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1、螺杆泵采油工艺及井下 常规配套技术,一、螺杆泵采油工艺简介 1.螺杆泵采油系统 2.螺杆泵采油系统的特点 3.螺杆泵的主要性能参数 4.螺杆泵型号表示方法 5.驱动装置型号表示方法 6.影响螺杆泵使用寿命的主要因素及管理重点 二、螺杆泵井下常规配套技术 1.专用驱动杆 2.管柱防脱技术 3.杆柱防脱技术 4.管柱扶正技术 5.杆柱扶正技术,目 录,一、螺杆泵采油工艺简介,螺杆泵作为一种机械采油设备，具有其它抽油设备不能替代的优越性，它适用于稠油、含砂、高含气开采；它体积小、安装方便、无污染、低能耗等特点。,我厂从03年以来大面积推广应用螺杆泵采油技术，目前全厂共有螺杆泵井665口，十四种不同泵
2、型，其中GLB500和GLB800为主要泵型，我厂还在全油田范围内率先研发应用了GLB1200及以上大排量螺杆泵，累计应用166口井。,一、螺杆泵采油工艺简介,目前全厂共有螺杆泵井665口。,目前状况,螺杆泵井生产情况统计,螺杆泵采油系统按不同驱动型式可分为地面驱动和井下驱动两大类。,螺杆泵采油系统,地面驱动螺杆泵：,螺杆泵采油系统,根据传动形式可分为皮带传动和直接传动两种，其系统组成由地面驱动部分、井下泵部分、电控部分、配套工具及其井下管柱等五部分。,电控部分：包括电控箱、电缆、变频器等,地面驱动部分：包括减速箱、皮带传动、电机、盘根盒、支撑架、方卡子等,井下部分：主要由转子、定子、延长管、
3、油管扶正器、限位销等组成,配套工具部分：包括防脱器、防蜡器、锚定装置、防喷装置、封隔器等；,井下管柱部分：包括井口四通、油管挂、油管、专用抽油杆、抽油杆扶正器、筛管、尾管等。,井下驱动螺杆泵：,螺杆泵采油系统,按驱动形式不同，可分为电潜螺杆泵和水力驱动螺杆泵两种形式，特点是动力置于井底，不用抽油杆驱动。,优点：一是节省一次投资；二是地面装置结构简单，安装方便；三是泵效高、节能、管理费用低；四是适应粘度广，可举升稠油；五是适应高含砂量、高含气井； 局限性：一是泵需要润滑；二是定子质量是影响运转寿命的一个主要原因；三是专用抽油杆强度要求较高；四是地面杆式驱动结构需采取杆管防偏磨措施；五是施工操作技
4、术要求较高。,螺杆泵采油系统的特点,螺杆泵的结构参数主要有定、转子外径、偏心距、导程、级数、头数等，生产参数主要有泵型、转速、理论排量等。,螺杆泵的主要性能参数,1：2结构 2：3结构 3：4结构 4：5结构,由单头螺杆泵原理可知，转子的任一截面都是半径为R的圆，每一截面的中心相对整个转子的中心位移一个偏心距e，转子的螺距为t，则定子导程T=2t，当螺杆泵转动一周（2）时，封闭腔中的液体将沿井筒向上方向移动2t的距离，在任意横截面中液体占有的面积为衬套面积与转子面积之差，即4e2R=4eD，因此，螺杆转一周的理论排量q=4eDT，故螺杆泵的理论排量为：Q=5760eDTn,螺杆泵的主要性能参数
5、,螺杆泵的主要性能参数,现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量，公式如下：,式中： Q螺杆泵理论排量，m3/d； q螺杆泵每转排量，ml/r； n转子转速，r/min。,e 转子偏心距，mm； D 转子截圆直径，mm； T 定子导程，mm。,螺杆泵型号表示方法,D K G L B X - ,例如：DKGLBX500-14型螺杆泵表示：等壁后定子、空心转子结构，杆式驱动多头螺杆泵，泵每转公称排量500ml，总级数为14级。,螺杆泵型号表示方法,例一：某井下入型号为GLB1200-12螺杆泵，转数为150转/分，表示为地面驱抽油杆传动的螺杆泵，总级数12级，每转公称排量1200ml，其理论排
6、量为： 1440120015010-6=259.2m3/d,理论排量计算方式：,5.驱动装置型号规范,型号表示方法:,QDT DWJ ,示例：QDT-15-DWJ-2型驱动装置，QDT：螺杆泵地面驱动装置；15：电机功率15kW；DW：电动机驱动卧式结构；J：机械密封；2：改进特征为2型。,5.驱动装置型号规范,驱动装置按动力源及其与减速箱的联结方式可分为三种结构型式,其型式和型式代号见下表：,驱动装置与井口装置动密封形式和代号见表：,6.影响螺杆泵使用寿命的主要因素及管理重点,影响螺杆泵使用寿命的因素很多，主要有以下几点： 一是定、转子加工精度及表面洁度； 二是定子橡胶的耐温、耐油气浸性能；
7、 三是定子橡胶与金属外套的粘结强度； 四是定子内腔及转子的直线度； 五是合理转速和确定； 六是环境温度。 目前，从螺杆泵井的应用情况看，日常管理中需要注意的主要问题有： 一是地面驱动头是否漏油； 二是皮带松劲度； 三是防反转是否可靠； 四是热洗排量及压力是否合适； 五是电机是否异常； 六是电控箱指示表反映的电流、电压等数据是否有变化等。,一、螺杆泵采油工艺简介 1.螺杆泵采油系统 2.螺杆泵采油系统的特点 3.螺杆泵的主要性能参数 4.螺杆泵型号表示方法 5.驱动装置型号表示方法 6.影响螺杆泵使用寿命的主要因素及管理重点 二、螺杆泵井下常规配套技术 1.专用驱动杆 2.管柱防脱技术 3.杆柱
8、防脱技术 4.管柱扶正技术 5.杆柱扶正技术,目 录,二、螺杆泵井下常规配套技术,1.专用驱动杆,实心锥螺纹杆结构,空心插接杆结构,普通抽油杆结构,楔形插接杆结构,普通抽油杆连接为直螺纹连接，靠端面预紧力传递载荷，适用于上下往复式运动。螺杆泵依靠杆柱旋转举升液体，要求杆柱具有较高的抗扭强度，为此专门研制了螺杆泵专用驱动杆。,二、螺杆泵井下常规配套技术,1.专用驱动杆,实心锥螺纹杆结构,空心插接杆结构,楔形插接杆结构,早期开发了38空心插接式专用驱动杆，2002年以前我厂在500型以上11口井进行了试验，使用一段时间后有3口井出现了杆牙体扭断。分析认为，这种杆的接头处牙体比杆体抗扭强度低，存在断
9、脱隐患。为此，研制应用了楔形插接式专用抽油杆，其主要特点是杆头与杆体等强度、楔型插接、防脱反扣结构。经强度校核计算，杆体的抗扭模量为8409mm3，杆头插接处抗扭模量为8533mm3，可见杆体与杆头近似为等强度的。室内试验分析表明，该杆所受的拉应力为88MPa，扭转剪应力为186MPa，最大扭矩3800N.m，安全系数在2.5以上，能够满足1200型大排量螺杆泵可靠运行。,二、螺杆泵井下常规配套技术,1.专用驱动杆,实心锥螺纹杆结构,空心插接杆结构,楔形插接杆结构,对500型以下泵，以往采用普通直螺纹杆，由于螺纹强度不够，杆撸扣、断脱现象经常发生，为此研制开发了实心锥扣SHY级工艺杆。该工艺杆
10、是在D级抽油杆的基础上，经过超音频感应加热淬火工艺，使其表面存在一层3.0mm的淬硬层，金相组织为针状回火马氏体，其组织晶粒细小均匀，具有较高的表面硬度（HRC42），由于杆体心部未调质部分韧性较好，使杆体的韧性和表面强度都有较大提高。抗扭强度b1000N/mm2，22 mm实心锥扣SHY级工艺杆额定扭矩达到2000N.m，25 mm扭矩达到3000N.m，28 mm扭矩达到4600N.m。,二、螺杆泵井下常规配套技术,1.专用驱动杆,实心锥螺纹杆结构,近年来对偏磨问题井的跟踪分析发现实心细径杆偏磨的比率远远小于空心粗径杆。综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素，在1200型及以
11、上大排量螺杆泵上，进行用28 mm实心锥扣SHY级工艺杆取代原38mm及42mm空心D级杆。28 mmSHY级工艺杆是在直径不变的情况下，将原HY级杆外壁加硬层变厚，由3.0mm增加到3.5mm，大大增加了杆体的抗扭强度。,SHY级锥螺纹杆体工艺结构,二、螺杆泵井下常规配套技术,实心锥扣SHY级杆与空心D级杆对比,实心锥螺纹杆结构,空心插接杆结构,楔形插接杆结构,实心SHY级杆与空心D级杆参数对比表,二、螺杆泵井下常规配套技术,实心锥扣SHY级杆与空心D级杆对比,实心锥螺纹杆结构,楔形插接杆结构,28 mm杆与38mm、42mm空心杆相比增大过流面积，减小沿程阻力，相应降低扭矩，提高杆的抗弯、
12、抗拉、抗扭和耐磨程度，防止因偏心矩引起的弯曲和扭矩过大而产生杆断，达到防治杆管偏磨和杆断的目的。,杆扭断,二、螺杆泵井下常规配套技术,实心杆箍胀裂分析及对策,在1400泵上用28mm实心杆取代42mm空心杆时，发现有2口井出现接箍胀裂问题，分析原因是接箍端面锁紧面较小，当杆柱扭矩超过一定极限时，在螺纹锥度的引导下，杆头处螺纹继续向接箍内旋入，最终造成杆箍胀裂。为解决杆箍胀裂问题，我们提出三限位接箍保护技术，室内实验效果良好，杆箍与杆体抗扭强度等同。三限位接箍锥螺纹连接形式同双限位对比示意图。,杆箍涨裂,二、螺杆泵井下常规配套技术,三限位杆连接结构,三限位接箍锥螺纹连接形式：杆头外螺纹与接箍内螺
13、纹联接上紧时，采用前定位方式，有效防止扭矩不断增加螺纹予紧力超载时接箍涨裂。在螺纹前定位压紧时，螺纹后定位起作用，杆头的推承面与接箍面正好贴合上，保证接箍不被涨裂。 目前全厂166口1200型及以上泵配套28mm实心杆69口井，剩余97口配套空心杆的大泵井，今后将借生产维护之机匹配28 mm实心锥扣SHY级工艺杆，配套相应的防偏磨措施，有效降低杆管偏磨，节省大量生产成本。,杆箍涨裂,二、螺杆泵井下常规配套技术,2.管柱防脱技术,由于螺杆泵的转子在定子内顺时针转动，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
14、杆泵井管柱防脱方式主要有以下5种：反扣油管、防转锚、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,2.管柱防脱技术,A,B,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1025mm，可硬压下去， 超过这个范围必须重新坐卡。
15、解卡时，上提管柱，滑环销钉11由E点运动到A点，卡瓦2在箍簧3的作用下收回解卡。,DQ0552支撑卡瓦 结构原理如图A、B,防转锚示意图,防转锚： 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，防转锚不再起作用。,2.管柱防脱技术,3.杆柱防脱技术,螺杆泵采油井造成抽油杆脱扣的原因有多种，如在蜡堵或卡泵时会造成杆柱反转而脱扣；在停机后油管内液体回流，杆柱反转也会造成抽油脱扣；转子在油套环空内的液体作用下转动造成
16、杆柱脱扣等等。因此，必须开展螺杆泵防脱技术研究。,棘轮、棘爪式防反转装置,目前，地面驱动有机械防反转装置、液压制动防反转装置，井下有杆防脱器和插接杆反扣接箍等技术。,液压制动防反转装置,4.管柱扶正技术,油管橡胶扶正器,转子在螺杆泵定子内旋转将产生离心作用，使定子受到周期性冲击而产生振动，这种振动的存在将降低系统的使用寿命。因此，必须对螺杆泵的泵体采取扶正措施，以减小或消除这种振动。通常的办法是在泵体上布置扶正器。,对于采用锚定工具的螺杆泵管柱，一般在定子上接头处安装一个油管扶正器，而对于采用反扣油管的管柱，则需在定子上、下接头处分别安装扶正器。油管扶正器分为橡胶扶正器和金属刚性扶正器两种。,金属刚性扶正器,4.管柱扶正技术,另外，常规使用的下压式支撑卡瓦坐封时，管柱处于下顶、上压状态，当承
