1、螺桿泵（screw pump）

螺桿泵是按迥轉(zhuǎn)嚙合容積式原理工作的新型泵種，其主要工作部件是偏心螺桿（轉(zhuǎn)子）和固定的襯套（定子）。由于定子和轉(zhuǎn)子的特殊幾何形狀，分別形成單獨(dú)的密封容腔，介質(zhì)在軸向被均勻推行流動(dòng)，內(nèi)部流速低，容積保持不變，壓力穩(wěn)定，因而不會(huì)產(chǎn)生渦流和攪動(dòng)。除此之外，螺桿泵的定子選用多種彈性材料糅合制成，在高粘度流體、含有硬質(zhì)懸浮顆粒介質(zhì)或含有纖維介質(zhì)的輸送方面，與一般泵種相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此螺桿泵被廣泛應(yīng)用在出砂井和稠油井當(dāng)中。

2、分類(lèi)

?按照螺桿數(shù)目分：

1）單螺桿泵——單根螺桿在泵體的內(nèi)螺紋槽中嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)的泵；

2）雙螺桿泵——由兩個(gè)螺桿相互嚙合輸送液體的泵；

3）多螺桿泵——由多個(gè)螺桿相互嚙合輸送液體的泵。

?按螺桿吸入方式分：

1）單吸式：介質(zhì)從螺桿一端吸入，從另一端排出；

2）雙吸式：介質(zhì)從螺桿兩端吸入，從中間排出。

3、按照泵軸位置分：臥式泵、立式泵。

3、螺桿泵采油的特點(diǎn)

螺桿泵是開(kāi)采稠油和含砂原油的一種很好的手段，其容積效率隨原油粘度升高而升高，不象離心泵那樣隨原油粘度升高泵效急劇下降。法國(guó)MAPE公司生產(chǎn)的螺桿泵可以在含砂量高達(dá)60％的井況下正常工作。

螺桿泵于1930年發(fā)明后主要用于工業(yè)領(lǐng)域泵送粘稠液體，在近20年內(nèi)作為一種人工舉升手段用于開(kāi)采稠油和含砂原油。它是一種容積泵，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕，不會(huì)出現(xiàn)泵卡、氣鎖、被砂蠟垢等堵塞，不會(huì)形成乳化液。

4、螺桿泵工作原理

井下螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子中偏心運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子嚙合形成一系列相距180度且被定轉(zhuǎn)子接觸線所密封的控室。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，密封內(nèi)腔體由泵的吸入端向排出端軸向移動(dòng)。例如，在泵的結(jié)構(gòu)角度為0的剖面上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)0角度時(shí)，形成敞開(kāi)的一個(gè)腔室，當(dāng)轉(zhuǎn)到180度，這個(gè)腔室封閉并形成一另一個(gè)新的敞開(kāi)腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)360度時(shí)，這新控室封閉又形成另一個(gè)新的敞開(kāi)腔室。

也就是說(shuō)，只有當(dāng)前一個(gè)腔室關(guān)閉后才能形成新的腔室。因此，當(dāng)螺桿泵在井下液體中工作時(shí)，井下流體在泵吸入口壓力的作用下被壓入螺桿泵敞開(kāi)的腔室，并隨著腔室的軸向移動(dòng)，不斷地排至泵出口。由于腔室是不斷移動(dòng)的，因此，螺桿泵又被形象地稱為腔室進(jìn)動(dòng)泵（Progressing Cavity Pump，簡(jiǎn)稱PCP）。

5、螺桿泵組成及作用

井下系統(tǒng)

井下系統(tǒng)一般主要由定子、轉(zhuǎn)子、回轉(zhuǎn)筒、限位器、抽油桿、抽油桿扶正器、定子扶正器、尾管、封隔器、錨定裝置等組成。

Ａ、定子

定子是螺桿泵的一個(gè)關(guān)鍵部件，并直接影響到井下機(jī)組的壽命。定子制造質(zhì)量越高，井下機(jī)組的壽命就越長(zhǎng)。定子的作用就是提供轉(zhuǎn)子工作和液體抽汲的螺旋腔，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，由鋼制外殼和塑料／橡膠襯套內(nèi)腔有雙螺旋、三螺旋、四螺旋甚至五螺旋、六螺旋，在相同尺寸下，螺旋數(shù)越多，泵的排量越高。

Ｂ、轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，主體是鋼制桿件，一般外涂耐磨耐蝕的鉻合金材料。其作用是傳遞動(dòng)力和寫(xiě)定子形成密封腔。

Ｃ、回轉(zhuǎn)筒

回轉(zhuǎn)筒也就是一根內(nèi)徑較大的油管或空心定子筒，接在定子的上部以給轉(zhuǎn)子和抽油桿桿柱以較大的回旋空間，防止轉(zhuǎn)子和抽油桿因偏心運(yùn)動(dòng)磨擦磨損油管。

Ｄ、限位器

限位器為一個(gè)底部帶限位板和流通通道的短節(jié)，接在定子的尾部，其作用是施工作業(yè)時(shí)給轉(zhuǎn)子限位以防止下入過(guò)頭而失去作用和桿柱脫落時(shí)防止桿柱掉入井底。

Ｅ、抽油桿扶正器

抽油桿扶正器由心軸和扶正筒組成，它接在兩根抽油桿之間，被卡在兩個(gè)抽油桿接箍之間。心軸也就是一要極短的抽油桿短節(jié)。扶正筒是一個(gè)內(nèi)孔比心軸大１ＭＭ左右的空心塑料筒，外部有四個(gè)略比油管內(nèi)徑小的扶正翼，采取澆注成型。扶正筒可以圍繞心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，防止抽油桿旋轉(zhuǎn)時(shí)與內(nèi)壁接觸而磨蝕油管，又可以讓流體通過(guò)。

Ｆ、抽油桿

所使用的抽油桿是常用的普通抽油桿、空心抽油桿和連續(xù)抽油桿，可根據(jù)油井確定。

Ｇ、定子扶正器

定子扶正器為有一定彈性的籠形裝罩，每一對(duì)由兩半構(gòu)成，中間大、兩端小。作用是使定子居中和減小定子的擺動(dòng)。

Ｈ、錨定裝置

對(duì)于沒(méi)有封隔器的井和泵掛深度淺的井，用于固定定子、消除擺動(dòng)和防止定子脫扣。采用普通的錨定裝置即可。

6、地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括傳動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)頭和聯(lián)軸節(jié)總成三大部分。

Ａ、傳動(dòng)系統(tǒng)

Ｂ、傳動(dòng)頭

傳動(dòng)頭實(shí)際上就是一個(gè)止推軸承箱，它直接安裝在井口上方，其作用有三個(gè)，一是承受抽油桿的軸向載荷，二是將傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給抽油桿系統(tǒng)，三是密封井口以防止井流物泄漏。

Ｃ、聯(lián)軸節(jié)

聯(lián)軸節(jié)是地面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)與傳動(dòng)頭的聯(lián)接機(jī)構(gòu)，起聯(lián)接作用。

Ｄ、機(jī)械無(wú)級(jí)調(diào)速裝置

Ｅ、反轉(zhuǎn)制動(dòng)器

當(dāng)螺桿泵抽油時(shí)，抽油桿由于承受扭矩而處于扭矩變形狀態(tài)。當(dāng)停機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頭施加給抽油桿上端的扭矩消失，同時(shí)井下轉(zhuǎn)子也在定子中靜止不動(dòng)，因此導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)頭處抽油桿倒轉(zhuǎn)，抽油桿有脫扣危險(xiǎn)。反轉(zhuǎn)制動(dòng)器就是用于停機(jī)時(shí)防止抽油桿倒轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。

7、地面控制系統(tǒng)

8、螺桿泵井工況分析及故障處理

1、井下螺桿泵的工況，即井筒流體進(jìn)入敞開(kāi)腔室的流量大小與敞開(kāi)腔室的壓差和流體粘度等因素有關(guān)。

Ａ、壓差對(duì)工況的影響

如果忽略流體的蒸汽壓力、井筒動(dòng)液面和泵吸入口的摩阻損失，則打開(kāi)一個(gè)敞開(kāi)的腔室所建立的最大生產(chǎn)壓差為0.1Mpa，只要在吸入口及腔室之間的壓降小于形成一個(gè)腔室所建立的壓差，井筒流體將全部充滿腔室，則螺桿泵可以達(dá)到其理論攝排量。

當(dāng)流體壓力降到蒸汽壓力以下，則出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。如果一部分敞開(kāi)的腔室被流體的蒸汽所充滿，當(dāng)腔室封閉、轉(zhuǎn)子施加正壓力后，蒸汽則凝析，會(huì)使泵出現(xiàn)脈動(dòng)和噪音。因此，為使泵能達(dá)到其理論排量和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要求流體壓力大于其蒸汽壓力，并且吸入壓降小于0.1Mpa。

Ｂ、流體粘度對(duì)工況的影響

隨著流體粘度的增加，由于產(chǎn)生較高的壓降使泵的排量下降。

Ｃ、泵磨損影響

螺桿泵的工作轉(zhuǎn)速通常為40至500r/min，為減少由于磨損而帶來(lái)的維修工作量，應(yīng)當(dāng)隨流體的磨蝕性增加而降低泵的轉(zhuǎn)速。研究表明，泵的磨損與流體流速成正比，但是低的轉(zhuǎn)速對(duì)井下泵的使用壽命又產(chǎn)生不利的影響。

故障處理

井下故障處理

1. 潛油電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿泵

   潛油電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿泵是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的螺桿泵采油方式，其英文全稱是Electric Submersible Progressing Cavity Pump 簡(jiǎn)稱ESPCP。系統(tǒng)效率在５０％以上，比電潛泵高１倍，比普通螺桿泵高14％。它同時(shí)具有普通螺桿泵和電潛泵的優(yōu)點(diǎn)，而又克服了它們的缺點(diǎn)，其系統(tǒng)效率高、適用于稠油、不造成原油乳化、管理方便，在稠油和含砂原油生產(chǎn)中的作用和所占比例越來(lái)越大。但存在著調(diào)產(chǎn)不方便的缺點(diǎn)，由于它是容積泵且井下部分的轉(zhuǎn)速是一定的，其調(diào)產(chǎn)只能通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

   其與地面驅(qū)動(dòng)抽油桿傳動(dòng)螺桿泵存在的差別主要是：

   1. 潛油電機(jī)　

      電機(jī)效率和功率因數(shù)較低，電機(jī)效率一般只有５０％，功率因數(shù)只有６０％左右。

   2. 齒輪減速器

      是潛油螺桿泵的一個(gè)重要組成部分，也是它與電潛泵的一個(gè)區(qū)別標(biāo)志，它位于電機(jī)之上。減速器的作用是把電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速降低到螺桿泵需要的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速比可達(dá)３：１至９：１。

   3. 保護(hù)器

      潛油螺桿泵保護(hù)器有兩個(gè)作用，一個(gè)是保護(hù)電機(jī)以防止井液進(jìn)入電機(jī)；另一個(gè)作用是潤(rùn)滑保護(hù)減速器以帶走減速器的磨擦熱達(dá)到延長(zhǎng)壽命的目的，保護(hù)器內(nèi)都充填電機(jī)油。為了降低成本，有的廠家將電機(jī)保護(hù)器和減速器保護(hù)器分開(kāi)，分別充填不同的介質(zhì)，電機(jī)保護(hù)器充填電機(jī)油，減速器保護(hù)器充填潤(rùn)滑油。對(duì)于一體的保護(hù)器，都連接在減速器的上部，電機(jī)、保護(hù)器、減速器都采用同一種高性能電機(jī)油。對(duì)一于分體式保護(hù)器，電機(jī)和減速器有各自的保護(hù)器，位于電機(jī)之上，電機(jī)及保護(hù)器采用普通電潛泵電機(jī)油潤(rùn)滑和冷卻；減速器保護(hù)器則接在減速器上部，減速器和保護(hù)器采用質(zhì)量更高的齒輪潤(rùn)滑劑。

   4. 撓性軸

      撓性軸是潛油螺桿泵的一個(gè)關(guān)鍵部件，對(duì)延長(zhǎng)機(jī)組壽命起著重要作用，它處在螺桿泵和減速器之間，其作用是消除轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)和減振，保證其下的保護(hù)器、減速器和電機(jī)處于良好的同心運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)質(zhì)上就是一根撓性很好的短軸，能夠承受很高的軸向和徑向載荷及扭矩。其徑向推力軸承采用高強(qiáng)度的碳化鎢硬質(zhì)合金鋼。

   5. 螺桿泵

      潛油螺桿泵機(jī)組所用螺桿泵在結(jié)構(gòu)上基本相似，差別僅在于連接方式，普通螺桿泵采用的是螺紋連接，而潛油螺桿泵采用的是法蘭螺栓連接。

2. 管柱脫落

   管柱脫落是自由式管柱結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，這是由于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)定子產(chǎn)生的摩擦扭矩方向?qū)嶋H上是定子及油管的連接螺紋的卸扣方向，如果摩擦力矩大于油管扣的上扣扭矩，油管就脫扣。當(dāng)尾管很重時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)螺紋擄扣。當(dāng)管柱脫落時(shí)，通過(guò)作業(yè)重新連接好就能恢復(fù)生產(chǎn)。如果未發(fā)生螺紋擄扣，可以采取對(duì)扣方式打撈，如果發(fā)生擄扣，必須下打撈工具進(jìn)行打撈。

   管柱脫落的故障現(xiàn)象是：運(yùn)行電流很低，基本上是電機(jī)的空載電流，除了有一股一股的氣外，井口基本上無(wú)產(chǎn)液，正發(fā)循環(huán)時(shí)油套連通。

   減少管柱脫落的措施有：將油管上扣扭矩由原來(lái)的**值提高到最大值；采用油管螺紋墊片；定子上的裝卸短節(jié)采用防松螺紋連接；采用油管錨或張力封隔器固定螺桿泵。

3. 桿柱脫落

   桿柱脫落也是螺桿泵常發(fā)生的一種故障現(xiàn)象，表現(xiàn)為運(yùn)行電流很低，井口也無(wú)產(chǎn)液，正反循環(huán)油套不連通，通過(guò)對(duì)扣或下入抽油桿打撈工具就可以進(jìn)行處理來(lái)恢復(fù)生產(chǎn)。抽油桿脫落也有兩種情況，一是脫扣，一是擄扣。造成脫扣的原因是停機(jī)后抽油桿柱扭轉(zhuǎn)變形余能釋放引起桿柱反轉(zhuǎn)，可以采取在地面和抽油桿柱上安裝防倒裝置進(jìn)行防止。造成桿柱擄扣的原因有三個(gè)：一個(gè)是稠油井在長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井后再啟泵時(shí)，啟動(dòng)扭矩特別大，把螺紋損壞了；一個(gè)是油特別稠，螺桿泵長(zhǎng)期在高扭矩下工作而把螺紋損壞；再有一個(gè)原因是定子部分脫膠，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不動(dòng)造成的。

4. 定子脫膠

   發(fā)生定子脫膠時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行電流特別大而出現(xiàn)過(guò)載停機(jī)，可能還伴隨抽油桿擰斷。從制造工藝角度來(lái)說(shuō)，定子脫膠的原因是定子粘接工藝不過(guò)關(guān)而造成橡膠與殼體粘接不牢，目前在澆注與粘接工藝改進(jìn)后，這類(lèi)原因引起的脫膠現(xiàn)象較少發(fā)生。從操作角度來(lái)講，定子脫膠是由于操作條件與泵的性能不匹配，主要是由于壓差和扭矩過(guò)大，使得泵在壓差極限附近運(yùn)轉(zhuǎn)而造成。

5. 定轉(zhuǎn)子過(guò)早磨損

   定轉(zhuǎn)子過(guò)早磨損主要是由于定轉(zhuǎn)子的間隙過(guò)小引起的。

6. 油管與抽油桿柱磨損

   油管與抽油桿柱磨損的原因一是因?yàn)榫背橛蜅U貼在油管壁上引起的，可以通過(guò)加抽油桿扶正器使抽油桿柱居中來(lái)減輕或消除，另一個(gè)原因是定轉(zhuǎn)子不同心及轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)造成的，在定子以上加一節(jié)內(nèi)徑較大的回轉(zhuǎn)筒即可避免。

9、常見(jiàn)的地面故障處理

1. 防倒轉(zhuǎn)裝置故障

   抽油桿的防倒轉(zhuǎn)裝置可能出現(xiàn)失靈現(xiàn)象，主要原因是由于防倒齒的固定環(huán)損壞所致。發(fā)生這種故障時(shí)，電機(jī)停機(jī)后會(huì)出現(xiàn)抽油桿反轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)或問(wèn)題出現(xiàn)后未及時(shí)處理會(huì)引起抽油桿柱脫扣，因此，該故障一旦發(fā)現(xiàn)就應(yīng)立即處理。

2. 機(jī)械調(diào)速裝置故障

   機(jī)械調(diào)速裝置經(jīng)常發(fā)生皮帶、調(diào)節(jié)爪磨損等故障，通過(guò)更換處理即可解決。當(dāng)皮帶磨損斷裂后會(huì)出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)而傳動(dòng)頭不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，電機(jī)運(yùn)行電流非常接近空載電流。當(dāng)調(diào)節(jié)爪磨損后，會(huì)出現(xiàn)通過(guò)調(diào)速手調(diào)轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化。

3. 減速齒輪箱故障

   減速器齒輪箱常會(huì)出現(xiàn)缺油或齒輪油變質(zhì)等問(wèn)題，引起齒輪過(guò)早損壞，平時(shí)應(yīng)勤檢查，定期加油或換油。

4. 填料函漏失

   填料函起密封光桿的作用，防止大量井流物漏出，平時(shí)有輕微漏失是正常的，可以起到潤(rùn)滑光桿和防止填料磨損加快作用。漏失嚴(yán)重時(shí)可以調(diào)整填料函的壓蓋、補(bǔ)充填料或更換填料。