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影响螺杆泵工作特性的因素
来源:http://www.shwoquan.com2017/3/14 23:58:14

影响螺杆泵工作特性的因素

 1.系统组成与的结构及工作原理
  螺杆泵采油系统主要有驱动装置,井口装置,井下螺杆泵以及中间油管组成。以地面驱动螺杆泵应用优越为广泛。工作时由地面动力带动抽油杆旋转,连接于抽油杆底端的螺杆转子一起转动,井液经螺杆泵下端吸入,由上端排出,并从井管流出井口,再通过地面管线输送到计量站。
螺杆泵是由定子和转子组成的,转子是通过精加工,表面镀铬的高强度螺杆;定子就是泵筒,是由一个坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成形,然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺杆泵外,还有多螺杆泵,即:双螺杆、三螺杆、五螺杆泵等。主要用于输送油品。螺杆式压缩机汽缸内装有一对互相啮合的螺旋形阴阳转子,两转子都有几个凹形齿,两者互相反向旋转。转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5~10丝,主转子(又称阳转子或凸转子),通过由发动机或电动机驱动(多数为电动机驱动),另一转子(又称阴转子或凹转子)是由主转子通过喷油形成的油膜进行驱动,或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动。
  螺杆泵是靠空腔排油,即转子与定子之间形成的一个个互不联通的封闭腔室,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。封闭腔在排除端消失,空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排除端。同时又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入,这样,封闭空腔不断地形成,运移和消失,原油不断地吸入,通过油管举升到井口。
  2.螺杆泵工作特性的影响因素
  影响螺杆泵工作特性因素很多,其中定子与转子间的过盈量以及转子的转速,这两个是主要因素。
  2.1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,就必须使定子、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,过盈量的大小直接影响泵效的高低。
  不同过盈量下容积效率的差别很大,因而将严重影响泵的系统效率。一方面,过盈大可获得较高的泵效,但是抽油杆的扭矩增加,容易出现油管,抽油杆断脱现象,并且定子橡胶磨损加剧,影响泵的寿命;另一方面,过盈量小虽然不易出现上述问题,但是泵的容积效率过低,将降低泵的系统效率。因此,要对泵过盈量进行合理选择。所谓合理的过盈量,就是在能够保证一定的举升压力和容积效率条件下的过盈值。
  2.2转子转速的影响:转子的转速决定了螺杆泵的排量。在油井产能在允许的情况下,转子的转速越高,排量就越大。但是,转速越高,抽油杆的离心力也越大,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。因此,转子的转速不易过高,一般应小于每分钟五百转为宜。
  除了上述两个因素之外,还应注意介质粘度的影响。由于螺杆泵在实际应用中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。
  3.螺杆泵的选择
  螺杆泵的选择,首先应根据油井的产能确定出油井的产量,并确定所用螺杆泵的排量;其次是根据泵的工作特性确定在保证该排量下泵的举升高度大小,并根据油井条件计算出所需泵的级数,同时还要根据需要以及油井的实际条件确定合理的过盈量;优越后,根据负载大小选择抽油杆的材料与规格,电动机以及其它附属部件。下面就一些主要内容作一介绍:
  3.1转子转数的确定。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,腐蚀条件和定子橡胶的疲劳强度。介质的粘度将影响泵的充满系数。当泵旋转时,在泵吸入口处空枪容积逐渐变大,这时,只要有一定的压差液体便可迅速充满空腔。当液体粘度较大时,其流动性变差,使得充满系数降低,从而降低泵的容积效率,并且随着液体粘度的增加,这种影响程度增大,在高含沙油井中,泵的寿命取决于定子橡胶的疲劳强度。由于定子和转子间有一定的过盈量,转子在定子内旋转时定子橡胶将受到周期性的压缩,从而产生摩擦面的温升和疲劳。摩擦面的温升往往可达到比介质温度高几十度,加速了橡胶分子链的重新组合,使弹性膜数减小,从而降低疲劳特性及金属和橡胶接合面上粘结剂的强度。这个温升值和压缩疲劳随转速的增加而增大,因此,在实际应用中要合理地选择转速以保证泵的寿命。
  3.2合理过盈量的确定。为使螺杆泵具有容积泵的特点,就必须使定子、转子间的空腔保持了好的密封性,即必须有一定的过盈值。而过盈值受如下因素制约:1)受加工工艺技术的限制,不能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,在一定的压差下会发生弹性变形和漏失;3)由于转子在运转时会产生惯性力和液压径向力,这两个力的合力将使转子在合力的方向上压缩定子橡胶而产生位移,从而使定子、转子间的另一侧产生间隙。
  螺杆泵在井下工作时,其总的过盈量是由初始过盈量、热膨胀产生的过盈量以及由于侵油溶胀而产生的过盈量三部分组成。总的过盈量可根据泵和油井条件估算,也可由试验来确定。这样,便可确定出初始过盈量,从而可为设计制造提供依据。
  目前,螺杆泵的单极工作压差主要靠定、转子间的过盈量来实现的。过盈量越大,单极工作压差就越大,转子扭矩也越大;过盈量过小,单极工作压差就小,满足不了油井举升的需要。因此,定、转子间的过盈量存在一个合理值。对于过盈量的确定,必须在掌握定子橡胶的物理特性,特别是橡胶的热膨胀和溶胀性能的基础上,才能实现过盈量确定的合理性。


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