螺杆泵基础知识培训讲义

1、螺 杆 泵 配 套 技 术 及 采 油 其 础 知 识螺杆泵工作原理及组成螺杆泵工作特性分析三、螺杆泵采油配套工艺技术四、螺杆泵井下作业施工操作规程五、螺杆泵维护与管理操作规程概述:1、螺杆泵的发展过程螺杆泵的发展历史较长，在上世纪 20 年代中期法国人勒内.莫依 诺发明设计的这种泵。他开始时是设想一种旋转压缩机，在设计过程 中创造出一种旋转机械用于改变流体压力，称它为腔式压缩机。他的 目的是要在泵、压缩机械或马达中使用这种腔式压缩机。在 上世纪 30 年代初期，莫依诺原理获得专利权，很快便有 三家 公司：法国的 PCM 泵公司、英国的 moyno 泵有限责任公司以及美国 kois &myer

2、s 公司生产螺杆泵。随后几年内，其他一些小公司 也很快制 造出莫依诺原理的其他副产品。申请专利后，在许多工业中莫依诺原 理得到了广泛的应用。作为一种泵，几乎在一切工业领域（化学、煤 炭、机械制造、矿业、造纸、石油、纺织、烟草、水及废水处理）都 得到了应用。在石油行业中，作为地面传输泵使用已超过了 50 年。在 上世纪 50 年代中期，螺杆泵的原理被应用于水利马达， 这是 反用螺杆泵的功能。这种装置不是泵抽流体，而是用流体驱动它转动。 用钻井泥浆或其他流体驱动螺杆泵转子，它变成了钻井的原动机。现 在的莫依诺原理已广泛的应用于钻井工业中。80 年代初期，螺杆泵被用作使用工业中的 人工的举升设备，美

3、 国与加拿大公司率先在石油工业中把莫依诺原理用于人工举升。他们 是首批螺杆泵制造厂商，把螺杆泵作为一种代替常规举升工艺的替代 技术推向市场，并在 90 年代中期起，得到广泛的应用。大 庆油田是 在 83 年开始引进和研制地面驱动井下螺杆泵，在 94 年开始大力推广 螺杆泵的采油技术，到上个世纪末国内已有 30 余家生产厂 商，许多 技术也逐步走向成熟，每年都有一些新工艺技术进入应用领域。、螺杆泵工作原理及组成：1、螺杆泵工作原理：采油螺杆泵是单螺杆式水利机械的一种 , 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

4、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 现举升液体的作用2、螺杆泵的组成：1）电控部分：螺杆泵井的控制部分，控制电机的起、停。2）地面部分：（驱动装置、及驱动头）是把动力传给井下泵转子使转 子实现行星运动，实现抽汲原油的机械装置。3）井下部分：定子和转子。4）配套工具部分：（1）、专用井口（2）、抽油杆扶整器（3）、油管扶整器（4）、抽油杆防倒转装置（5）、油管防脱装置3、专用井口：简化了采油树，使用、维修、保养方便。同时曾强了 井口强度，减小了地面驱动装置的震动，起到了保护光杆和换盘根密 封井口的作用。特殊光杆：强度大、防断裂、

5、光洁度高，使用寿命长、有利于井口的密封。4、螺杆泵型号的表示方法： 主要用螺杆泵的排量和级数来表示： 例如： GLB1100-12GLB 杆式驱动井下单螺杆泵1100泵每转排量 800 毫升12泵的总级数为 12 级5、螺杆泵理论排量公式：例如： GLB1100-12 单螺杆泵 实际转速 n=100 转/分 理论排量公式： Q=1100*100*1440*10 -6=161.6 m3/d；二、螺杆泵工作特性分析：1、影响螺杆泵工作特性的几个因素：由螺杆泵的原理可知， 其定、转子间过盈在一定程度上决定了单级 承压能力的大小， 过盈量将直接影响螺杆泵工作特性。 过盈小会降低 举升能力，而过盈大会增

6、加定、 转子间的摩擦， 降低效率。因此，定、 转子间的过盈选择是螺杆泵制造的关键技术之一。2、影响螺杆泵使用寿命的主要因素：通过长期的实践摸索，从产品 质量的角度分析其主要因素有以下几点：定、转子的加工精度及表面光洁度；定子橡胶的耐温、耐油、耐气浸性能；定子橡胶与金属外套的粘结强度； 定子内腔及转子的直线度； 定、 转子间合理过盈量的选择； 转子合理转速的确定。三、螺杆泵采油配套工艺技术：1、选井、选泵技术。2、检测技术：由于螺杆泵本身结构材质以及加工工艺的复杂性，致 使螺杆泵的工作特性的稳定性、 互换性较差， 所以在螺杆泵下井前必 须对其工作特性及其加工质量进行全面检测。 通过检测可以有效地

7、避 免不合格产品下井，同时为螺杆泵的选井、选泵提供技术依据，也为 设计参数选择、制造工艺改进提供主要的基础依据。2、 管柱、杆柱防脱及扶正技术3、管柱防脱技术：因为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， 定子的扭矩会使上部的 正扣油管倒扣造成管柱脱扣，所以螺杆泵的管柱必须实行防脱措施。 可靠的防脱措施有两种：锚定工具、反扣油管。4、杆柱防 脱技术： 抽油杆柱脱扣机理分析： 负载扭矩过大停机后杆柱高速反转造成抽 油杆脱扣 A 、螺杆泵采油井一旦发生蜡堵、结蜡严重或卡泵时，负载 扭矩会明显加大， 因而整个杆柱上贮存一定量的弹性变形能， 一旦停 机或过载停

8、机， 杆柱内贮存的弹性变形能要释放， 从而造成杆柱高速 反转，特别是杆柱上部即在弹性变形能释放后，在惯性力的作用下， 要继续反转，从而会使杆柱丝扣联接处倒扣，造成杆柱脱扣。B、停机后油管内液体回流杆柱反转造成抽油杆脱扣如果螺杆泵采油井突 然停机，而且油井动液面较深，那么停机后，螺杆泵在管柱内的液力 作用下，将驱动转子反转，带动杆柱反转脱扣。C、转子在油套环空内的液力作用下转动， 造成杆柱脱扣对于那些产液能力较强并有 一定自喷能力的螺杆泵井（指大排量螺杆泵而言） ，一旦停机，套压 会很高，螺杆泵在油套环空液力的作用下，将驱动转子正向转动，而 此时转子将带动杆柱正向转动， 转子转动将使整个杆柱的螺

9、纹联接处 于倒扣状态，因而会造成杆柱脱扣。 D、施工作业过程中造成杆柱脱 扣在施工过程中， 如果抽油杆联接螺纹上扣扭矩不够， 当转子进入定 子时，转子正转， 从而会使转子上部抽油杆杆柱螺纹联接不紧处发生 脱扣。 E、 抽油杆柱离心力引起的脱扣抽油杆柱的初始偏心、质量不 均及旋转运动使抽油杆柱产生一离心力， 在离心力作用下， 抽油杆接 箍与油管内壁碰撞并产生横向振动。 抽油杆柱防脱措施A、螺杆泵应用葫芦岛及天津大港拨差和楔键式 防脱抽油杆B、地面驱动装置机械防反装置：棘轮、棘爪形式。C、 防脱器的应用。主要由心轴、轴套、楔块三部分组成，心轴采用偏心 设计。杆柱正转时，心轴将楔块带入偏心小尺寸处，

10、带动轴套一起旋 转；反转时，心轴将楔块带入偏心大尺寸处，轴套与心轴脱离，实现 空转。倒扣扭矩；再次，由于杆柱失稳点减少，弯曲的挠度减小，附 加弯矩降低，减小了抽油杆弯曲频率和横向运动幅度，杆柱的疲劳寿 命得到延长。5、管柱扶正技术由于螺杆泵转子离心力的作用，定子受到周期性冲 击产生振动， 为减小或消除定子的振动需要设置扶正器。 一般在定子 上接头处安装较为适宜。6、抽油杆扶正技术： 抽油杆柱在油管内转动，杆柱的转动会引起井 口的振动及杆柱与管柱的摩擦， 所以抽油杆柱必须实施扶正， 特别是 高转速的螺杆泵井。7、清防蜡工艺技术：热洗清蜡工艺是柱塞泵采油普遍采用的成熟技 术，对螺杆泵采油也同样适用

11、，但因螺杆泵采油的特殊性其热洗 工艺也略有不同。A、提转子与流程运行和空心转子等洗井措施。B、加药清防蜡技术 。8、电控箱保 护技术：A、常用的电流过载保护法：驱动电机的工作电流直接反映了工作负 载的大小，所以可在电器控制系统中设置过载保护电流，当工作电流 超过设定的过载保护电流时，驱动电机停止工作，实现过载保护。B、欠载保护技术欠载保护技术只是针对螺杆泵井出现杆断、脱扣、扣坏故障时为避 免杆柱与管柱磨损而实施的一项保护技术。欠载保护也采用电流法， 当驱动电机的工作电流接近驱动电机的空转电流时， 自动停机实现欠 载保护。9、故障诊断技术 故障诊断方法及其故障特征螺杆泵也同其它采油设备一样， 如

12、果管 理不当、工况不合理或产品质量有问题， 也会出现一系列故障。由 于螺杆泵采油的特殊性， 各类故障的特征反应和诊断方法同其它采油 方式有所不同。 螺杆泵采油井常见故障有抽油杆断脱、油管脱落、 蜡堵、定子橡胶脱落等， 经过几年的实践摸索和理论探讨，总结出 如下诊断法：1）电流法：就是通过测试驱动器的电机工作电流根据电流的大小来 诊断泵况的方法2）蹩压法 蹩压法就是通过关闭采油树回压闸门进行蹩压， 观测 井口油压和套压变化进行诊断井下泵况的方法 .3）扭矩法：扭矩法是通过测试光杆扭矩即螺杆泵工作扭矩来诊断泵 况方法。光杆扭矩可以用光杆扭矩测试仪直接测得， 也可以用测试驱 动电机的有功功率与转速间

13、接获得， 还可以利用前文所述的数值模拟 方法得到。4）经验法：由于螺杆泵的特殊性，加之故障形式又很复杂，如果仅 凭一种方法诊断某些故 障，符合率还不会很高，所以实际诊断时，要凭现场工作多年的经验 进行综合诊断， 看起、停机时光杆旋转的力度、或用上述三种方法综合诊断。10、常见故障的处理方法 抽油杆断脱抽油杆断脱有 3 种情况， 即杆断、杆脱、扣坏，一般情况 3 种形式很难区分，通常在处理这类 事故时， 普通扣型抽油杆首先按脱扣来处理， 上吊车下放杆柱进行对 扣，如果是脱扣，这样处理成功率较高，对扣不成功，只有动杆柱， 起出杆柱视断脱情况下打捞工具打捞余下杆柱， 打捞再不成功， 只有 动管柱起出

14、所有杆柱，重新作业。油管脱落 油管脱落的处理， 首先要起出杆柱， 然后动管柱判断 脱扣位置，加深油管进行对扣，对扣成功起出原井管柱，如对扣不成 功就要下打捞工具进行打捞。 砂、蜡堵螺杆泵井发生砂、蜡堵造成机组不能运转时，通常要上 吊车上提杆柱， 使转子脱离定子， 然后进行彻底洗井，洗通后下放 杆柱重新投产， 如果洗井洗不通又无其它解堵措施， 只好上作业动管柱。 井下泵出现故障一旦井下泵出现故障只好上作业进行检泵。 地面驱动装置出现故障地面驱动装置的齿轮、 轴承、油封等零件因 管理不当或制造缺欠等原因也会出现故障， 这类故障一般通过维修即 可解决， 主要零部件不能维修只有更换。起动困难出现这类事

15、故，如果排除砂、蜡堵，只要上吊车活动一下杆柱即可解决。 测试技术：电参数的测试 常用的是电流表测试驱动 电机的工作电流，因为工作电流的大小直接反映了工作负载 的大小， 同时， 根据工作电流的大小也能诊断一些故障，而使用功率仪或电 度表能够测出电机的输出功率， 从而能够计算出螺杆泵的系统效率。 转速的测量： 光杆的转速决定了螺杆泵的排量， 他是螺杆泵的主要参 数，转速的测量，主要是应用非解除式的转速表册量。3、负载扭矩的测量： 直接用扭矩测试仪。4、流压和静压的测试： 目前，只能通过液面法折算四、螺杆泵井下作业操作规程：1、范围： 本标准规定了螺杆泵采油井的作业施工规程。 2、引用标准： 本文引

16、用了 4 项标准。压井替喷作业规程SY/T5587.393冲砂、探砂面作业规程SY/T5587.593起下管柱作业规程SY/T5587.693洗井作业规程SY/T5587.7933、施工准备1）目前生产情况：日产液、含水、流压、静压等。2）井史资料：在历次施工总结和油管、抽油杆记录中查看有无 落物、井斜、套损等情况。3）施工设计：根据油井生产情况、产能、井史资料优化施工设 计。4）施工井要下入井内的螺杆泵及配套工具、油管、抽油杆要清 洗干净，不得有弯曲、损坏，要严格丈量。并记录好原始数据。空心 抽油杆在密封处涂上密封油。4、1）热洗、压井：用热水反循环将死油死蜡替出，然后用相应的压井液压井，热

17、洗压井按SY/T5587.3 93和SY/T5587.793的规定执 行。2）起原井：按SY/T5587.6 93的规定和施工设计要求起出原井管柱。3）刮蜡、冲砂：刮蜡、冲砂、探砂面按SY/T5587.593的规定执行。4）连接井下工具：将泵、锚定工具、抽油杆防脱器等井下工具在地 面按施工设计连接上紧， 应在锚定工具滑道上涂上黄油， 锚定工具处 于解封状态。5）下管柱：按SY/T5587.6 93的规定和施工设计要求执行。5.1 按地面设计要求配好管柱，用相应的通井规检验合格并在丝扣上 涂上丝扣油。5.2 按施工设计要求组配管柱，尾管不得少于三根。5.3 上扣扭矩达到要求。5.4 下入锚定工具

18、时，在下入第一根油管时 ,试做油管锚 ,成功后 ,上提管柱解封 ,然后缓慢下放管柱 ,要平稳操作。6）做锚定工具：做锚定工具按工具的操作规程执行。油管头上平面 与套管法兰平面距离 10-20mm 之间。如果尺寸不合适，可反复几次直至达到要求。用钢丝绳压 下油管挂，拧紧顶丝。7）下杆注：7.1 转子进入定子时要缓慢下放，注意转子进入定子时，杆柱要顺时 针旋转。7.2 纪录方余方入，校核杆管深度是否一至。 刮削目的：防止损坏扶正泵体的橡胶扶正器。 下管柱尽量不使用液压钳，上扣扭矩达到表 41 要求的数值。 如锚定工具是支撑卡瓦，在操作过程中应注意以下两点：（1）更换油管吊卡时，注意上提高度不允许超

19、过 400mm,以防支 撑卡瓦中途坐封。如中途坐封，缓慢上提管柱 1m以上，然后缓慢下 放管柱解封。（2）坐支撑卡瓦时,上提管柱 800mm 左右,缓慢下放油管,坐卡 位置（油管头上平面与套管法兰平面距离）控制在 1020mm之间。 下抽油杆时用 24 管钳上满扣,然后用 48 管钳较紧, 上扣扭距达到 下表要求的值。5）转子进入定子时,要缓慢下放杆柱（注意转子进入定子时杆柱应 顺时针旋转）。6） 安装地面机组时,应较正井口。如井口偏（偏斜角大于0.5 ）,应 采用调偏钢圈校正。7）提防冲距 由杆柱自重产生的杆柱伸长， 需重新计算防冲距， 保证螺杆泵井在正 常生产时转子不磨定子下端的定位销。5

20、、试运转 1）加齿轮油从减速箱注油孔加入齿轮油，油面在油标 1/2 2/3 处。2）加盘根每根盘根丈量好长度，斜 45角切割，盘根表面涂上黄油， 每层盘根切口处要错开，最后压紧压盖。在加盘根之前，先关闭专用 井口清蜡闸门，两侧手轮开关的圈数应一致； 盘根压盖不要压得过紧， 以免启机后盘根过热烧坏而迅速失效 （在加盘根时， 每道盘根之间都 应加黄油，可增加密封性能，还可避免盘根过热烧坏） ；在螺杆泵运 行过程中，可随时调节盘根压盖松紧度，达到不渗不漏目的为止。3）调电机正反转将变压器、电控箱、电机连接好，电机采用 D 型接法。卸掉皮带， 接通电源使电机空转并记录下电机空载电流， 如光杆是逆时针方

21、向转 动，只需调换电缆任意两相相序，确保光杆为顺时针转动。4）皮带安装与调节根据油井的预测产能及设计要求， 选择螺杆泵的工作参数， 即选择高、中、低档转速及其对应皮带、皮带轮。a、皮带轮的拆卸及安装拆卸： 首先用内六角扳手卸掉带轮上的三个固定螺栓， 然后用拉力器把带轮 从轴上拉下来。安装：将皮带轮与轴锥套的螺栓孔对齐，把带轮推进轴锥套上，带上 三个螺栓，然后用内六角扳手均匀上紧。 b 传动皮带的安装及调节皮带定张紧力的情况下才能发挥预期的传动功能，皮带的使用寿命很大程度上取决于皮带的松紧程度。一般要求传动皮带的张紧力300N左右。即要求皮带紧固后，在皮带中间施加压力P=30N,皮带向下变形量小

22、于6.0mm,此时的张紧力为合适。调节皮带松紧程度步骤如下： 第一、松开电机支架螺栓；第二，调节电机支架前后顶丝，使皮带张 紧或松弛；第三，皮带张紧后固定支架螺栓并上紧。5)设置过载保护电流及过载保护时间一般情况下，要按不同型号的电机功率，kw低转速成电流,A中转速电流，A高转速电流，A : 11151820 :15182428:2225304037304045泵型及驱动电机的功率来调试。当光杆转速选择低档时，电控箱内的 电流继电器电流可调小些；当光杆转速选择高档时，电流可调大些； 当光杆转速选择中档时电流可取低档电流与高档电流中间值。如表4 5给出了经验数据。(1) 设置过载保护电流(一般按

23、正常运转电流 1.2倍设置)；只需根据GLB 皿型电控箱面板批示灯的亮暗情况顺时针或逆时针调节RP2就可设电机的额定电流。(2) 时间继电器过载保护时间调到 5 10s范围内的任一值。根据需要 顺时针或逆时针调节RP3,就可延长或缩短跳闸时间。6)试投产：打开清蜡闸门检查地面生产流程是否开关正常启动电机同时监测运转电流，10分钟后关闭出油管线阀门，观察油 压表有无上升，如压力上升且地面机组无异常现象，打开阀门，然后 进行液量计量，如液量正常，可确认机组正常，投产成功。 (注意： 憋压时间不宜过长，油压值有上升显示即可) 。7)交井 。五、螺杆泵维护与管理操作规程：1、采油工 职责 了保证螺杆泵

24、采油井正常生产， 延长螺杆泵机组的使用寿命和适应 螺杆泵采油井管理的需要，制定螺杆泵井管理规程。(1) 采油工必须掌握螺杆泵采油原理及地面减速装置的结构，了解螺 杆泵井常见故障及其诊断排除方法，做好日常管理和维护工作。 (2) 取全取准生产资料， (包括产液量、产油量、产水量、油压、套压、 回压、油气比、电机电流、热洗情况、转速、测试日期及动液面)，对所管油井地下、 地面情况、 管柱结构及减速装置、 泵、杆参数清楚。 做到资料、报表填写整理及时准确。 (3) 严格执行岗位经济责任制， 按时巡回检查，做到安全生产。发现问题及时解决处理，解决不了的 问题立即上报小队、矿或下泵试验单位。 (4) 摸

25、索合理的热洗清蜡周 期，按制定的热洗清蜡制度进行热洗， 严格控制好热洗排量和热洗温 度，并在日报上填好记录。 (5) 认真搞好施工质量，发现下入不合格 的管柱、杆柱、 井下工具或不按照施工设计书进行施工时，有权向上 级业务部门反映。 (6) 认真作好生产情况分析，应经常向小队提出增 产挖潜措施和各种管理措施。 (7) 协助和配合好有关人员在机械采油 井上的各种实验，积极2、螺杆 泵井的生产管理：(1) 螺杆泵井移交后由采油队负责管理， 做好正常维护和保养， 两天内要加密检查， 注意螺杆泵的运行情况和 电流变化。 (2) 大排量螺杆泵采用电流记录卡片的，更换要及时，每 更换一次记录卡片都须填写井

26、号、日期，并对准起始时间，停机必须 注明原因。 (3) 螺杆泵正常运行后除特殊情况 (如停电、更换盘根等) 外，不允许随便停机，机组一旦出现故障自动停机时，采油工应立即 上报主管部门，在弄清故障原因之前，不允许擅自强行启动。 (4) 投 产后的螺杆泵应在最低转速下运行， 当液面稳定后， 过载电流最高极 限不允许超出正常运行的1.2倍，时间整定不大于10min，变转速后 的方法同上。 5) 开井启抽前必须先检查地面管线流程，然后启动机 组，启动后至少观察10min以上。(6)经常观察减速箱的油面，每半 年更换一次减速箱内齿轮油。 (7) 遇天气突变(下雪、下雨等)应加 强检查，并采取措施严防雨水

27、浸入变速箱及电器设备发生漏电现象， 操作人员接近电器设备，应加注意，避免发生触电危险。 (8) 螺杆泵 投产后，电源相序不得任意改动，若需停机重整定过载和时间时，待 机组运转正常后才能离开现场。停机维修时，必须先做好相序标记。 (9) 变换转速时，要检查三角皮带的松紧度。 10) 当人为或过载(停 电)自动停机时， 装于减速箱上的防反转装置可自动锁死抽油杆以防 止抽油杆脱扣。 检查人员可慢慢松开锁紧螺帽， 使抽油杆贮存的扭矩 释放，操作时要注意安全。 (11) 抽油杆出现断杆或在不同深度脱扣， 应上 160kN 以上吊车，用杆柱打捞器打捞，或根据吊重判断脱扣深 度，当指重表稍有下降时， 刹车正

28、转抽油杆上扣对接， 恢复正常生产。 (12) 确定螺杆泵井热洗周期，观察产液量变化，定期测动液面及观 察电机电流变化， 及时分析泵的工作状态。 对不同的油井制定相应的 热洗制度 (同抽油机热洗井 )；对于无热洗流程，采用在空心杆内或环空加药、空心杆内下加热电缆解堵工艺措施。详见螺杆泵井清、防蜡 解堵工艺技术。3、螺杆泵井巡回检查制度（1） 每一天必须上井检查一次，不正常井要加密检查。 （2） 上井必须 带上常用工具，发现问题及时处理，解决不了的问题向小队、矿或主 管技术部门汇报。 （3）螺杆泵井巡回检查要求：先听，先看井口及减 速箱，电控设备有无异常，4、螺杆泵井取资料与管理：螺杆泵井取资料与管理螺杆泵录取资料 要达到九全九准： 系指油压、 套压、动液面（流压）、静液面（静压）、 产量、转速、电流、油气比、原油含水化验资料全准。（1） 油压、套压全准：正常情况下，油压、套压每天录取一次，特殊 情况要加密观察，每月