《螺杆泵培训》PPT课件.ppt

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、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,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； 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、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。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，当承受本身1000米重力和下压力大于失稳临界力时势必使油管产生弯曲造成偏磨。为此开展了翻板式防转锚研究试验。该防转锚有六片卡块，螺杆泵工作时，卡块在板簧的弹力作用下，卡在套管内壁上，锚定螺杆泵定子，同时管柱处于拉伸状态。当检泵作业时，反向旋转中心管，卡块即与套管脱离，完成解卡。,随后又针对扶正式防转锚由于偏心距的存在支撑板簧不断压缩变形的问题，我们提出尝试用张力油管锚，其坐封时顺时针旋转管柱8-10圈，扭矩大于2000N.m时，上提管柱调整旋转油管挂，完成坐封，这种坐封方式既不压油管又不会因杆柱旋转产生锚的震动，坐封实现后张力锚的卡瓦卡住套管，套管和锚视为一体，此时管柱处于拉伸状态，可减轻杆、管运转中产生的偏磨。,翻板锚,张力锚,5.杆柱扶正技术,抽油杆柱是螺杆泵井下的主要转动件，它在运动中主要受三个力：离心惯性力、轴向向下拉伸力及摩擦力。由于抽油杆在运动中产生杆柱弯曲是不可避免的，抽油杆、接箍和油管的磨损现象是普遍存在的。因此要减小杆柱偏磨，就要减少杆柱在运动中所受的摩擦阻力及采取一些保护技术来保护杆体、杆箍。,目前，杆扶正器材料一般采用抗磨损的尼龙制造 。,5.杆柱扶正技术,42mm带限位箍楔型反扣空心杆 锥螺纹实心杆扶正短接,另外针对杆管偏磨问题，我们对其他采油厂螺杆泵防偏磨技术进行了调研，偏磨井基本上是采用全井一根杆加一个扶正器的方法，扶正器结构与我厂目前使用的相同，都是扭卡式快装杆体扶正器，虽然全井扶正，也还是存在偏磨，只是偏磨程度减轻，这也说明了加扶正器的必要性。现在看来众多种类 的扶正器中，可防串限位式的结构最为合理，同时必须考虑扶正器节流问题，保证足够的过流通道。目前在用的扭卡式快装杆体扶正器过流通道较大，只是不能防止串动，有效保护接箍。杆接箍附近设计出限位箍结构或安装扶正短接，这两种结构在限位段直接安装扭卡式扶正器，既保护了接箍又不节流。,目前空心杆利用摩擦焊接堆出或直接墩出了一道限位箍，实心驱动杆采用扶正短接结构或采用扭卡式防串扶正器。,5.杆柱扶正技术,驱动杆扶正器的优化设计,按照常规的做法，螺杆泵井采取全井扶正的措施，这样虽然延缓了偏磨，但同时增加了管柱内液流阻力，杆柱由自重产生的拉伸效应降低，失稳临界值减小，易弯曲发生偏磨；而合理地安装扶正器，既可以保证弯曲点杆管不接触磨损，同时也能尽量减少由于安装扶正器产生的“上顶”力。因此，提出了驱动杆扶正器的优化设计研究。 首先，通过对杆柱受力模型进行分析，发现越是下部的驱动杆越容易弯曲变形发生偏磨；其次，现场也发现多数偏磨井偏磨段都在中下部，且越向下偏磨越严重，同时大泵空心杆偏磨的几率和偏磨程度远远高于小泵实心杆。为此，确定了“下部加密、上部适当减少”的扶正器优化方针。,5.杆柱扶正技术,驱动杆扶正器的优化设计,一是对中、小排量配套实心杆的井，转子上部5根杆每根安装一个扶正器，其余5根一个； 二是对大排量配套实心杆的井，转子上部10根杆每根安装一个扶正器，其余4根一个； 三是对大排量配套空心杆的井，转子上部10根杆每根安装一个扶正器，其余23根一个。同时，结合作业施工现场监督，对偏磨严重的井现场调整扶正器的优化措施。 截止到目前，共实施扶正器优化设计100余口井。,5.杆柱扶正技术,固体润滑剂减磨扶正器应用试验,该扶正器在扶正块内孔固化金属滑动轴承，轴承接触面镶嵌多组固润滑剂，起到自润滑减磨作用。扶正体周向开设临界斜向导流槽，在扶正块旋转任意角度时，能确保杆管之间的等距离接触。在同一管径的油管内，固体润滑70扶正器比扭卡式70扶正器的过流面积增加218.67，有效降低螺杆泵杆柱的扭矩和轴向力，,2006年底现场试验了2口井，全部是管杆严重偏磨井，每年多次检泵。本次下入固体润滑剂减磨扶正器，下法为：转子上15根杆，1根一个扶正器，其余每2根杆安装一个扶正器，投产后生产正常，目前正在继续观察效果。,结束语：,螺杆泵采油近年来在我厂得到大面积推广和应用，取得了良好的效果。但是，在推广应用过程中，也暴露出了一些问题：一是检泵周期较短，杆管偏磨严重；二是螺杆泵配套技术研究还不完善。目前我们科研及管理工作的主要方向仍然是杆管偏磨的预防和治理，做好螺杆泵扶正器的优化设计。下一步要加深偏磨机理的再认识，在推广应用成熟的防偏磨技术的同时，积极研发新工艺、新技术，如地面驱动油管采油螺杆泵、高转速泵等，探讨其技术适应性，使螺杆泵举升工艺日臻完善。,祝大家身体健康工作顺利 谢 谢,