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
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
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。
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 F7Leabharlann 模型二： 扭力作用在防转锚上
nw
cr
2E 2
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。
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。
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。
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
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
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。
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
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。
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。
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；