螺杆泵采油技术

无排量，液面较高 排量较小液面较低 排量正常，油压正常 明显高于正常运转电流 排量降低，油压正常 排量正常（投产初期） 周期性波动 井口脉动出油，转子不连续转动
发生故障的原因 抽油杆断脱 油管脱落或严重漏失 下部油管漏失，定子橡胶磨损严重、失 效，尾管进油部分结蜡或有砂子 尾管进油部分蜡堵或砂堵 油层供液能力差，气影响 油管结蜡严重 出油管线堵 定子橡胶溶胀大，定子不合格 油井间歇出油，泵不合格
转子与定子密切配合形成一系列的封闭和空腔
（空腔的大小取决于转子螺距长度、直径和偏心距
离），当转子转动时，封闭腔沿轴向由吸入端向排出 端运移，在排出端消失。同时吸入端形
成新的封闭腔，其中空腔内所盛满的液
体有随着封闭腔的运移由吸入端推挤到
排出端。这种封闭腔和空腔的不断形成、
运移、消失，起到泵送液体并将液体排 出井口的作用。
螺杆泵采油系统常见的故障有：抽油杆断脱、 油管脱落、吸入部分堵塞、定子橡胶脱落等。 目前常用的故障诊断方法有电流法和憋压法。 （一）电流法 电流法就是通过测试电动机的工作电流，根据 工作电流的大小来诊断油井工作状况的方法。见下 表。
电流法诊断油井故障 工作电流 特征 接近电动机空转电流 无排量，油套不联通 无排量，油套联通 接近正常运转电流 排量较小，液面较高
2. 抽油杆 抽油杆由光杆、方卡子、抽油杆防脱器、抽油杆 （实心或空心）、抽油杆扶正器、转子等组成。 3. 防冲距 防冲距是指转子下入井中后最下端到定位销之间 的距离。 上提防冲距是保证正常生产中转子不磨定子的限 位销。
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ΔH——防冲距，m；
H L D L
ΔL1——抽油杆自然伸长，m；
螺杆泵系统由电控部分、地面驱动部分、井下螺 杆泵及一些配套工具组成。
6 5 ５ ４ 3 2 1
7
8 9 10 11 12 13 14 15 16
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-驱动杆； 9-驱动杆扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺杆泵； 13-套管； 14-定位销； 15-防脱装置； 16-筛管
(5)抽油杆防反转装置：起防止抽油杆倒扣的作用。 (6)油管防脱装置：起锚定泵和油管的作用。 (7)防蜡器：能延缓原油中石蜡和胶质在油管内壁 的沉积速度。 (8)防抽空装置：安装井口流量或压力式抽空保护 装置可避免地层供液不足造成的螺杆泵定子干磨损坏。 (9)筛管：过滤油层流体，防止砂子大量进入泵中。
（2）电动机 电动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动机。 （3）密封装置 密封装置有机械密封和静密封两种。 机械密封分上置式和下置式两种，上置式机械密 封装置位于减速器上部；下置式位于减速器下方。
静密封位于机械密封的上端。密封的主要作用十防止 井液流出，起密封光杆的作用。 （4）方卡子 方卡子包括承重卡子和扭矩卡子。 方卡子的主要作用是将减速箱输出轴与光杆连接 起来，起悬挂抽油杆和承受扭矩的作用。
一、螺杆泵的结构及工作原理 （一）螺杆泵结构 1、电控部分 2、地面驱动部分 3、井下螺杆泵部分 4、配套工具部分 （二）螺杆泵的工作原理 （三）螺杆泵的排量计算 1、螺杆泵的理论排量 2、泵的容积效率（泵效）
二、螺杆泵的性能参数 （一）定子、转子间的过盈量 （二）螺杆泵的级数 （三）螺杆泵型号含义 三、螺杆泵采油管柱及配套技术 （一）管柱及杆柱的组成 1、油管柱 2、抽油杆 3、防冲距 （二）螺杆泵采油的配套工艺技术
憋压法就是通过关闭采油树回压闸门进行憋压， 通过观察井口出油压力（油压）和套压的变化进行诊 断故障的方法。具体分析方法见下表。
油压、套压 油压不上升且不同于套压 （1）油压不上升且接近套压 （2）油压上升异常缓慢且与套压 变化规律一致 油压上升缓慢且不同于套压 油压与套压接近
憋压法诊断油井故障 工况特性 无排量 无排量
300 TP 800
有效扬程800m
单头螺杆泵
转数为500r/min时的 理论排量为300m3/d
2. 国产泵
GLB 120 36
级数为36级
理论排量为120mL/r
杆传动螺杆泵
3. 加拿大、山东新型泵
级数 转数为100r/min时的理论 排量为16m3/d
1. 油管柱 油管柱分为自由式螺杆泵管柱和固定式螺杆泵管 柱。 目前大多数油井都采用固定式管柱。固定式油管 柱由油管悬挂器、油管、定子、尾管、油管锚，定位 销及磁防蜡器等组成。（见开篇的地面驱动井下螺杆 泵图示）
地面驱动部分（机头）把动力传递给井下转子 实现抽油，包括减速箱、皮带、传动、防爆电动机、 密封装置、支架、方卡子。
（1）减速箱 减速箱由两个垂直啮合的伞形齿轮组成，一个 装在大皮带轮上，一个装在驱动轴上。 主要作用是传递动力实现一级减速，它将电动 机的动力由输入轴传递到输出轴，输出轴连接光杆， 由光杆通过抽油杆将动力传递到井下螺杆泵转子。
液压制动
棘轮棘爪制动
② 降压制动防反转：采用电器控制原理，停机时先 降压运行一段时间，缓慢降低转速，使抽油杆的弹性 能释放一部分后再停机。
③ 井下回流控制阀：在螺杆泵的吸入口处安装单流
阀，使螺杆泵停机后油管内液体不能回流。
（3）油管扶正技术 采用正扣油管的油管柱，在定子上接头处安装扶 正器较为适宜； 采用反扣油管的油管柱，在定子上、下接头处分 别安装扶正器较好。 目前使用的有：弹簧式、橡胶式。
井下螺杆泵是由转子和定子组成。
一个转子就是一个横截面为圆形的长螺旋体， 由高强度钢精工制作，表面镀铬，具有良好的抗磨 性。
定子是由合成橡胶铸制而成的内嵌式双螺旋体。
固定于钢管内，其上端与油管连接，转子位于定子
内转动，实现抽汲功能。
（1）专用井口：与普通井口基本相同，但是增加 了井口强度，减小了地面驱动装置的震动。 （2）特殊光杆：强度大，防断裂，光洁度高，有 利于井口密封。 （3）抽油杆扶正器：起避免或减缓抽油杆与油管 的磨损的作用。 （4）油管扶正器：起减小油管柱震动或磨损的作 用。
ΔL2——抽油杆轴向作用伸长，m； D——定子衬套最下端到定位销的距离，m；
L1 L 2
2GL 2 d E
2
L
G——每米抽油杆柱的重量，N/m；
L——泵挂深度，m； d——抽油杆柱平均直径，m； Pl——转子承受的液柱载荷，N； E——抽油杆材料的弹性模量，N/m2
1
1. 油管柱防脱技术 (1)油管脱扣的原因 转子顺时针转动时，转子与定子的摩擦对定子产 生扭矩，导致定子上部正扣油管倒扣脱落。 （2）防脱技术 安装锚定器（油管锚）和反扣油管两种方法。
反 扣 油 管
防 扭 锚
支 撑 卡 瓦
张 力 锚
反扣油管 管柱
防扭锚 管柱
支撑卡瓦 管柱
张力锚 管柱
图3－1－1防脱管柱示意图
（1）抽油杆脱扣的原因 ① 载荷扭矩过大； ② 停机后，油管内液体回流，冲击转子反转脱扣； ③ 作业施工原因：作业时油杆上扣不够。 （2）油杆柱防脱技术 ① 安装机械防反转装置：在驱动头上安装防反转装 置，是抽油杆不能反转。
螺杆泵有效功率是指螺杆泵用来举升液体的功 率。
N
e

Q
L
H
86400 102
Ne——螺杆泵的有效功率，KW； QL——油井的日产液量，m3/d； H——有效扬程，m； ρ——油井中液体的密度，kg/m3。
有效扬程是指螺杆泵将井中液体举升的高度。
H Lf
pt p c
9 .8 L
e
T
D
泵的容积效率ηv螺杆泵的实际排量Qs理论排量Q 之比。 表达式为： V
Q
Q
s
螺杆泵的单级扬程一般小于70m，单级最大压差小 于0.7MPa（设计为0.5MPa）。 工作压差的影响因素有结构参数、工作参数和转 子、定子的机械性能。更重要的是定子、转子间的过
（ 盈量δ0。 δ0 0.005 ～0.001） D（ mm ）
1、油管柱防脱技术 2、抽油杆防脱技术 3、油管扶正技术 4、油杆扶正技术 四、螺杆泵井底系统效率 （一）输入功率 （二）螺杆泵的有效功率 （三）有效扬程 （四）油井系统效率
五、常见故障诊断技术及排除方法 （一）电流法 （二）憋压法
螺杆泵是在20世纪30年代由法国人发明的，并在 世界范围内得到了广泛的应用。 螺杆泵又叫渐进容积式泵，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。
油管橡胶扶正器
金属刚性扶正器
抽油杆柱在油管内转动，会引起井口的振动及 油杆柱与油杆柱的摩擦，特别是斜井，杆、管摩擦 非常严重。因此必须加油杆扶正器。
抽油杆磨损情况：
螺杆泵专用油杆扶正器
螺杆泵井的输入功率即电动机输入功率。
N 3UI cos 1000
N——螺杆泵系统的输入功率，KW； I——实测电流值，A； U——实测电压值，V； cosφ——功率因数。
故障形式 抽油杆断脱 油管脱落 油管严重漏失
排量很小 排量小、泵效低、动液面较深 泵严重漏失，气影响，供液能力极差 油套联通 定子橡胶脱落
1、《采油工艺技术》邹艳霞 2、《螺杆泵生产技术》李涛
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过盈量越大，单级工作压差越大，转子摩擦扭矩
越大。过盈量越小，单级工作压差越小，满足不了油
井举升要求。
转子上两个相邻螺纹之间的距离称为螺距； 每两个螺距为一个导程，单螺杆泵一般规定一个 导程为一级。级数越多，扬程越大。 泵的级数Z决定了螺杆泵定子、转子长度。
t
T
T=2t T—转子导程 t—转子螺距
1. 法国泵
螺杆泵的特点是体积小、工作噪音低、能适用于
原油粘度大、含砂高的油井。
螺杆泵采油按驱动方式分为井下电动潜油螺杆泵
和地面驱动井下螺杆泵。
按传递动力的方式将螺杆泵划分为有杆泵和无杆
泵。井下电动潜油螺杆泵属于无杆泵，地面驱动井下
螺杆泵属于有杆泵。两种泵的样式及区别请见下图。
井下电动潜油螺杆泵
地面驱动井下螺杆泵
转子工作示意图 1-下接头；2-限位销；3-定子；4-转子；5-上接头
1. 螺杆泵的理论排量 Q=5760eDTn 或 式中： Q——螺杆泵的理论排量，m3/d； e——转子的偏心距，mm； T——定子的导程，mm； D——转子的截面圆直径，mm； Q=11520eDtn
t——转子的螺距，mm，T=2t； n——转子的转速，min-1
H——有效扬程，m；
Pt——油井井口油管压力，MPa；
Pc——油井井口套管压力，；
ρL——油井液体的密度，kg/m3；
Lf——油井动液面深度，m。
油井系统效率是指螺杆泵系统的有效功率与输 入功率之比。

Ne N 100 %
η——油井系统效率，%； Ne——有效功率，KW； N——输入功率，KW。
1. 电控部分 包括电控箱、电缆等。 电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电动机的起 动与停止。该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生 产中的电流、电压、累计运行时间等，有过载、欠载 自动保护功能，确保油井正常生产。
目前具有各项特殊功能的电控箱得到研发应用， 如：变频控制柜、电机节能控制柜、电参数连续监测 控制柜等。