人工举升理论第15讲 螺杆泵采油
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
F F3 F1 F7
模型三： 扭力作用在支撑卡瓦 上，其它忽略不计
F (F4 F3 )
模型四： 扭力作用在张力锚上
F F4 F3
油管锚定方式及受力分析
模型一：
轴向自由，周向受扭，扭力的大小与抽油杆扭力计算相同， 抽油杆的全部反作用力都作用在油管上，抽油杆工作时，扭 力存在。当螺杆泵停止工作时，扭力释放，油管下端螺杆泵 处泵定子正转、倒转都有可能，停机的次数越多，正、反转 交变的次数越多。转子扭力越大，抽油杆的累计转角越大。
油管受力分析
油 管 受 力 模 型 简 图
油管受力分析
从上述四个典型图分析，抽油管柱主要存在以下几个力
M M M
油抽转
管油子
转子正常工作时作用在定子上的拉、压力
内杆扭
F1(上提、下放时)；
流磨矩
抽油杆作用在油管上的摩擦力F2；
扭 力
体油 1
旋管； 转
拉 管柱自重F3； 压 外加管柱拉、压力F4；
计算方法如下：
L EF3 E(L x)qt
油管锚定方式及受力分析
模型三：
油管座封时，整个管柱受压，扭力由支承卡瓦承受，作 用在套管上。作用力除油管自重外，在顶部还加一个附 加力F4。管柱在F3、F4的压力下，使管柱产生弯曲。管 柱失稳后产生弯曲，油管弯曲状态(如下图)
失稳计算方法如下：
n cr
井口装置
螺
螺
油杆转动
杆 电动 杆 油
采 油
泵
液动
泵
管 输
螺杆泵转动
中间油管 驱 机动 工 出
系
动
作
统
井下螺杆泵
地层流体
螺杆泵采油
地面设备简单、紧凑、占地小、初期 投资少、操作安全可靠、管理和使用方便。
排出流量均匀平稳，调参容易，通过
优 改变地面驱动转速来调整泵的排量。
点
适宜输送和开采粘度大的流体。
nw
cr
2E 2
百度文库
抽油杆在油管内受力状态
在上图a中，抽油杆与油管不接触，当套管弯到 一定程度抽油杆开始磨油管，但抽油杆弯曲程度小 于油、套管弯曲程度，曲率半径大于套管弯曲曲率 半径。
在图b中，抽油杆摩擦油管情况取决于油、套 管几何尺寸以及油管的失稳程度。套管内径与油管 接箍外径比值越大，失稳程度越严重，抽油杆摩擦 越严重。
油管受扭累计转角计算公式如下：在线弹性范围内，油管
在扭矩M作用下，油管长为l，则两横截面间相对扭转角为
180 Ml （度/米） GI p
Ml (ral)
GI p
油管锚定方式及受力分析
模型二：
轴向自由、周向锚定型。油管自由悬挂，扭力由防转锚承受， 抽油时，抽油杆伸长，油管也随着伸长；抽油杆缩短，油管 也随之缩短，杆、管伸缩量与定、转子、油管、抽油杆几何 尺寸、材料及举升压差、下泵深度等参数有关。
直接影响泵效的高低。
转子转速的影响
转子的转速决定了螺杆泵的排量，在油井 产能允许的条件下，转子的转速越高，排 量就越大。但是，转速越高，抽油杆的离 心力就越大，抽油杆的弯曲振动就越严重， 抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之 增大，同时，举升高度也将因沿程损失的
增加和定子橡胶磨损的加速而下降。
螺杆泵的工作特性影响因素
自吸能力强，气体对泵效影响小。
螺杆泵的定子和转子的密封是柔性的 面接触，适用于含砂流体。
螺杆泵的结构
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
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。
螺杆泵的理论排量
如下图所示，螺杆任一断面都是半径 为 r的圆，整个螺杆的形状可看成是 由很多半径为r的极薄圆盘组成，这 些圆盘的中心O1是以偏心距e绕螺杆 本身的轴线O2z一边旋转一边按一定 的螺距t向前移动。即圆盘圆心O1的 轨迹是螺距为t、偏心距为e的螺旋线。
衬套的材料是橡胶，它的断面是由 两个半径为r(等于螺杆断面半径)的 半圆和两个长度为4e的直线段组成 的长圆形，如右图所示。衬套的双
在图c中，套管中心线弯曲，油井存在狗腿度。 油管失稳后弯曲比直井严重的多，抽油杆摩油管也 严重，抽油杆的狗腿度严重地受到套管狗腿度的影 响。
螺杆泵的工作特性曲线
螺杆泵的工作特性影响因素
过盈量的影响
螺杆泵的工作原理决定了要保证 一定的泵效，就必须使定、转子 表面的接触线保持充分密封，而 密封的程度取决于转子与定子间 的过盈量。因此，过盈量的大小
人工举升理论
第15讲 螺杆泵采油
吴晓东
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。
螺杆泵采油
螺
驱动装置
地面动力
杆 泵
力 液体向上流动产生的摩擦力忽略；
摩
2
；
擦
抽油杆自重F5；
螺杆泵转子与定子吸附在一块时，上提力
扭 矩
F6； 有效液柱作用在定子上的力F7。
3
油管受力分析
模型一： 反扣油管连螺杆泵定 子，正扣抽油杆连转
子，无锚定工具
M
M1
(M 2
M 3 )(L L
x)
F F3 F1 F7
模型二： 扭力作用在防转锚上
线内螺旋面就是由上述断面绕衬套 的轴线Oz旋转的同时，按一定的导 程T＝2t向前移动所形成的。
螺杆泵的理论排量
螺杆在衬套中的位置不同时，它们之间的接触点也就不同。当螺杆断面在衬套 长圆形断面的两端时，螺杆和衬套的接触为半圆弧线；而在衬套的其它位置时， 螺杆和衬套仅有两点接触。由于螺杆和衬套是连续啮合的，这些接触点就构成 了密封线，在衬套的一个导程T内便形成一个密封腔室。这样，在沿单螺杆泵的 全长上，衬套内螺旋面与螺杆的螺旋面形成了一个个封闭腔室。可见，衬套螺 杆副的长度至少为衬套的一个导程，才能形成完整的密封腔。
除了上述两个因素之外，还应注意粘度的 影响。由于螺杆泵在实际应中用以举升原油，
而且常常用于举升稠油，因此，泵在举升过 程中的工作特性与举升清水时的工作特性将 会有很大差别。一方面，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;另一方面，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。同时，泵的摩 擦增大将增加阻力扭矩。因此，在实际应用 中，应充分注意粘度的影响。
模型三： 扭力作用在支撑卡瓦 上，其它忽略不计
F (F4 F3 )
模型四： 扭力作用在张力锚上
F F4 F3
油管锚定方式及受力分析
模型一：
轴向自由，周向受扭，扭力的大小与抽油杆扭力计算相同， 抽油杆的全部反作用力都作用在油管上，抽油杆工作时，扭 力存在。当螺杆泵停止工作时，扭力释放，油管下端螺杆泵 处泵定子正转、倒转都有可能，停机的次数越多，正、反转 交变的次数越多。转子扭力越大，抽油杆的累计转角越大。
油管受力分析
油 管 受 力 模 型 简 图
油管受力分析
从上述四个典型图分析，抽油管柱主要存在以下几个力
M M M
油抽转
管油子
转子正常工作时作用在定子上的拉、压力
内杆扭
F1(上提、下放时)；
流磨矩
抽油杆作用在油管上的摩擦力F2；
扭 力
体油 1
旋管； 转
拉 管柱自重F3； 压 外加管柱拉、压力F4；
计算方法如下：
L EF3 E(L x)qt
油管锚定方式及受力分析
模型三：
油管座封时，整个管柱受压，扭力由支承卡瓦承受，作 用在套管上。作用力除油管自重外，在顶部还加一个附 加力F4。管柱在F3、F4的压力下，使管柱产生弯曲。管 柱失稳后产生弯曲，油管弯曲状态(如下图)
失稳计算方法如下：
n cr
井口装置
螺
螺
油杆转动
杆 电动 杆 油
采 油
泵
液动
泵
管 输
螺杆泵转动
中间油管 驱 机动 工 出
系
动
作
统
井下螺杆泵
地层流体
螺杆泵采油
地面设备简单、紧凑、占地小、初期 投资少、操作安全可靠、管理和使用方便。
排出流量均匀平稳，调参容易，通过
优 改变地面驱动转速来调整泵的排量。
点
适宜输送和开采粘度大的流体。
nw
cr
2E 2
百度文库
抽油杆在油管内受力状态
在上图a中，抽油杆与油管不接触，当套管弯到 一定程度抽油杆开始磨油管，但抽油杆弯曲程度小 于油、套管弯曲程度，曲率半径大于套管弯曲曲率 半径。
在图b中，抽油杆摩擦油管情况取决于油、套 管几何尺寸以及油管的失稳程度。套管内径与油管 接箍外径比值越大，失稳程度越严重，抽油杆摩擦 越严重。
油管受扭累计转角计算公式如下：在线弹性范围内，油管
在扭矩M作用下，油管长为l，则两横截面间相对扭转角为
180 Ml （度/米） GI p
Ml (ral)
GI p
油管锚定方式及受力分析
模型二：
轴向自由、周向锚定型。油管自由悬挂，扭力由防转锚承受， 抽油时，抽油杆伸长，油管也随着伸长；抽油杆缩短，油管 也随之缩短，杆、管伸缩量与定、转子、油管、抽油杆几何 尺寸、材料及举升压差、下泵深度等参数有关。
直接影响泵效的高低。
转子转速的影响
转子的转速决定了螺杆泵的排量，在油井 产能允许的条件下，转子的转速越高，排 量就越大。但是，转速越高，抽油杆的离 心力就越大，抽油杆的弯曲振动就越严重， 抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之 增大，同时，举升高度也将因沿程损失的
增加和定子橡胶磨损的加速而下降。
螺杆泵的工作特性影响因素
自吸能力强，气体对泵效影响小。
螺杆泵的定子和转子的密封是柔性的 面接触，适用于含砂流体。
螺杆泵的结构
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
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。
螺杆泵的理论排量
如下图所示，螺杆任一断面都是半径 为 r的圆，整个螺杆的形状可看成是 由很多半径为r的极薄圆盘组成，这 些圆盘的中心O1是以偏心距e绕螺杆 本身的轴线O2z一边旋转一边按一定 的螺距t向前移动。即圆盘圆心O1的 轨迹是螺距为t、偏心距为e的螺旋线。
衬套的材料是橡胶，它的断面是由 两个半径为r(等于螺杆断面半径)的 半圆和两个长度为4e的直线段组成 的长圆形，如右图所示。衬套的双
在图c中，套管中心线弯曲，油井存在狗腿度。 油管失稳后弯曲比直井严重的多，抽油杆摩油管也 严重，抽油杆的狗腿度严重地受到套管狗腿度的影 响。
螺杆泵的工作特性曲线
螺杆泵的工作特性影响因素
过盈量的影响
螺杆泵的工作原理决定了要保证 一定的泵效，就必须使定、转子 表面的接触线保持充分密封，而 密封的程度取决于转子与定子间 的过盈量。因此，过盈量的大小
人工举升理论
第15讲 螺杆泵采油
吴晓东
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。
螺杆泵采油
螺
驱动装置
地面动力
杆 泵
力 液体向上流动产生的摩擦力忽略；
摩
2
；
擦
抽油杆自重F5；
螺杆泵转子与定子吸附在一块时，上提力
扭 矩
F6； 有效液柱作用在定子上的力F7。
3
油管受力分析
模型一： 反扣油管连螺杆泵定 子，正扣抽油杆连转
子，无锚定工具
M
M1
(M 2
M 3 )(L L
x)
F F3 F1 F7
模型二： 扭力作用在防转锚上
线内螺旋面就是由上述断面绕衬套 的轴线Oz旋转的同时，按一定的导 程T＝2t向前移动所形成的。
螺杆泵的理论排量
螺杆在衬套中的位置不同时，它们之间的接触点也就不同。当螺杆断面在衬套 长圆形断面的两端时，螺杆和衬套的接触为半圆弧线；而在衬套的其它位置时， 螺杆和衬套仅有两点接触。由于螺杆和衬套是连续啮合的，这些接触点就构成 了密封线，在衬套的一个导程T内便形成一个密封腔室。这样，在沿单螺杆泵的 全长上，衬套内螺旋面与螺杆的螺旋面形成了一个个封闭腔室。可见，衬套螺 杆副的长度至少为衬套的一个导程，才能形成完整的密封腔。
除了上述两个因素之外，还应注意粘度的 影响。由于螺杆泵在实际应中用以举升原油，
而且常常用于举升稠油，因此，泵在举升过 程中的工作特性与举升清水时的工作特性将 会有很大差别。一方面，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;另一方面，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。同时，泵的摩 擦增大将增加阻力扭矩。因此，在实际应用 中，应充分注意粘度的影响。