螺杆泵采油PPT课件.ppt

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1、4螺杆泵采油（1）螺杆泵井设备与工作原理（2）抽油杆管柱受力分析（3）螺杆泵井生产参数优化设计（4）螺杆泵井生产监测与故障诊断5 螺杆泵作为一种新兴的高技术含量的采油设备，相对于通常的有杆采油设备和电潜泵，在稠油井、高含砂井的开采中，具有更大的优势。随着油田开发的进一步深入，这些难开采的储量占的比例越来越大，螺杆泵采油系统经过合理优化，应用双头螺杆泵、耐高温橡胶定子、空心转子、等壁厚定子、金属定子、电动潜油螺杆泵等新技术、新工艺后，系统更加稳定、可靠，效率更高，必将获得更广阔的应用前景。不仅是陆地油田的常规油井可以使用螺杆泵，海上油田的斜井或水平井都可以应用。螺杆泵的市场潜力是巨大的，必将为今

2、后油田开发做出更大的贡献。6主要内容第六章 螺杆泵采油第一节 螺杆泵井设备与工作原理第二节 抽油杆管柱受力分析第三节 螺杆泵井生产参数优化设计第四节 螺杆泵井生产监测与故障诊断抽油杆管柱受力分析一、国内外应用现状及发展趋势主要讲解的内容：7螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势20世纪20年代法国的moineau 发明了单螺杆泵水力机械原理以来，螺杆泵在众多工业领域得到了广泛的应用。潜油螺杆泵采油系统Sketch of ESPCPoil productionsystem8螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(一)螺杆泵采油技术的发展历程地面驱动螺杆泵采油起源于2

3、0世纪80年代初期，法国、加拿大、美国和德国等相继开发并 形 成 了 排 量 为2-300m33/d，扬 程 为 500-2000m 的 系 列 产品，并得到广泛应用。我国自20世纪80年代中后期开始研发地面驱动螺杆泵采油系统以来，已 形 成 排 量 为2-240m33/d、扬 程 为 500-1800m 的 系 列 产品，并已在国内各大油田逐步推广应用。9地面驱动螺杆泵采油系统Sketch of surfacedriving PCP oilproduction system螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(一)螺杆泵采油技术的发展历程稠油井应用加拿大约40%的重油井使用

4、螺杆泵采油，其中一石油公司采用PCM/IFP联合公司生产的Rodemip地面驱动螺杆泵采油系统，井下部分连续运转了两年，地面部分5年。扬程2000m，排量240m33/d，驱动功率小，与抽油机相比节约电耗60-75%，投资与维护保养费用均较低。俄罗斯的螺杆泵主要应用在巴什基里亚、古比雪夫和西西伯利亚等油矿，油井最长的检泵周期为二年九个月。在姆哈诺夫斯克油田，气油比高达400m33/m33，油井最长的检泵周期为477天；在粘度为1400mPa.s的油井条件下，油井最长的检泵周期达340天，中、小排量螺杆泵的泵效达到70%。101、国外应用现状螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|

5、二)国内外螺杆泵应用现状果表明，在满足产量不变的情况下，使用螺杆泵与电始 用 螺 杆 泵 代 替 电 潜 泵 采 35 口，泵 挂 深 度 4000ft1990年开），最大排量2000bpd（318m3/d）。结果表明满足（1220m 情况下，使用 2000bpd 潜318m3/d）。苏丹大比电费减少了70%，维护费减少了35%，缓解了稀油井应用稀油井中应用螺杆泵同样有降低电力损耗、减少维护费的作用。如印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），从1990年维护费的作用。开 如印尼的Melibur油田（原油粘度8.3mPa.s），从（1220m始用螺杆泵代替电潜泵采油35口，泵挂深

6、度，在4000ft产量不变的），最大排量螺杆泵与电（泵相比电费减少结了70%，维护费减少了35%，缓解了油田电力供应紧张的矛盾。潜泵相 尼罗公司在稀油井中，应用大排量螺杆泵80 口田电力供应紧张的矛盾。苏丹大尼罗公司在稀油井中，应用大排量螺杆泵80口井，日产量160000桶（25600 m3/d），该油田原油为35API，泵挂深度1200m。11螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状复杂工况井应用加拿大：井下螺杆泵被应用于含水90%，水中含盐180000mg/l、含CO2 12%和含硫7%的油井中。螺杆泵还用于水平井排砂，该油田位于Alberta东北方

7、向，油井完井深度450750m，成功地清除了水平井段的砂堵。螺杆泵应用于含砂高达20%（体积比）的油井，使用寿命达到6个月。美国：西德克萨斯洲在42API的油井中成功应用螺杆泵举升。阿根廷：使用螺杆泵的最高井温达到127。利比亚：螺杆泵在芳烃含量11%（65）的油井得到成功应用。应用表明：螺杆泵有着广泛的应用前景12螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状13应用范围2、国内应用现状螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其它抽油设备所不能替代的优越性，国内在制造、应用等方面都取得了长足的进步，井下泵已基本形成系列化。但是，与国外石油公司相比，我国在螺杆泵的整

8、体技术发展和应用等方面还存在着一定差距。扬程可达到1800m排量可达到240m3/d(下泵深度800m)油品性质：（稠油、含砂、高含水、聚驱采油井等）井温可达到120直井斜度不大于30度的斜井螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状智能采油井应用在螺杆泵井上应用远程无线监控技术：将生产参数远程无线监控系统应用于螺杆泵井的日常管理，在井口安装温度、压力和电流传感器，利用RPC单井配电柜，将油井生产信息远程无线传输给中控室，进行连续监控，并可以遥控启停、自动录取数据和量油。通过变频配电柜连续录取电流，能够及时发现单井的电流波动，也可以推断出扭矩的波动，及时对

9、单井进行事故处理。14螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状稠 油 井 应 用目前，吉林油田、辽河油田、冀东油田和华北油田均在重油井上采用螺杆泵冷采，经过几年的矿场实践都取得了较好的效果，使螺杆泵成为重油井开采的主要举升手段。吉 林 套 保 油 田 在 用91 口 井 主 要采用进口螺杆泵（加拿大）冷采，平均泵挂350米，平均泵效31，进口螺杆泵平均使用天数为298天，国产泵 使 用 寿 命 为97 天，进 口 螺 杆 泵 最长使用时间超过93 0天。15螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状经验一是二是三是井

10、下泵采用小过盈多级数：设计扬程为1200米的井下泵要求举升压头400-600米时，泵效65-70%。采用低速：平均转速为50转/分。合理改变井下泵的结构：把普通的定位销改成侧开口定位销，再把下部铣扁的转子下放到开口定位销内部，螺杆泵工作时，转动的转子一直对定位销里的含砂液体产生扰动，减少了砂子沉积。16稠油井应用螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状17经验四是采用泵挂深度置于射孔段下方，保证定子散热良好，避免烧泵。螺杆泵稠油冷采井下管柱示意图稠油井应用螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状稠油井应用辽河油田通

11、过多年的应用研究和实践，在螺杆泵稠油开采方面取得了丰富的经验。以海外河油田为例，2000年以来通过螺杆泵应用优化设计，确定合理的工作参数；间歇式棘爪防反转装置的研制与应用，有效地防止了螺杆泵停机后的抽油杆高速反转及杆柱断脱现象的发生；变频器在螺杆泵井上的应用，实现了螺杆泵的软启动、软停机控制，油井产液量的合理调整等技术配套措施，使螺杆泵在稠油开采方面取得了良好的应用效果，投入产出比达到1:11.2。海外河油田应用螺杆泵冷采26口井，平均检泵周期达1年。18螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状19重油井应用冀东油田2002年以来主要是在稠油出砂区块应用

12、螺杆泵提液，不仅解决了高104-5 区块油稠，同时也解决了油井出砂影响生产的问题，提高了油田的经济效益，总体效果显著。高104-5 区 块 共 应 用 37 口井，平均检泵周期达1 年。华北油田泽70断块共应用35口井，平均下泵深度1423m，最大下泵深度1900m，在螺杆泵开采重油井中，采用了井口加装载荷传感器的过载保护装置实现过载保护，井下加化学降粘剂降低螺杆泵载荷等八项配套工艺技术，提高了螺杆泵的开采效果，平均泵效达到80%，平均检泵周期594 天，长寿井已达1592天。螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(二)国内外螺杆泵应用现状1 电动潜油螺杆泵为满足稠油井、斜井及

13、水平井举升的需要，应开发应用电动潜油螺杆泵。辽河油田研制成功了井下电潜螺杆泵，其系统与美国BAKER-HUGHES公司的基本相似，由地面控制系统、井下电缆、螺杆泵、保护器、减速器和电机等组成。电潜螺杆泵在辽河曙光油田和海外河滩海油田应用4口井5井次，收到良好的采油效果。20螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(三)螺杆泵采油技术的发展趋势2 探索新型螺杆泵主要包括以下几种泵：金属定子螺杆泵等壁厚定子螺杆泵合成材料螺杆泵空心转子螺杆泵多吸入口螺杆泵。21螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(三)螺杆泵采油技术的发展趋势223 螺杆泵杆柱卸扭技术螺杆泵停机后，尽

14、管驱动装置可以卡住光杆防止反转，但杆柱储存的弹性能量，以及油套管液位高差造成的螺杆泵马达效应，会造成起杆柱或拆卸井口过程高速旋转，乃至甩弯光杆，形成安全隐患，需要研发相应的停机时杆柱卸扭技术。4 螺杆泵智能化控制技术在螺杆泵无线工况测试诊断技术的基础上，研发螺杆泵井过载保护和无液流保护智能化控制技术，以及转速在线调整、供排关系智能监测的螺杆泵智能化控制技术，确保井下泵在水力高效区、合理工况下运行。4 螺杆泵定子橡胶适应性研究针对各油田不同区块原油物性的特点，研制和优选螺杆泵定子橡胶，使其与原油物性相匹配，使螺杆泵应用有针对性和目的性，延长螺杆泵定子橡胶的使用期限，提高螺杆泵整体检泵周期。螺杆泵

15、井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(三)螺杆泵采油技术的发展趋势一是二是三是四是一次性投资少。与电动潜油泵、水力活塞泵和游梁式抽油机相比，螺杆泵的结构简单，一次性投资最低。泵效高，节能，维护费用低。由于螺杆泵工作时负载稳定，机械损失小，泵效可达90%，系统效率高可达50%以上。设备结构简单、体积小，维护方便。占地面积小。螺杆泵的地面装置简单，安装方便。适合稠油开采。一般说来，螺杆泵适合于粘度为8000mPa.s以下的原油开采，因此多数稠油井都可应用。23螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(三)螺杆泵采油技术的发展趋势五是六是七是适应高含砂井。理论上，螺杆泵可输

16、送含砂量达80%的砂浆，在原油中含砂量达40%的情况下也可正常生产。适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，因此较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会影响容积效率。适合于海上油田丛式井组和水平井。螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合于海上采油。24螺杆泵井设备与工作原理|一、国内外应用现状及发展趋势|(三)螺杆泵采油技术的发展趋势二、螺杆泵采油系统主要讲解的内容：25螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能

17、作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。26螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识27什么是螺杆泵？螺杆泵又叫渐进式容积泵，由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识28井下单螺杆泵由哪几部分组成？井下单螺杆泵由定子和转子组成。定子由钢制外套和橡胶衬套组成，定子内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面相配合。转子由合金钢的棒料经过精车、镀铬并抛光加工而成。转子有空心转子和实心转子两种。1-下接头；2-限位销；3-

18、定子；4-转子；5-上接头螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识29推移和消失的过程。简述螺杆泵工作原理沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室；随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识30螺杆泵定、转子的线数目前所应用的螺杆泵线数均采用N/N+1形式，即定子的线数总是比转子的线数多一线

19、这是由空间啮合理论所决定的。螺杆泵的线数与螺杆数量是两个根本不同的概念，不应混为一谈。1：2结构2：3结构3：4结构4：5结构螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识e31螺杆泵有哪些重要结构参数？eDT螺杆泵三个重要的结构参数：泵的工作特性和使用寿命。转子偏心距，mm；转子截圆直径，mm；定子导程，mm。TD在螺杆泵参数设计过程中，这三个基本结构参数的合理选择及相互之间的合理配比显得尤为重要，它们直接影响着螺杆螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识GLB500-14K为抽油杆地面驱动空心转子螺杆泵，每转排量500毫升，级数14；GLB120

20、27(2:3)为抽油杆地面驱动多头螺杆泵，转子与定子头数比为2:3，每转排量 120毫升，级数27。32例如螺杆泵规格型号是如何规定的？空心转子用“K”；实心省略；等壁厚定子用“D”；金属定子用“J”转子与定子头数比，用阿拉伯数字表示，单头省略泵的总级数泵的几何排量，ml/r单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”两字汉语拼音第一个字母泵的驱动方式：抽油杆地面驱动，用“杆”字汉语拼音第一个字母G表示；潜油电机井下驱动，用“潜”字汉语拼音第一个字母Q表示LB()螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(一)螺杆泵基础知识1、螺杆泵运动学特征（1）螺杆泵定、转子型线单头单螺杆泵的定转子实质是由普通内摆线

21、的外等矩线作为定子型线，而与之共轭的曲线作为转子型线的空间共轭曲面。eO2tY2X2Z2Ry2 yxx2O1 O2M转子可视为半径为R的圆片沿着螺距为t、偏心为e的螺旋线连续移动所形成的轨迹。33转子结构螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力学基础34y12ex1定子结构图RO1tx1y1O12e2e2eAA定子型线定子衬套曲面是由两个半径为R（转子半径）的半圆和两条长度为4e的直线段组成的封闭对称曲线以长度T（T=2t）为导程螺旋旋转形成空间螺旋曲面。R螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力学基础s=+4eD=4eDD24D24螺杆

22、泵(转子)转动一周(2)时，封闭腔中的液体将沿轴线移动T的距离，在任意横截面中，液体占有的面积为定子橡胶衬套截面所包围的空腔截面与螺杆截面积之差，因此单螺杆泵每转的理论排量为：q=4eDT35螺杆泵理论排量如何计算？已知单螺杆泵转子偏心距e，转子截面圆直径D和定子导程T，推导单螺杆泵每转的理论排量计算公式解：如图所示：定子空腔的截面积为两个半圆和一个长方形组成，转子的截面是圆，由定子空腔与转子形成的空腔截面积为：螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力学基础36eDTnn转子转速，r/min。螺杆泵理论排量如何计算？理论每转排量公式如下：qeDT现场应用中，根据选用

23、泵的型号可计算出理论排量，公式如下：Q=1440 q n 10 6式中：Q螺杆泵理论排量，m3/d；q螺杆泵每转排量，ml/r；y =R sin(+)2 e sin 1z1 =nt 1 tx1 =mR siny1 =R cosz1 =2x1 =R cos(1 +)+2 e cos 11 1 2 2线啮合线方程为：在某一时刻对于线啮合线在空间表现为间隔T/2的轴向长度的一条平螺旋状曲线。点啮合线方程为：t22+e cos(+1)+e cos 1+e sin(+1)e sin 1啮合线方程螺杆泵定转子的啮合分为两类啮合，一类是转子与定子衬套半圆处的啮合-线啮合，另一类啮合是转子与定子衬套直线段的啮

24、合-点啮合。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力学基础382=-1XO1O2Ye2eM,M021转子的自转与公转 2 =2n1、螺杆泵运动学特征（2）转子运动规律分析A、转子中心的运动规律a、角速度的关系螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力学基础39转子定子A、转子中心的运动规律b、运动轨迹及速度点啮合点啮合点速度线啮合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=VVR R 12vmin =(R 2e)vmax=(R+2e)VO =2e sin(t+2)螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(二)螺杆泵运动学及动力

25、学基础40类型划分按原动机分为电动机机械驱动液压驱动内燃机驱动按井口连接方式 分卡箍连接法兰连接按装置调速方式可分为：无级调速驱动装置：无级调速方式根据实现方法的不同又有机械式无级调速、变频电机式无级调速、液压式无级调速；有级调速驱动装置：目前国内油田应用的主要类型是电动机机械驱动、有级调速、井口法兰连接的地面驱动装置。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵采油系统的种类地面驱动单螺杆泵采油系统潜油电机驱动单螺杆泵采油系统41螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理42地面驱动单螺杆泵采油系统

26、由哪几部分组成？15-锚定装置；16-筛管5123678910111213141516可分为地面和井下两大部分。地面部分包括:驱动头和控制柜，井下部分包括：井下泵、抽油杆、油管、配套工具（如锚定工具、扶正器）等。见左图。1电控箱；2-电机；3-皮带；4-方卡子；5-光杆；6-减速箱；7-专用井口；8-抽油杆；9-抽油杆扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺杆泵；13-套管；14-定位销；螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理43螺杆泵驱动装置的种类机械驱动装置液压驱动装置（一）螺杆泵地面驱动装置的种类、组成及工作原理地面驱动部分地面驱动

27、装置是螺杆泵采油系统的主 要地面设备，是把动力传递给 井下泵转子，使转子实现行星运动，实现抽汲原油的机械装置。从传动形式上分，有液压传动和机械传动；从变速形式上分，有无级调速和有级调速。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理什么是螺杆泵地面驱动装置，它主要由几部分组成？螺杆泵地面驱动装置一般指的是套管井口法兰面以上与套管井口、地面输油管线相连接的那部分设备的总称。狭义的讲它主要由原动机、减速系统、防反转机构、密封系统、支撑系统和安全防护系统等部分组成，广义的讲还包括螺杆泵专用井口、地面电控箱，它是螺杆泵采油系统中的动力输出部分。44螺杆泵井设备

28、与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵驱动装置（1）减速箱的主要作用是传递动力并实现减速。它将电机的动力由输入轴通过齿轮传递到输出轴，输出轴联接光杆，由光杆通过抽油杆将动力传递到井下螺杆泵转子。减速箱除了具有传递动力的作用外，还将抽油杆的轴向负荷传递到采油树上。（2）电机是螺杆泵井的动力源，它将电能转化为机械能。一般用防爆型三相异步电机。（3）井口动密封的作用是防止井液流出，起密封井口的目的。（4）方卡的作用是将减速箱输出轴与光杆联接起来。45螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵驱动装置机械驱

29、动装置传动部分是由电动机和减速器等组成，其优点是设备简单，价格低廉，容易管理并且节能，能实现有级调速且比较方便。其缺点是不能实现无级调速。46螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理eDTn53214615478垂直电机法兰连接有级调速驱动装置76231-盘根盒；2-配重；3-变速箱；4-大皮带轮；5-方卡子；6-小带轮；7-电动机；8-油管四通。1-电动机；2-电动机支架；3-支座；4-齿轮减速系统；5-带轮传动系统；6-动密封系统；7-输出轴及方卡。47直角驱动装置结构示意图1248地面驱动装置工作原理1547623当螺杆泵采油系统工作时，电

30、动机的动力通过皮带轮一级减速系统、齿轮二级减速系统传递到驱动装置输出轴上，输出轴通过方卡子带动抽油杆柱、井下泵旋转，传递动力扭矩，抽吸井液。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵驱动装置液压驱动装置是由原动机，液压电机和液压传动部分组成。其优点是可实现低转速启动；转速可任意调节；因设有液压防反转装置，减缓了抽油杆倒转速度。其缺点是在寒冷季节地面液压件和管线保温工作较难，且价格相对较高，不容易管理。49螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理电控部分电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停

31、该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产时的电流、电压等，有过载、欠载自动保护功能，确保生产井正常生产。50螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理51螺杆泵地面驱动装置主要功能是什么？为井下螺杆泵提供动力和合适的转速；承受杆柱的轴向载荷；为油井产出液进入地面输油管线提供通道；防止产出液渗漏到井场的密封功能；防止停机过程中杆柱的高速反转功能；安全防护功能；测试、防盗等其它辅助功能。其中驱动装置的密封功能和防反转功能是该产品使用过程中暴露出问题最多的部分，影响产品的长期可靠高效运行，制约螺杆泵采油技术的发展。一是二是三是四是五是六是七是螺杆泵井设备

32、与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理523、地面驱动装置的动力传递技术螺杆泵地面驱动装置主要功能之一是动力传递，即将原动机的动力通过动力传递系统传递到输出轴上，输出轴再将动力通过方卡传递到连接在杆柱的的光杆上，同时作用在光杆上的轴向载荷和扭矩载荷通过输出轴作用于动力传递系统。对于一般机械式螺杆泵地面驱动装置，其动力传递系统过程如下：电控箱电动机小带轮大带轮方卡输出轴大齿轮齿轮轴光 杆机械式螺杆泵地面驱动装置动力传递系统流程图螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理地面驱动装置的传动原理53螺杆泵井设备与工作

33、原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵停机后或卡泵时，贮存在杆柱中的弹性变形能会快速释放，使杆柱快速反转。停机后，在油 管及外输管线内的液体与套管内井液压差作用下，螺杆泵会变成液压马达，使转子及连接的杆柱快速反转。油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油套压差恢复平衡为止。54地面驱动装置防反转及安全防护技术1、螺杆泵系统反转原因及危害停机反转的原因分析螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵采油系统停机反转有什么危害？A 螺杆泵的反转会使杆柱脱扣、光杆甩弯，地面驱动装置零部件损坏；B 螺杆

34、泵的反转不仅会危及设备的安全，还会危及现场维护操作人员的安全，成为生产事故的隐患。55螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理56地面驱动装置防反转及安全防护技术2、地面驱动装置防反转结构形式及工作特点为了解决螺杆泵采油系统停机反转造成系统故障，普遍在驱动装置中设置机械防反转系统。防反转系统可以装在输出轴或输入轴上，装在输入轴上的防反转系统受到的工作扭矩远小于装在输出轴上的工作扭矩，但装置横向尺寸也相应变大。综合考虑选用防反转系统装在输入轴上的方案较好，易于调整维护。目前机械防反转系统主要有棘轮棘爪机构摩擦式防反转装置楔块防反转系统液压防反转系统

35、电磁式防反转装置等方式螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理eDTn棘轮-棘爪式防反转装置该防反转系统一般装在驱动装置输入轴上，依靠刹车带的摩擦力释放反转势能。当驱动装置工作时，棘爪在离心力的作用下与棘轮刹车带脱离啮合，防反转系统不工作。当停机时，杆柱反转带动光杆反转，这时棘爪在重力和弹簧力作用下与棘轮刹车带啮合，防反转系统工作，依靠摩擦力避免驱动装置高速反转。通过手动旋松扭矩释放螺栓，可以将贮存在杆柱中的反转扭矩释放掉，提高了驱动装置操作维护的安全性。57棘轮、棘爪式防反转装置58螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油

36、系统的种类、组成及工作原理低速时，棘轮棘爪由于接触会产生噪音和磨损。该系统不仅结构简单，成本低，而且能够释放贮存在光杆及装置上的反转扭矩，现场也可以随时更换。不足1 为保证防反转系统可靠工作，需要经常调整棘轮刹车带摩擦面的压紧力。23 刹车带摩擦面压紧力调整及反转扭矩释放都需要人为近距离操作，而且在扭矩释放过程中，杆柱还会以一定速度反转，如果人为操作不当或刹车带摩擦面打滑，也会对操作者带来安全隐患。59螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理60eDTn不起作用，外环不转动。当轮芯反转时，滚柱楔入轮芯与外环之间，使这三者成为一体。这时制动装置起阻

37、尼作用，限制了轮芯转速，达到防反转作用。楔块式防反转装置楔块式防反转装置是由一个闸瓦式制动器和一个能识别正、反转的超越离合器组成。闸瓦铆在闸体上，两扇闸体通过螺栓将外圈拖紧。工作状态时轮芯顺时针旋转，此时制动装置楔块式防反转工作示意图1-闸体;2-闸瓦;3-外圈;4-滚柱;5-轮芯。楔块防反转61螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理eDTn楔块防反转没有按时添加润滑脂或润滑脂变质，防反转因缺油而摩擦过热卡死或失效。失效形式楔块防反转中的楔块由于磨损，间隙变大，楔块防反转卡死或失效。操作性：更换维护不方便，需要上设备更换，存在安全隐患。62楔块

38、防反转系统该种防反转系统结构简单紧凑，承载扭矩大。不足是：1）虽然防止了杆柱的反转，但贮存在杆柱驱动装置中的反转扭矩并没有释放掉，因此在动杆柱过程中，反转问题仍没有解决；2）更换维护不方便，日常管理需要加润滑油，拆卸更换需要上吊车；3）如反转扭矩过大，防反转系统会卡死。液压防反转系统该种防反转系统工作原理类同汽车刹车系统。当螺杆泵停机时，杆柱反转驱动液压马达，输出的液压油驱动摩擦块作用于刹车盘，缓慢释放掉弹性能。反转扭矩越大，反转速度快，摩擦力也越大；反转扭矩小，反转速度慢，摩擦力也小。该种防反转系统可以完全释放掉杆柱弹性能，扭矩释放不需要人员参与，可靠性较高。不足：价格较高，液压件要求具有较

39、高的质量，对环境条件要求较高。失效形式：液压系统漏油，油品变质，液压马达损坏。操作性：更换维护方便，需要有专业人员操作。63螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理电磁式防反转装置电磁式防反转装置是将拖动电机当作制动器。其作用原理为：当停抽时(拖动电机放电)，将直流电输入给电机的定子绕阻，以产生平衡的直流磁场。这种磁场吸引转子，对转子的反转产生阻尼作用。从而达到了限速作用。当限速终了时，直流供电结束，并为下次启动电机做好准备。该种防反转系统只用电器元件构成，而没有专用机械零件，所以安装方便，成本也不高。其缺点是限速时间不能过长，皮带断裂后电磁式防

40、反转装置就不能发挥作用。故现场不推荐使用。64螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理安全防护技术螺杆泵驱动装置安全防护技术是为了防止螺杆泵驱动装置的零部件破损、松脱和损坏造成人员、设备伤害的技术。驱动装置安全防护技术主要包括光杆方卡防护罩、加强型皮带罩和安全标识。光杆方卡防护罩是在螺杆泵生产井上现场安装，套在光杆方卡外面，连于螺杆泵驱动装置上端盖上，在生产中起到安全防护作用，防止方卡螺栓松脱飞出、光杆甩弯伤人问题。加强型皮带罩要求皮带罩有足够的结构强度，现场操作方便，能够避免断裂的皮带、皮带轮损坏而带来的对操作人员的伤害，对于输入轴安装的棘轮棘

41、爪系统同样起到防护作用。安全标识主要是为操做人员提供安全警示。65螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理66皮带轮防护罩方卡防护罩螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理67（9）筛管：过滤油层流体。螺杆泵采油系统的组成配套工具部分（1）专用井口：简化了采油树，使用、维修、保养方便，同时增强了井口强度，减小了地面驱动装置的振动，起到保护光杆和换盘根时密封井口的作用。（2）光杆：强度大、防断裂，光洁度高，有利于井口密封。（3）抽油杆扶正器：避免或减缓杆柱与管柱的磨损，使抽油杆在油管内居中，减缓抽油杆

42、的疲劳。（4）油管扶正器：减小管柱振动。（5）抽油杆防倒转装置：防止抽油杆倒扣。（6）锚定装置：锚定泵和油管，防止油管脱落。（7）防蜡器：延缓原油中胶质在油管内壁沉积速度。（8）防抽空装置：地层供液不足会造成螺杆泵损坏，安装井口流量式或压力式抽空保护装置可有效地避免此现象的发生。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理防脱管柱示意图图68反扣油管图311防脱管柱示意张力锚支撑卡瓦防扭锚张力锚管柱支撑卡瓦管柱防扭锚管柱反扣油管管柱螺杆泵采油配套技术螺杆泵管柱、杆柱防脱扶正技术1、螺杆泵管柱防脱扶正技术A、管柱防脱技术由于螺杆泵的转子在定子内顺时针转

43、动，工作负载直接表现为扭矩，转子扭矩作用在定子上，定子扭矩会使上部的正扣油管倒扣造成管柱脱扣，所以螺杆泵井的油管柱必须实施防脱措施。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理69防脱措施受力特点坐封方式备注反扣油管防扭锚支撑卡瓦张力锚水力锚受扭自由受压受拉自由不需坐封自动下压旋转拉紧液压使用安全性高，配套较烦琐。油管受力状况好，实施方便。油管受力状况较差，失效后打捞困难。抽油杆柱受力状况较好，油管受拉，解封成功率低。失效后必须起管柱才能坐封。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵井管柱防脱方式

44、主要有以下5种：反扣油管、防扭锚、支撑卡瓦、张力锚、水力锚。通常采用防转锚和支撑卡瓦两种方式。螺杆泵井管柱防脱措施卡瓦2在箍簧3的作用下收回解卡。1锥体；2卡瓦；3箍簧；4上限位环；5内压簧；6下限位环；7摩擦块；8外压簧；9防松螺钉；10卡瓦扶正器；11滑环销钉；12滑环；13托环；14中心管；15下接头ADQ0552 支撑卡瓦B卡瓦中心管由件6-13组成的扶正器，依靠压簧的弹力，造成摩擦块7与套管的摩擦力，扶正器通过滑环销钉11，沿中心管14的轨道槽运动。下管柱时，滑环销钉11 位于轨道的B点，卡瓦2处于收拢状态。坐卡时，按所需坐卡高度上提管柱后下放管柱(一般情况，1000m油管坐卡时，上

45、提管柱850mm)滑环销钉就从B点运动到E点，卡瓦2也就处于撑开坐卡状态，卡瓦2牢固地坐在套管内壁上。坐 封 后 如 油 管 挂 露 出 法 兰 10 25mm，可硬压下去，超过这个范围必须重新坐卡。解卡时，上提管柱，滑环销钉11由E点运动到A点，70DQ0552支撑卡瓦结构原理图A、B螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理71防扭锚示意图1卡箍；2销钉；3板簧；4中心管；5卡块；6套管图313 防扭锚示意图防扭锚：该防转锚由卡箍、销钉、板簧、中心管、卡块组成。当中心管随定子及油管转动（顺时针方向）时，卡块在板簧弹力的作用下，卡在套管内壁上，卡

46、块背面紧贴在中心管槽的平面上，使螺杆泵定子不能旋转。当起泵作业时，反向旋转中心管，卡块即脱离中心管，防扭锚不再起作用。螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理螺杆泵采油系统是如何工作的？电机通电后旋转，经过二级减速（三角皮带和齿轮）后，通过方卡带动光杆旋转，光杆通过抽油杆柱将动力传递给井下螺杆泵，螺杆泵将机械能转变为液体能，从而实现油液的有效举升。72螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理型 号定 子 尺 寸转 子 尺 寸外径(mm)连接螺纹规格直径(mm)偏心距(mm)导程(mm)连接螺纹规格G

47、LB1200-1411413/TBG233/667.548091/抽油杆扣16GLB800-1411413/TBG2488.550091/抽油杆扣16GLB500-1411413/TBG2427.540091/抽油杆扣16GLB400-1811413/TBG2427.030031/抽油杆扣8GLB300-2111413/TBG2427.024031/抽油杆扣8GLB200-2510713/TBG2507.020031/抽油杆扣8GLB120-2710713/TBG2405.016031/抽油杆扣8GLB75-408972/TBG8304.014431/抽油杆扣8GLB40-428972/TBG

48、8303.012031/抽油杆扣16螺杆泵基本结构尺寸73螺杆泵井设备与工作原理|二、螺杆泵采油系统|(三)、螺杆泵采油系统的种类、组成及工作原理74主要内容第六章 螺杆泵采油第一节 螺杆泵井设备与工作原理第二节 抽油杆管柱受力分析第三节 螺杆泵井生产参数优化设计第四节 螺杆泵井生产监测与故障诊断抽油杆管柱受力分析一、螺杆泵抽油杆（一）螺杆泵抽油杆的发展状况（二）螺杆泵抽油杆受力分析（三）螺杆泵抽油杆的种类及特点（四）螺杆泵抽油杆性能指标75抽油杆管柱受力分析|一、螺杆泵抽油杆|（一）螺杆泵抽油杆的发展状况（一）螺杆泵抽油杆的发展状况抽油杆是有杆抽油设备的重要部件，它将地面驱动装置的动力传递至

49、井下，驱动转子旋转，实现抽汲运动。抽油杆的疲劳强度和使用寿命影响了整个螺杆泵采油系统的运转周期。抽油杆柱由数十根或数百根抽油杆通过接箍连接而成。在螺杆泵采油系统中，抽油杆柱承受拉、压及扭力等循环载荷的作用，其工作环境为含有一定腐蚀介质的原油。因此，抽油杆的故障形式为疲劳断裂或脱扣。抽油杆的断脱事故会严重影响整个抽油系统的运转周期及原油产量，增加维护费用，提高采油成本。76抽油杆管柱受力分析|一、螺杆泵抽油杆|（一）螺杆泵抽油杆的发展状况（一）螺杆泵抽油杆的发展状况为了提高螺杆泵抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内外在抽油杆的材料、制造、使用、保管和维护等方面开展了大量的研究工作，并取得了一定的成

50、果。选用超高强度合金钢材料；采用中频感应加热淬火装置调质；采用表面感应淬火工艺提高杆体疲劳性能；利用红外光导智能测温仪器监测温度；刀具旋转抽油杆不旋转方法加工杆头螺纹；滚压工艺加工抽油杆外螺纹；采用先进的设计方法进行模锻设计；使用自动化平锻机进行锻造。这些技术大大提高了抽油杆的制造水平和产品质量。77抽油杆管柱受力分析|一、螺杆泵抽油杆|（一）螺杆泵抽油杆的发展状况（一）螺杆泵抽油杆的发展状况合理设计抽油杆结构是保证螺杆泵采油系统正常运转的前提。抽油杆柱在运转过程中，条件恶劣、受力状况复杂。国内外在抽油杆柱的运动学和动力学方面开展了许多研究工作，利用计算机编制了螺杆泵采油系统动态预测和参数优选