采油工程PPT课件 第3章 螺杆泵采油

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1、螺杆泵采油系统 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。 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-定子； 4-转子； 5-上接头 一、螺杆泵采油系统 螺杆泵采油系统在按驱动类型可分为地面驱动和井下驱动 两大类。 1.地面驱动螺杆泵采油系统 根据传动形式不同，可分为皮带传动和直接

2、传动两种型式。 (1)皮带传动 电动机（柴油机或液压马达）、皮带传动轮、减速器等均置于 地面采油井口装置上面。当驱动装置工作时，带动抽油杆和转 子旋转，将油举升到地面。 (2)直接传动 将电动机通过行星减速器与抽油杆光杆直接连接，驱动抽油杆 旋转。 (3) 系统组成 由地面驱动部分、井下部分、电控部分、配套工具及 其它井下管柱等五部分组成。 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。 井下泵部分，主要由抽油杆、接头、转子、导向头和油 管、接箍、定子、尾管等组成。为了防止油管、定子脱扣 ，在尾管下部应安装油管锚定装置。 电控部分：包括电控箱、电缆等。配套工具部分：包括

3、防 脱工具、防蜡器、泵与套管锚定装置、卸油阀、单向阀、封 隔器等。 常规及简易井口装置、正扣及反扣油管、实心及空心抽油杆 、抽油杆扶正器、光杆扶正器等，另外，采油树、抽油杆、光 杆等均为常规标准成品。 地面驱动井下单螺杆泵采油系统 地面驱动螺杆泵采油一般适 用于井深1000m左右的直井。 由螺杆泵、抽油杆柱、抽油 杆柱扶正器及地面驱动系统等组 成。 工作原理： 地面动力带动抽油杆柱旋转 ，使螺杆泵转子随之一起转动， 油井产出液经螺杆泵下部吸入， 由上端排出，并沿油管柱向上流 动。 地面驱动部分 地面驱动装置是螺杆泵采 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

4、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 图2固定式螺杆泵 管柱 1-抽油杆；2-回音 标；3-抽油杆扶正 器；4-转子回转调 节器；5-转子；6- 定子；7-定子扶正 器；8，12-带孔管 ；9-转子限位器； 10-防砂封隔器； 11-单流阀 图3螺杆泵抽 油杆柱结构 1-光杆；2-标准 抽油杆接箍；3 -抽油杆扶正器 ；4-抽油杆；5- 转子 金属定子螺杆泵结构剖视图 1金属材质的转子，3橡胶材质 的定子，2、5上下接头，4定位

5、 销子，6尼龙 金属定子螺杆泵结构剖视图 1金属材质的转子，3橡胶材质 的定子，2、5上下接头，4定位 销子，6尼龙 电动螺杆泵采油示意图液压螺杆泵采油示意图 2.井下驱动螺杆泵采油系统 按驱动形式不同，可分为电驱动和液压驱动两种形式。动力 置于井底，不用抽油杆。 (1)电潜螺杆泵采油系统的组成及工作原理 中间部分 井下部分 地面部分 自动控制台、自 藕变压器及辅助 设备(电缆滚筒 、导向轮、井口 支座和挂垫等) 组成 潜油电缆和 油管组成 扶正器、四极潜油电机、电机保护 器、齿轮减速器、减速器保护器、 双万向节、吸入口、螺杆泵、单流 阀、泄油阀。 电潜螺杆泵工作原理 地面电网电源通过变压器、

6、控制柜、接线盒连 接后，利用井下电缆将地面电力输送到井下潜油 电动机，当井底电机接通电源后，电机旋转经过 减速器和联轴节驱动螺杆泵在低速下转动，井液 经过螺杆泵增压后，通过油管举升到地面，输送 到计量站。 电潜螺杆泵机组是将潜油电动机、减速器、保护器、 联轴节(带泵吸入口)、与螺杆泵组合在一起，下入井内， 螺杆泵与油管、地面管线连接。 电动潜油螺杆泵采油系统的技术关键及解决方式 (1)泵的低转速高扭矩输入要求； (2)电机与泵连接轴的受力； (3)井下机组高温、高压保护。 其相应解决方式为 ： （3）专门设计了井下机组的润滑保护装置，以解决井下机组 的高温、高压保护问题。 开发技术的关键： (

7、1)改造潜油电机，降低潜油电机转速；潜油电机+减速装置 (2)专门设计制造联轴节以解决输出轴与泵轴的传动问题和轴 向止推力问题； a.降低电源频率，或常规 电源+变频器方式；b.改 变电机磁极数。 优点在于能 在降低电机 转速的同时 提高单螺杆 泵的输入扭 矩 系统组成： 整个系统分为地面 和地下两部分。 地面设备： 管汇、油水分离器； 井下部分： 旁通管、液马达、封 隔器、及螺杆泵。 （2）液压驱动螺杆泵采油系统 封隔器 死堵 螺杆泵 筛管 油管 液马达 套管 油层 工作原理： 工作时供液泵将高压水供给液马达，液马 达驱动螺杆泵工作，井底原油从其上部排出 并与动力液混合后流入油套环形空间。由

8、于 封隔器的存在，油水混合液只能由油套环形 空间返回井口，经分离计量后输至大罐，分 离出的水再注入供液泵。 二、螺杆泵采油系统的特点 螺杆泵与其它机械采油设备相比，具有以下优点： (1)由于结构简单，价格较低，节省一次投资， (2)地面装置结构简单，安装方便，可直接坐在井口套管四通 上，占地面积小，除原井口外，几乎不另占面积。 (3)泵效高、节能、管理费用低。由于螺杆泵是螺旋抽油的容 积泵，流量无脉动，轴向流动连续，流速稳定，因此它与游 梁式抽油机相比，没有液柱和机械传动的惯性损失。泵容积 效率可达90，它是现有机械采油设备中效率较高的机种之 一。 (4)适应粘度范围广，可以举升稠油。一般来说

9、，螺杆泵适合 于粘度为8000mPa.s以下的各种含原油流体，多数稠油井都可 应用。 (5)适应高含砂井。从理论上来讲，螺杆泵可输送含砂量达 80%的砂浆。在高含砂的情况下螺杆泵仍可正常生产。 (6)适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，故较适合于油气混 输，但井下泵入口的游离气会占据一定的泵容积。 (7)适应于海上油井丛式井组和水平井，螺杆泵可下在斜井段 ，而且设备占地面积小，因此适合海上油田丛式井组或水平 井使用。 (8)允许井口有较高回压。在保证正常生产情况下，井口回压 可控制在1.5MPa，因此对边远井的集输很有利。 (9)当发动机或电机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上 部，与有杆泵比

10、较，螺杆泵有更大的可能恢复工作。 (1)定子最容易损坏，检泵次数多，每次检泵，必须起下管 柱。 (2)泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑而工 作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。 (3)定子的橡胶不适合在注蒸汽井中应用。 （4）若操作人员不经适当操作训练，操作失误，就会造 成泵损坏。 （5）它与有杆泵比较，总压头较小。目前现场应用在井 深1000m左右的井。 螺杆泵的局限性： 三、螺杆泵主要设备及配套 螺杆泵采油系统的主要设备包括地面和地下设备。 地下设备有螺杆泵和锚定工具等； 地面部分主要有驱动头、驱动动力设备及井口。 动力源将动力传递给驱动头，通过驱动头减速后，再由方卡

11、 子将动力传递给光杆，光杆与井底抽油杆连接将动力直接传至井 底的螺杆泵。螺杆泵举升的原油沿抽油杆与油管的环形空间上升 到井口，进输油管道，井口上端有一盘根盒，密封住旋转的光杆 。 分类（按传动形式不同）： （1）皮带传动：电动机（柴油机或液压马达）、皮带传动轮、 减速器等均置于地面采油井口装置上面。当驱动装置工作时， 利用皮带带动抽油杆和转子旋转。 （2）直接传动：将电动机（液压马达）轴立起来，通过行星减 速器与抽油杆光杆直接连接，驱动抽油杆旋转。 1螺杆泵地面驱动头 (1)驱动头 驱动头是地面的一个主要减速装置，它将动力源的高转 速降低到适合螺杆泵及抽油杆的转速，一般为150500r min

12、，目前应用的驱动头的结构形式主要有四种。 1）偏置式:电机呈卧式或立式，由皮带轮第一级减速传给减速 箱，减速箱体内部有一对伞齿轮，功能是将绕水平轴线的旋转 变为绕垂直轴线的旋转。箱体与井口法兰连接，钢圈密封，光 杆用盘根盒密封。 偏置式特点：重量轻， 体积小，不需用平衡装 置。 2）平衡式:这种形式的驱动头的电机呈立式，用一对皮带轮一 级减速将动力转给减速箱，减速箱内有一对直齿轮，再次减 速。箱体内两根轴呈平行分布，整体占据空间较大，需在电机 对侧放一平衡块，以便调整重心对准井口。驱动头与井口法兰 连接，钢圈密封，光杆转动，盘根动密封封住光杆。 这种装置体积大，重量大，移动不方便，但稳定性好，

13、目 前应用较多。 特点：装置体积大，重 量大，移动不方便，但 稳定性好，目前应用较 多。 3）一体式电机呈立式:输出轴端连接一摆线针轮减速器，减速器 下端直接与井口连接。 另一种是电机直接驱动，（无减速器）选用低转速电机，直 接与井底抽油杆连接，转速高，操作方便，重量轻，目前应 用较少。 一体式 优点：对中性能最好，不存在 偏心，实现动、静平衡，且体 积小、重量轻、操作方便。 缺点：调参困难、光杆动密封 可靠性能差。 (2)光杆连接方式 驱动装置通过光杆与井底抽油杆相连接，光杆表面较 光滑，是一个一端带螺纹的抽油杆短节，长约23m，上 端穿过驱动头的轴套孔，通过方卡子与轴套连接；下端与 井底的

14、抽油杆螺纹连接。 驱动装置下部安装密封盘根盒，密封住旋转的光杆。 杆柱负荷通过光杆传递给驱动装置，负荷由井口承受。这 种光杆主要传递动力。称为动力光杆。 还有一种光杆不传递动力，主要用来密封，动力通过 驱动装置的轴套传给抽油杆，光杆放在轴套内，通过静密 封胶圈封住环空油液。 (3)动力源 螺杆泵采油系统常用动力源有电机、柴油机、液压马达 等，其中最常见的是： l）电机通过皮带轮将动力传至驱动装置，易于管理，是应用 最广泛的一种。 2）柴油机通过皮带将动力传给驱动装置，这种方式可用在无 电网地区，但相应增加部分管理费用，在国内有些油田采用 。 3）拖拉机尾部连接一变速箱，通过十字轴将动力传给驱动

15、装 置，这种方式比较适宜那些低丰度油田的间歇抽油，不设置 电网、管网，可大幅度降低投资，是低产油田开采的较理想 方式。 (4)驱动装置与井口的主要连接方式 1）驱动头法兰盘与井口法兰连接是目前应用最多的一种，驱 动头下部有一个法兰盘，尺寸与采油树井口法兰相配合。 2）井口卡箍头连接驱动头下部卡箍头。 3）高架式是特制一个架子装在驱动头底部与井口连接。 (5)皮带张紧调节方式 1）采用张紧轮调整。在驱动头壳体上安装一个张紧轮，通 过压紧张紧轮增大皮带包角。 2）通过增加皮带轮中心距来调整。电机座架与驱动头壳体 连接，机架有两个环形槽。通过螺栓紧固在壳体上，松开 螺栓，即可将座架向外移动，这样就可

16、增加两皮带轮的距 离，从而达到张紧的目的。 (6)更换皮带轮调速 通常螺杆泵驱动装置可设计几个转速，在新井投产时， 由于地层压力高，供液能力强，可采用较高转速，经过一段 时间后，压力逐渐降低，地层压力趋于稳定后，可调整到正 常转速，以免产生抽空现象。所以电机提供动力的螺杆泵多 采用更换皮带轮调节转速。间歇采油装置通过拖拉机尾部的 变速箱来调节转速。 (7)井口密封 螺杆泵抽吸的油液到达井口，流入集油管线，一般 井口回压应保持1MPa左右以保证将油流送到计量间。从 满足生产的角度出发，井口盘根密封最低压力不应小于 1MPa，但由于洗井解堵时压力可达10MPa，故螺杆泵井 口密封特殊情况下短期最大压力应达到10MPa。 (8)防反转机构 螺杆泵在运转一段时间后，井下抽油杆将会积累一部分 能量，同时，由于抽油杆与油管内与油套环空内液面的高度 差造成螺杆泵象液压马达那样反转，在螺杆泵停机时，抽油 杆将高速反转若不加以限制，其惯性作用势必造成抽油杆 脱扣，所以必须在螺杆泵驱动装置上设计防反转机构设计 时应参考抽油杆所能承受的最大扭矩。 (9)轴向载荷 轴向载荷与抽油杆深度成正比，与泵的几何尺寸、