人工举升理论5.ppt

人工举升理论 石油大学 吴晓东 第五讲 螺杆泵采油 自1930年发明螺杆泵以来，螺杆泵技术工艺不断改进和完善，特别是合成橡胶技术和粘接技术的发展，使螺杆泵在石油开采中已得到了广泛的应用。目前在采用聚合物驱油的油田中，螺杆泵已成为常用的人工举升方法。 螺杆泵井设备 螺杆泵的结构 螺杆泵的工作原理 螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸人端均匀地挤到排出端。同时，又在吸人端重新形成新的低压空腔将原油吸人。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸人，通过油管举升到井口。 抽油管柱受力分析 扭力 (1)??? 转子扭矩M1； (2)??? 抽油杆磨油管M2； (3)? 油管内流体旋转摩擦扭矩M3 拉压力 转子正常工作时作用在定子上的拉、压力F1(上提、下放时)； 抽油杆作用在油管上的摩擦力F2； 柱自重F3； 外加管柱拉、压力F4； 液体向上流动产生的摩擦力； 抽油杆自重F5； 螺杆泵转子与定子吸附在一块时，上提力F6； 有效液柱作用在定子上的力F7。 受力分析 螺杆泵的工作特性曲线 过盈量的影响 转子转速的影响 粘度的影响 粘度增加使得漏失量减小，有利于提高泵的容积效率和系统效率 粘度的增加将使流动阻力增大而降低泵的充满程度和举升高度，泵的容积效率和系统效率也随之降低 泵的摩擦增大将增加阻力扭矩 泵的理论排量 泵的容积效率 系统效率 泵的扭矩 由于螺杆泵的吸大端和排出端存在压差，所以螺杆一衬套副中的液体将对螺杆施加力的作用。 定、转子间存在过盈量，将会使定、转子间产生摩擦阻力扭矩 转子有功扭矩 定子与转子间的摩擦扭矩 螺杆泵抽油合理工况参数分析 螺杆泵能否正常工作、寿命的长短、效益的高低与螺杆泵合理工作参数的确定有直接的关系 螺杆泵系统的合理转速 螺杆泵转速越高，泵效越高 螺杆泵转速越高，泵的举升压头越高 泵的转速越高，泵的理论排量越大 在压头相同、排量相同的条件下，高转速时扭矩小 提高螺杆泵转速的不利因素 螺杆泵转速提高，增加螺杆泵定转子的磨损 转速越高，单位长度内的定转子间的生热量越大，引起橡胶热胀，定、转子之间的扭矩增加，整个抽油系统的负荷上升 螺杆泵转速大，抽油系统抽油杆与油管的摩擦力增大，加剧泊管、抽袖杆的摩损 螺杆泵转速提高，杆管系统受力的疲劳程度增加。地面驱动装置受力条件变差，电机功率变大 驱动螺杆泵抽油的合理电机功率 电机驱动功率应考虑螺杆泵光杆所需实际功率，也就是正常工作时的功率。 正常工作时的启动功率，一般电机的启动电流是电机正常电流的三倍，为了保证在电机启动时不烧电机，应留有保险系数。 螺杆泵停泵，用防反转止动，扭矩不释放，再启动电机时，实际是满载启动，这时启动扭矩较大。 合理沉没度的确定 螺杆泵抽油沉没度是螺杆泵抽油系统的一个重要参数，沉没度过高，影响油井产量。 若控制的过低，影响泵的吸入状况，使泵效降低。螺杆泵定子橡胶发热，定、转子间的摩阻增大，使抽油系统工况变差，螺杆泵定子破坏加快。 螺杆泵的合理压头 螺杆泵的压头，由单级承压能力和级数决定 举升流体所需压头 在正常抽油系统中，螺杆泵应该有剩余压力 * 图4－1 机动螺杆泵井的系统组成 1一动力系统；2一转盘；3一三通；4一地面管线；5一井口；6一计量站；7一动液面；8一抽油杆；9一油管；10一抽油杆扶正器;；11一螺杆泵；12一油层 图4－2 单螺杆泵的结构示意图 1一泵壳；2一衬套；3一螺杆；4一偏心联轴节；5一中间传动轴； 6一密封装置；7一径向止推轴承；8一普通连轴节 图4－3 油管受力模型简图 图4－4油管柱受压失稳后在套管中的状态变化 图4－6典型的螺杆泵工作特性曲线 图4－7过盈量对容积效率的影响 图4－8 转子转速对容积效率的影响 图4－9 单螺杆泵的螺杆 图4－10 衬套断面形状及螺旋线的形成 *