螺杆泵采油技术及发展趋势

2、负载特性
L
F g
Gi li
li 0
式中
Gi—第i段杆柱的单位重力， N/m； li--第i段杆柱的长度 ，m； L—抽油杆柱的长度，m。
Fr
(D
2 4
d
2
)
(
pout
pin )
式中
D-- 转子载面直径，m； d-- 最下一级抽油杆直径，m。
L
Ff 2ieivili
li 0
m2 1
ei (m2 1) ln m (m2 1)
3、密封腔室能够不断推移 转子的转动能够使密封腔室连同其中的工作液体连续地沿轴向
推移，并在推移过程中进行机械能和液体能的相互转化。
螺杆泵的特点及优点是什么？
A 螺杆泵综合了柱塞泵和离心泵的优点，即在不同的压力条件
下流量改变很小，而且流量非常均匀；
B 无阀，对气的适应性好，不会产生“气锁”现象（柱塞泵）和
Q 1440 q n 106
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。
螺杆泵的三个基本要求是什么？
螺杆泵作为水力机械必须要满足以下三个必要 条件：
1、定、转子能够互相匹配 能够满足一般齿形啮合运动的要求。
2、转子和定子衬套能够保证密封性 转子和定子衬套间能形成多个密封腔室，以充满工作液体。
Pf Pr Py
螺杆泵采油系统的系统效率η为：
Py
Pt
= 8eDt( pout pin )t
Ty Tf
式中:e,D,t—螺杆泵的结构参数； ηt—地面驱动系统的传动效率。
3、 能耗特性
GLB1600-13大排量泵系统效率数据（10月底 ）
井号
喇 4-P272 喇 3-P311 喇 3-P3028 喇 5-P3128 喇 4-P291 喇 4-36 喇 4-381 喇 6-P2228 平均
2
T2
0.5
n
2
1、排量特性
2、负载特性
A 杆柱轴向力特性
螺杆泵在正常工作时,抽油杆柱井口的轴向力为:
Ft Fz Fg Fr Ff
Fz--转子在液压力作用下的轴向载荷，N ，由上式计算； Fg--杆柱自重引起的轴向载荷，N； Fr--杆管环空液压力引起的轴向力载荷， N； Ff--杆液摩擦引起的轴向载荷， N。
M,M0
Y
ω2 O2
O1
e 2e
ω1
X
2 2n
ω2=-ω1
转子的自转与公转
2、螺杆泵动力学特征
T
Fy
TZ
Fω
Fa
轴向力: 横向力: 惯性力:
Fa 16 Re P
Fy
4Rt P
F
1 2
R
2
e
t 2 4 2 e2 2
负载扭矩: 倾倒力矩: 摩擦扭矩:
T 16eRt P 2
4Rt 2 TZ 2 P
采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内 啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也 叫螺杆——衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空 间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔 室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现 机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。螺杆泵 又有单头(或单线)螺杆泵和多头（或多线）螺杆泵之分。
例 GLB500-14K为空心转子螺杆泵，每转排量500毫升，级数14； 如 GLB120-27(2:3)为多头螺杆泵， 转子与定子头数比为2:3，每转排量
120毫升，级数27。
Q＝４eDTn
螺杆泵理论排量如何计算 ？
理论排量公式如下：
Q＝４eDTn
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：
螺杆泵采油技术及发展趋势
目录
一、 螺杆泵工作原理及力学性能 二、 螺杆泵采油系统及配套技术 三、 螺杆泵优化设计 四、 螺杆泵当前使用现状及存在问题 五 、螺杆泵发展趋势
一、 螺杆泵工作原理及力学性能
本章主要讲解的内容：
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。
Ty
8eDt 2π
(pout
pin
)10 3
Kmδ
0.63η
0.33Ζ
杆液的摩擦扭矩Tf:
L
Tf
li 0
i
li
nDi2
d
2 i
60(Di 2 di 2 )2
式中:
Tf--杆液的摩擦扭矩 ， N.m； n-- 转子工作转速，r/min。
负载特性的主要特点
GLB500-14 型泵转子扭矩曲线
螺杆泵转子扭矩与工作压力有很好的直线性，且摩擦扭矩在 举升具有润滑性的液体时，只占转子负载扭矩的较小一部分。
因啮合线处的间隙δ是由工作压力ΔP产生的，所以增加定、转子 间的过盈会有效减少间隙，从而达到减小漏失的作用；
提高工作转速n会有效补偿漏失，这就是螺杆泵的离心泵特性。
漏失量
q1
D
2 12l
Pim
1 4
2D2
T2
0.5
n
e
D 2
2
T
2
0.5
8e
D 2
1：2结构
2：3结构
3：4结构
4：5结构
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，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。
5
4
3
21
0° 90° 180° 270° 360°
1-下接头；2-限位销；3-定子；4-转子；5-上接头
T ——定子导程，mm。
T
e
在螺杆泵参数设计过程中，这
D
三个基本结构参数的合理选择及相
互之间的合理配比显得尤为重要，
它们直接影响着螺杆泵的工作特性
和使用寿命。
螺杆泵规格型号是如何规定的？
LB － ( )
空心转子用“K”；实心省略；等壁厚定子用“D”；金属定子用“J” 转子与定子头数比，用阿拉伯数字表示，单头省略 泵的总级数 泵的几何排量，ml/r 单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”两字汉语拼音第一个字母 泵的驱动方式：抽油杆地面驱动，用“杆”字汉语拼音第一个字母G表示； 潜油电机井下驱动，用“潜”字汉语拼音第一个字母Q表示
能耗特性的主要特点
图2-29 GLB500-14型泵能耗特性曲线
由分析和试验发现，采油螺杆泵能耗有何特点？
①定、转子间摩擦损耗对工作压力不敏感； ②水力损耗是螺杆泵能耗的主要组成部分； ③随着工作压力即举升高度的增加和泵容积效率的降低水力无功 损耗显著增加。
在地面驱动式螺杆泵举升系统中，由定子和转子组 成的井下泵体是整个系统的核心设备。国内螺杆泵生产 厂家在井下泵的设计理论、加工工艺及方法、水力特性 的检测与评价等方面进行了大量的科研攻关，取得了一 系列科研成果，形成了适应不同排量范围的井下泵系列。
3、 能耗特性
螺杆泵采油井的能耗主要消耗在举升流体的驱动杆柱的能耗 和地面驱动系统的传动能耗。地面驱动系统的能耗一般可用传动 效率来表征。螺杆泵采油系统总的能耗计算如下：
Pt
Pr
t
Pr 2n(Ty T f )
而有功能耗为：
Py 16eDtn( pout pin )
3、 能耗特性
无功损耗为：
50
7.0
200
19/16″抽油杆扣
Φ89
31/2″TBG
40
5.0
160
13/8″抽油杆扣
Φ89
27/8″TBG
30
4.0
144
13/8″抽油杆扣
Φ89
27/8″TBG
30
3.0
120
13/16″抽油杆扣
目录
一、 螺杆泵工作原理及力学性能 二、 螺杆泵采油系统及配套技术 三、 螺杆泵优化设计 四、 螺杆泵当前使用现状及存在问题 五 、螺杆泵发展趋势
m Di di
式中：
μi--第i段流体平均粘度，Pa.s； vi-- 第i段流体平均流速 ，m/s； Di-- 第i段油管内径 ，m； di--第i段抽油杆直径，m。
2、负载特性
B 杆柱负载扭矩特性
举升井筒流体的扭矩:
式中:
Ty --举升井筒流体的扭矩， N.m；
pout --泵出口压力，MPa； pi n --泵入口压力，MPa。
产液量 （m3/d）
207 286 205 197 239 186 227 184 216
动液面 (m)
449 362 529 359 530 443 350 443 431
输入功率 (kW)
23.5 23.7 24.9 21.9 33.9 21.2 22.5 28.2 25.0
系统效率 (%)
44.90 49.55 49.40 36.63 42.38 44.15 40.23 32.82 42.60
7.5
31/2″TBG
48
8.5
导程 (mm)
480
500
连接螺纹 规格
19/16″抽油杆扣
19/16″抽油杆扣
Φ114
31/2″TBG
42
7.5
400
19/16″抽油杆扣
Φ108
31/2″TBG
42
7.0
300
19/16″抽油杆
Φ114
31/2″TBG
42
7.0
240
13/8″抽油杆扣
Φ108
31/2″TBG
定子衬套曲面是由两个半径为R（转子半径）的半圆和 两 条 长 度 为 4e 的 直 线 段 组 成 的 封 闭 对 称 曲 线 以 长 度 T （T=2t）为导程螺旋旋转形成空间螺旋曲面。