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，內(nèi)部流速低，容積保持不變，壓力穩(wěn)定，因而不會產(chǎn)生渦流和攪動。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，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

?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)動的泵；

2）雙螺桿泵——由兩個螺桿相互嚙合輸送液體的泵；

3）多螺桿泵——由多個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采稠油和含砂原油。它是一種容積泵，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕，不會出現(xiàn)泵卡、氣鎖、被砂蠟垢等堵塞，不會形成乳化液。

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)動時，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，密封內(nèi)腔體由泵的吸入端向排出端軸向移動。例如，在泵的結(jié)構(gòu)角度為0的剖面上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動0角度時，形成敞開的一個腔室，當(dāng)轉(zhuǎn)到180度，這個腔室封閉并形成一另一個新的敞開腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)動360度時，這新控室封閉又形成另一個新的敞開腔室。

也就是說，只有當(dāng)前一個腔室關(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，井下流體在泵吸入口壓力的作用下被壓入螺桿泵敞開的腔室，并隨著腔室的軸向移動，不斷地排至泵出口。由于腔室是不斷移動的，因此，螺桿泵又被形象地稱為腔室進(jìn)動泵（Progressing Cavity Pump，簡稱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。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。其作用是傳遞動力和寫定子形成密封腔。

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)動磨擦磨損油管。

Ｄ、限位器

限位器為一個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)時給轉(zhuǎn)子限位以防止下入過頭而失去作用和桿柱脫落時防止桿柱掉入井底。

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)。扶正筒是一個內(nèi)孔比心軸大１ＭＭ左右的空心塑料筒，外部有四個略比油管內(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，防止抽油桿旋轉(zhuǎn)時與內(nèi)壁接觸而磨蝕油管，又可以讓流體通過。

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。

Ｈ、錨定裝置

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

6、地面驅(qū)動系統(tǒng)

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

Ａ、傳動系統(tǒng)

Ｂ、傳動頭

傳動頭實際上就是一個止推軸承箱，它直接安裝在井口上方，其作用有三個，一是承受抽油桿的軸向載荷，二是將傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給抽油桿系統(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)鲃酉到y(tǒng)與傳動頭的聯(lián)接機(jī)構(gòu)，起聯(lián)接作用。

Ｄ、機(jī)械無級調(diào)速裝置

Ｅ、反轉(zhuǎn)制動器

當(dāng)螺桿泵抽油時，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，驅(qū)動頭施加給抽油桿上端的扭矩消失，同時井下轉(zhuǎn)子也在定子中靜止不動，因此導(dǎo)致驅(qū)動頭處抽油桿倒轉(zhuǎn)，抽油桿有脫扣危險。反轉(zhuǎn)制動器就是用于停機(jī)時防止抽油桿倒轉(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)入敞開腔室的流量大小與敞開腔室的壓差和流體粘度等因素有關(guān)。

Ａ、壓差對工況的影響

如果忽略流體的蒸汽壓力、井筒動液面和泵吸入口的摩阻損失，則打開一個敞開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，會使泵出現(xiàn)脈動和噪音。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)動螺桿泵

   潛油電機(jī)驅(qū)動螺桿泵是近幾年發(fā)展起來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)只能通過變頻器來實現(xiàn)。

   其與地面驅(qū)動抽油桿傳動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重要組成部分，也是它與電潛泵的一個區(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)器有兩個作用，一個是保護(hù)電機(jī)以防止井液進(jìn)入電機(jī)；另一個作用是潤滑保護(hù)減速器以帶走減速器的磨擦熱達(dá)到延長壽命的目的，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，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)器充填潤滑油。對于一體的保護(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)量更高的齒輪潤滑劑。

   4. 撓性軸

      撓性軸是潛油螺桿泵的一個關(guān)鍵部件，對延長機(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)動狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)簡單，實質(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)時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對定子產(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，還會出現(xiàn)螺紋擄扣。當(dāng)管柱脫落時，通過作業(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，井口基本上無產(chǎn)液，正發(fā)循環(huán)時油套連通。

   減少管柱脫落的措施有：將油管上扣扭矩由原來的**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，井口也無產(chǎn)液，正反循環(huán)油套不連通，通過對扣或下入抽油桿打撈工具就可以進(jìn)行處理來恢復(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：一個是稠油井在長時間關(guān)井后再啟泵時，啟動扭矩特別大，把螺紋損壞了；一個是油特別稠，螺桿泵長期在高扭矩下工作而把螺紋損壞；再有一個原因是定子部分脫膠，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不動造成的。

4. 定子脫膠

   發(fā)生定子脫膠時，電機(jī)的運(yùn)行電流特別大而出現(xiàn)過載停機(jī)，可能還伴隨抽油桿擰斷。從制造工藝角度來說，定子脫膠的原因是定子粘接工藝不過關(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，這類原因引起的脫膠現(xiàn)象較少發(fā)生。從操作角度來講，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大，使得泵在壓差極限附近運(yùn)轉(zhuǎn)而造成。

5. 定轉(zhuǎn)子過早磨損

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

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為井斜抽油桿貼在油管壁上引起的，可以通過加抽油桿扶正器使抽油桿柱居中來減輕或消除，另一個原因是定轉(zhuǎn)子不同心及轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動造成的，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，電機(jī)停機(jī)后會出現(xiàn)抽油桿反轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時或問題出現(xiàn)后未及時處理會引起抽油桿柱脫扣，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，通過更換處理即可解決。當(dāng)皮帶磨損斷裂后會出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)而傳動頭不轉(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，會出現(xiàn)通過調(diào)速手調(diào)轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化。

3. 減速齒輪箱故障

   減速器齒輪箱常會出現(xiàn)缺油或齒輪油變質(zhì)等問題，引起齒輪過早損壞，平時應(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，平時有輕微漏失是正常的，可以起到潤滑光桿和防止填料磨損加快作用。漏失嚴(yán)重時可以調(diào)整填料函的壓蓋、補(bǔ)充填料或更換填料。