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杆式单螺杆泵在油田中的应用
杆式单螺杆泵在油田中的应用
[来源：未知] [作者白云泵业] [日期：2016-11-02 09:40] [热度：]
螺杆泵在开采稠油、含砂原油和中深低原油方面有明显的优越性。随着油井不断向深层发展，在泵挂深度愈来愈大的情况下，管式螺杆泵的检泵工作势必费时费工，采油成本相对较高。介绍一种地面驱动杆式螺杆泵，论述了其基本结构和工作原理。这种杆式螺杆泵可以缩短检泵作业时间，从而降低油田的作业成本。
目前，在我国油田使用的机械采油工艺中，地面驱动螺杆泵在开采稠油、高凝固点油、高含腊油、高含砂及含气原油等方面表现出明显的优越性。但是随着油井不断向深层发展，在泵挂深度愈来愈大的情况下，管式螺杆泵在检泵或换泵时，需油管柱和抽油杆柱同时起出，其过程中要仔细丈量清点抽油杆长度及数量，计算油管及抽油杆的弯曲变形和伸长量，推算出准确的防冲距。整个换泵过程工作量大，停产时间长，作业成本相对较高。为了充分发挥螺杆泵的优点，弥补不足，研究出一种地面驱动插入式螺杆泵装置，该装置可以实现快速而经济的检泵和换泵，用户可以不用起出油管柱就可以安装和取出螺杆泵。
1、基本结构及工作原理
杆式螺杆泵装置结构如图１所示。杆式螺杆泵主要由上承拉接头、转子、定子总成、底部机械防转装置和底部机械抗拉锁紧装置组成。
1.1 上承拉接头
杆式螺杆泵下井和起泵作业时，由上承拉接头承受整个泵的重量，其材料选用优质碳素结构钢42CrMo，内表面进行镀硬铬处理，增加其耐磨性。
1.2 螺杆泵
转子和定子总成组成螺杆泵，杆式螺杆泵与管式螺杆泵的结构和工作原理相同，地面驱动装置将动力传给抽油杆，抽油杆带动转子在定子中作行星运动，实现液体从螺杆泵进口到出口的运动和增压，从而把液体从井下举升到地面。螺杆泵的外径要小于油井油管内径，保证在下井过程中不受阻顺利施工。泵的每转理论排量公式：
q = 4edT
式中： q—螺杆泵每转理论排量，mm3； e—转子的偏心距，mm； d —转子截面基圆直径，mm；T —定子的导程，mm。对于小排量、高扬程的单螺杆泵，可优先取下列比值：
T/ d
T /e
因此杆式螺杆泵的排量应为中小排量。
螺杆泵的转子上端设计时，要考虑其在起下泵过程中要承受向下的拉力，以及工作过程中的偏心转动，使其既能够承拉又不能磨损上承拉接头内壁。
1.3 底部机械防转装置
螺杆泵采油工作过程中，转子在定子腔内做顺时针转动，由于定子、转子之间的摩擦力，有带动定子一起作顺时针转动的趋势。为了能实现转子在定子中的相对转动，使螺杆泵正常工作，必须使定子固定，底部机械防转装置实现了这一功能。考虑到杆式螺杆泵下井作业安装方便，设计了近似键联接的结构形式。防转接头将螺杆泵定子承扭接箍与油管连接，整个油管柱下部用锚定器锚定在一起，上部与井口采油树连接。杆式螺杆泵工作时，定子受到转子给与的扭矩要与转子一起转动时，定子扭矩传递给防转接头，防转接头通过近似键将扭矩传给防转接箍，从而实现螺杆泵定子与油管柱一起相对静止，实现定子、转子相对转动而抽油工作。
1.4 底部机械抗拉锁紧装置
杆式螺杆泵定子底部机械抗拉锁紧装置由底部抗拉锁紧芯轴和底部承拉接箍组成。底部抗拉锁紧芯轴底部设计为四瓣式的胀卡式，同时选用优质合金钢65Mn，螺杆泵下井作业其底部抗拉锁紧芯轴通过弹性变形首先进入底部承拉接箍，当其到达预定位置，芯轴的四瓣张开，与底部承拉接箍配合。当螺杆泵工作定子有轴向运动的趋势时，定子受到的轴向力通过螺纹连接传给底部抗拉锁紧芯轴，芯轴受到底部承拉接箍的限制，从而限制了定子的轴向运动。同时，设计时严格控制芯轴锥面尺寸与接箍锥面尺寸，使芯轴锥面与接箍锥面形成过盈配合，起到密封作用。
2、杆式螺杆泵与管式螺杆泵施工工艺比较
杆式螺杆泵装置的主要技术参数：理论排量为50～800mL/r；扬程为800～2000m；最大外径为118mm；转速为75～300r/min；适用井底温度≤100℃；适用油管内径≥76mm。杆式螺杆泵起泵施工工艺：第一步，切断变压器与电控箱电源；第二步，拆下电机动力线；第三步，上提光杆，使卡子同减速箱输出轴段脱离；第四步，卸下地面驱动装置；第五步，继续上提光杆到达井口，卸下光杆；第六步，起出全部抽油杆和整套杆式螺杆泵；第七步，清理地面设备及井下工具。整个换泵过程一般需要1～1.5d 的时间。而管式螺杆泵的下泵工艺虽然与杆式螺杆泵相似，起泵工艺中前五步相同，而后半部分为：第六步，起出全部抽油杆和转子；第七步，卸下井口装置，松开油管挂顶丝；第八步，起出井内全部油管、定子、油管锚及尾管等全部管柱；第九步，清理地面设备及井下工具。其中第八步费时费力，同样排量、扬程的管式螺杆泵换泵时间约为2～3d，杆式螺杆泵则可以缩短检泵作业时间1～1.5d，从而降低作业
成本。
3、结束语
杆式螺杆泵装置综合螺杆泵与杆式柱塞泵的结构特点，装置原理可行、结构简单合理、现场操作方便。杆式螺杆泵装置，减少检泵和换泵的工作量，降低螺杆泵井施工费用，缩短停井时间，从而降低修井费用和油田采油成本。
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