???? ??? (28) 式中 1? —— 電機(jī)效率， %； 2? —— 減速箱效率， %； 3? —— 皮帶效率， %. （ 2）井下效率 井下部分的能量損失主要在抽油桿、管柱和螺桿泵中，有 p54dow n ???? ??? (29) 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 式中 4? —— 抽油桿效率， %； 5? —— 管柱效率， %； p? —— 螺桿泵系統(tǒng)效率， %. 因此，可得 p54321 ??????? ?????? (210) 我們也可以這樣認(rèn)為：就一般的生產(chǎn)井而言，在正常情況下，地面設(shè)備的效率不會太低 [15]。m. 上述系統(tǒng)效率公式中，排出壓力 pout 與下泵的深度有關(guān)； pin 取決于泵的沉沒度，也與下泵深度有 一定的 關(guān)系；轉(zhuǎn)子的工作扭矩 M 與定子和轉(zhuǎn)子的配合間隙（過盈）有關(guān)，配合得越緊，摩擦阻力矩越大。結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，螺桿泵的排量就只與轉(zhuǎn)速 n 和容積效率 v? 有關(guān)。而每級能夠承受的壓力大小，則取決于定子和轉(zhuǎn)子的配合間隙（過盈）。 圖 23 螺桿泵工作示意圖 螺桿泵相關(guān)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(shí)現(xiàn)可靠密封）的壓力大小。就這樣，油液通過一個又一個的密封腔室從吸入端被推擠到排出端，壓力不斷升高，排量非常均勻，從而形成穩(wěn)定的環(huán)空螺旋流動。連續(xù)輸液的過程，是以連續(xù)不斷地打開和關(guān)閉密封腔室而實(shí)現(xiàn)的。 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 圖 22 螺桿泵定子 轉(zhuǎn)子副 如圖 23 所示，為單螺桿泵采油系統(tǒng)的工作示意圖，圖中為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 180176。 如圖 22 所示，為單螺桿泵定子 —轉(zhuǎn)子副，定子和轉(zhuǎn)子之間形成一系列的密封腔室，轉(zhuǎn)子運(yùn)動時（行星運(yùn)動），密封腔室在軸線方向沿螺旋線運(yùn)動，按照旋向，輸送原油。 螺桿泵采油系統(tǒng)工作原理 螺桿泵采油系統(tǒng)工作時，由地面動力設(shè)備帶動抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，連接于抽油桿底 端的螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，井液從螺桿泵下部吸入，由上端排出，并從油管流出井口，再通過地面管線輸送至計(jì)量站。 ④ 油管防脫裝置。 ③ 抽油桿防倒轉(zhuǎn)裝置。 ② 特殊光桿。 （ 4） 配套工具部分 ① 專用井口。 （ 3） 電控部分 電控箱是螺桿泵井的控制部分，控制電機(jī)的啟、停。定子是由丁腈橡膠硫化粘接在定子管內(nèi)形成的，轉(zhuǎn)子由合金鋼調(diào)質(zhì)后，經(jīng)車銑、剖光、鍍鉻而成。 （ 2） 井下泵部分 井下泵部分主要由抽油桿、接頭、轉(zhuǎn)子、導(dǎo)向頭和油管、接箍、定子、尾管等組成。 ④ 方卡子。 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 6 ③ 密封盒。它是螺桿泵的動力源，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。它將電機(jī)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(fù)荷傳遞到采油樹上。機(jī)械傳動的驅(qū)動裝置主要由以下幾部分組成： ① 減速箱。 1電控箱； 2電機(jī)； 3皮帶； 4方卡子； 5減速箱； 6壓力表； 7專用井口； 8抽油桿； 9抽油桿扶正器； 10油管扶 正器； 11油管； 12螺桿泵； 13套管 . 圖 21 螺桿泵采油示意圖 （ 1） 地面驅(qū)動部分 地面驅(qū)動裝置（驅(qū)動頭）是螺桿泵采油系統(tǒng)的主要地面設(shè)備，它是把動力傳遞給井下的螺桿泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抽汲原油的機(jī)械裝置。 西安石油大學(xué) 高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 第 2 章 螺桿泵的基本工作原理 螺桿泵的基本工作原理 螺桿泵的組成 目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的地面驅(qū)動井下單螺桿泵采油系統(tǒng)主要由地面驅(qū)動部分、井下泵部分、電控部分、配套工具等四部分組成 [9,10]。得出螺桿泵容積效率、系統(tǒng)效率與轉(zhuǎn)速的合理匹配關(guān)系，對指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)有著重要意義。提高轉(zhuǎn)速的同時，桿管系統(tǒng)受力的疲勞程度也隨之增加，地面驅(qū)動裝置受力條件變差，電機(jī)實(shí)耗功率增加。但在現(xiàn)場調(diào)參中發(fā)現(xiàn)，為了使螺桿泵的沉沒度保持在合理范圍內(nèi)，對高沉沒度井進(jìn)行上調(diào)參后，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加，螺桿泵的容積效 率呈下降趨勢。螺桿泵的工作特性，既有柱塞泵硬特性的特點(diǎn)，也有離心泵軟特性的特點(diǎn)。與其它人工舉升方式相比 .螺桿泵低投資、低能耗、對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢在油田高成熟期挖潛增效的作用日益凸顯。前期投產(chǎn)的螺桿泵井需進(jìn)一步挖掘潛力，提高舉升效率，即將投產(chǎn)的螺桿泵井需優(yōu)選具有較高舉升性能的螺桿泵。 隨著我國各大油田開發(fā)的不斷發(fā)展，油田開發(fā)的難度不斷增加，如大慶油田的原油生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入高含水期，為了確保穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，外國的一些低滲透油田也進(jìn)入了開發(fā)階段，在這種情況下舉升設(shè)備的重要性就日顯突出。s 以下的流體，特殊的螺桿泵能輸送粘