如何选择螺杆泵?

Moinean于1930发明,并获得美国第一个螺杆泵采油专利。31-32年法国制造。我国于1986年开始研究地面驱动螺杆泵。在我国一些油田,稠油开采存在相当突出的问题。稠油含砂含气,使油井工况复杂。螺杆泵在开采高粘度、含砂、含气原油方面具有独特的优势。这是一个正排量泵,带有活动部件(只有螺杆),没有阀门和复杂的流道。油流扰动少,大大降低了水力损失。由于螺杆在橡胶衬套表面的运动具有滚动和滑动的特性,沙粒不易沉积。由于套管与螺杆之间体积变化均匀,油气混输效果更好。突出优点:体积小,重量轻,制造容易,维修方便,运动部件少,位移均匀。

1.泵的系统组成和工作原理?

1.系统构成?

地面—

地下螺杆泵

中间-中间管道或中间电缆

工作流程;地面动力驱动抽油杆柱-泵转子旋转-井液从泵下部吸入-从上部排出-从油管流出至井口-地面管线至计量间。

2.螺杆泵的结构和工作原理?

(1)螺杆泵的结构?

由定子和转子组成。转子为高强度螺杆,精加工,表面镀铬;定子是泵筒,由坚固、耐油、耐腐蚀的合成橡胶制成,然后永久粘合在钢壳内。螺杆泵除了单螺杆泵外,还有多螺杆泵(双螺杆泵、三螺杆泵和五螺杆泵等。),主要用于运输石油产品。

(2)螺杆泵的工作原理?

螺杆泵是通过空腔排油的,即转子和定子之间形成的封闭空腔互不连通。当转子旋转时,封闭的空腔沿轴向从吸入端向排出端移动。当封闭腔在排出端消失时,腔内的原油将被均匀地从吸入端挤压到排出端。同时在吸入端重新形成一个新的低压腔来吸入原油。就这样,封闭的空腔不断形成、移动、消失,原油不断被填充、挤压、排出,使井内原油不断被吸入,通过油管举升到井口。

3.不足之处

二、螺杆泵基本参数的确定?

1.泵的理论排量?

螺杆的任意截面都是半径为r的圆,整个螺杆的形状可以看作是由许多半径为r的极薄圆盘组成,这些圆盘的中心以一定的节距T向前移动,同时绕螺杆本身的轴线O2-Z旋转,偏心率为e..即圆盘O1的圆心轨迹是一个螺距为t,偏心率为e的螺旋线?

衬套的材料是橡胶,其横截面是由两个半径为r(等于螺杆的横截面半径)的半圆和两个长度为4e的直线段组成的长方形,如图11-21所示。衬套的双线内螺旋面是由上述截面绕衬套轴线OZ旋转并按一定导程T=2t向前运动而形成的。?橡胶衬套易磨损,下径向推力轴承损坏,偏心联轴不够可靠,周期短。?

当螺钉在衬套中的位置不同时,它们之间的接触点是不同的。当螺杆的横截面在套管的长圆形横截面的两端时,螺杆与套管的接触为半圆弧;在衬套的其它位置,螺钉和衬套只有两个接触点。因为螺钉和衬套持续接合,所以这些接触点形成密封线,并且在衬套的导程T中形成密封室。这样,沿着单螺杆泵的整个长度,衬套的内螺旋面和螺杆的螺旋面形成封闭的腔室。可以看出,衬套螺纹副的长度至少是衬套的一个导程,以形成完整的密封腔。

式中,Qt——泵的理论排量,m3/d。;?

e-螺杆的偏心率,m?;?

n-螺杆的转速,?r/min?;?

Dp-螺杆截面的直径,DP?=2r,m;?

T——套管的导程,t = 2t,m;?

t-螺距,m?

2.泵的容积效率和系统效率?

1)泵的实际排量Q与理论排量Qt的比值称为泵的容积效率,用一个公式表示,本质上是一个排量系数,它与泵的扬程、转子与定子的过盈量、转子的转速和提升液体的粘度有关,是一个多变量函数。

2.泵的系统效率η被定义为泵的有功功率(液压功率)Ph与泵的输入功率Pin之比,即

其中包括:

3.泵的扭矩?

由于螺杆泵吸入端和排出端之间的压力差,螺杆衬套副中的液体会对螺杆施加一个力。同时,定转子之间存在干涉,定转子之间会产生摩擦阻力矩。(1)转子主动力矩螺杆-衬套副将机械能转化为液体压力能,在不考虑损失的情况下,由能量转换关系式可得。

(2)定子和转子之间的摩擦力矩?

由于螺杆泵的定子和转子之间存在干涉,当转子在定子中旋转时,定子和转子之间就会产生摩擦。定子对转子施加摩擦力矩的影响。

(3)起动转矩?

启动扭矩与螺杆泵密封线的长度、定子与转子的过盈量、橡胶的硬度和工作压力有关,还与静止时间的长短和摩擦表面的粗糙度有关。级数越多,粗糙度越大,橡胶硬度越高,定子与转子的过盈量越大,泵的工作压力越高,泵的启动扭矩越大。?

3.螺杆泵工作特性曲线及其影响因素?

1.螺杆泵工作特性曲线?

泵容积效率、系统效率、扭矩和提升高度之间的关系。反映这种关系的曲线称为螺杆泵工作特性曲线。

2.影响螺杆泵工作特性的因素有哪些?

(1)干扰有什么影响?

定子和转子表面之间的接触线是完全密封的,密封程度取决于转子和定子之间的干涉。

干涉大,泵效高,但抽油杆扭矩增大,容易造成抽油杆断裂和定子橡胶磨损。

干扰小,泵效低,没有上述问题。

因此,过盈量的大小直接影响泵的效率。

(2)转子转速的影响?转子速度越高,排量越大。但转速越高,抽油杆的离心力越大,抽油杆的弯曲振动越严重,抽油杆接箍与油管内壁的摩擦也越大。同时,由于沿途损耗的增加和定子橡胶磨损的加速,提升高度也会降低。因此,转子的转速不容易过高,一般应小于500 r/min。

(3)其他粘度的增加减少了泄漏,有利于提高泵的容积效率和系统效率;另一方面,粘度的增加会增加流动阻力,降低泵的充满度和扬程,泵的容积效率和系统效率也会降低。同时,泵摩擦的增加会增加阻力矩。

四、螺杆泵的选择?

螺杆泵的选择步骤:

1)油井的产量要根据油井的产能来确定,要确定所用螺杆泵的排量;

2)根据泵的工作特性曲线确定泵的举升高度,根据油井情况计算所需的泵级。同时,根据需要和油井的实际情况确定合理的干扰。

3)根据载荷选择抽油杆、电机等附件的材料和规格。

1.如何确定转子转速?

地面驱动单螺杆泵转速的确定受多种因素的影响。首先要考虑的是介质的粘度、磨损情况和定子橡胶的疲劳强度。?

介质的粘度会影响泵的填充系数。当泵旋转时,泵吸入口处的空腔容积逐渐变大。此时,只要有一定的压差,液体就能迅速充满空腔。当液体的粘度较高时,其流动性变差。

从而使填充系数减小,泵的容积效率降低,其影响程度随着液体粘度的增大而增大。

在高含砂油井中,泵的寿命取决于定子橡胶的疲劳强度。由于定子和转子之间存在一定的过盈量,当转子在定子中转动时,定子橡胶会受到周期性的压缩,从而引起摩擦面的温升和疲劳。摩擦表面的温升往往可以达到比介质温度高几十度,加速了橡胶分子链的重组,降低了弹性模量,从而降低了其疲劳特性和金属与橡胶结合面的粘接强度。这种温升和压缩疲劳随着转速的增加而增加,在实际应用中应合理选择转速,以保证泵的寿命。

2.如何确定泵级和定转子长度?

单级螺杆泵不能满足实际举升高度(扬程)的需要,就像潜水泵需要多级泵一样。泵的级数Z可以根据油井的实际泵扬程H和单级扬程Hj来确定,即

确定泵级后,就可以确定定子和转子。

长度。定子和转子的长度由泵的级数和衬套的导程决定。定子长度Ls为

转子长度Lr一般取定子长度Ls加250~350 mm?,以确保转子可以安装到位。

3.如何确定合理干涉?

螺杆泵定子与转子的过盈配合如图11-25所示,过盈量为δ=(b-a)/2。为了使螺杆泵具有容积式泵的特性,必须保持定子和转子之间的空腔处于良好的密封状态。

也就是要有一定的干扰值。原因是:?

1)由于加工技术的限制,无法保证定子和转子具有理想的几何形状;?

2)定子橡胶是弹性体,在一定压差下会发生弹性变形而泄漏;?

3)由于转子在运转时会产生惯性力和液压径向力,这两个力的合力会使转子在合力方向压缩定子橡胶,产生位移,从而在定子和转子之间产生间隙。?螺杆泵在井下工作时,其总过盈量δ由三部分组成:初始过盈量δ0、热膨胀引起的过盈量δ1’和油浸膨胀引起的过盈量δ2’。总干扰δ可根据泵和油井情况估算,δ1 '和δ2 '可通过实验确定。这样就可以确定初始过盈量δ0,为设计和制造提供依据。

目前螺杆泵的单级工作压差主要是通过定子和转子之间的干涉来实现的。过盈量越大,级间工作压差越大,转子转矩越大;如果干扰过小,单级工作压差会更小,不能满足油井举升的需要。因此,定子和转子之间存在合理的过盈量。对于过盈量的确定,需要掌握定子橡胶的物理特性,特别是橡胶的热膨胀和溶胀特性,从而实现过盈量确定的合理性。