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螺杆泵的选择-使用中的问题研究

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螺杆 选择 使用 中的 问题 研究
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价 值工程1 螺杆泵工作特性曲线螺杆泵工作特性是通过工作特性曲线(如图 1)来表示的,而曲线是通过在室内检测试验装置上,模拟井下工况实测的螺杆泵工作特性曲线 。包括:1.1 扬程与容积效率的关系曲线;螺杆泵的容积效率会随扬程的提高而下降;1.2 扬程与转子扭矩的关系曲线;扬程越高扭矩越大;1.3 扬程与系统效率的关系曲线;螺杆泵效率呈抛物线规律变化,效率有一个最高点,有高效区范围,高效区范围以外效率很低;尽量在高效区范围内使用,螺杆泵泵效就高 。2 影响螺杆泵工作特性的几个因素2.1 过盈量对螺杆泵工作特性的影响(如图 2 所示)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,如图 2 所示,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 。根据大量的试验结果,总结出定子 、转子间初始过盈值的经验公式: δ=( D—转子截面圆直径, .2 转子转速对螺杆泵工作特性的影响 如图 3 所示的三组试验曲线就说明了随着转速的提高,在同一举升高度条件下,泵的容积效率升高;在同一容积效率条件下,泵的举升高度增加 。但另一方面,由于螺杆泵的定 、转子间有一定的过盈值,转子在定子内旋转时,定子橡胶受到周期性压缩,产生摩擦面的自动升温和疲劳 。在井温比较高的情况下,加速了橡胶分子链的重新组合,使弹性模数减小,从而降低疲劳特性及金属套和橡胶结合面上粘结剂的强度,也加速定子橡胶的老化而缩短其寿命 。从试验得知,自动升温值和压缩疲劳以及橡胶的老化是加载频率 (即转速 )的函数,因此,选择泵的适当转速是很有必要的 。一般来说,近几年设计的地面驱动采油螺杆泵,最高转速均在 300r/而最常用的转速为 55~200r/于高含砂油井,磨蚀是限制泵转速的又一重要因素 。在磨蚀工况下,定子橡胶的磨损量与转速的平方成正比 。因此,在高含砂油井,螺杆泵不宜高速运转 。螺杆泵的工作参数是指转子旋转的速度而言,由螺杆泵理论排量计算公式 Q=4知,在螺杆泵结构参数E(转子偏心距) 、D(螺杆断面的直径) 、T(衬套的导程)确定下来后,排量 Q 只与转速 n 成正比 。因此在现场要提高排量只有提高转子的转速 。2.3 定 、转子加工质量对螺杆泵特性的影响 螺杆泵定 、转子加工质量是指定子内腔表面的粗糙度,定子内腔————————————作者简介 :刘玉忠( 1958-),男,吉林公主岭人,教师,副教授,研究方向为石油钻采机械 、液压与气压传动等 。螺杆泵的选择 、使用中的问题研究on se 庆职业学院,大庆 163254)( 63254, 要 : 伴随着螺杆泵举升方式应用规模的日益扩大,常规地面驱动螺杆泵装置存在合理选用的问题:螺杆泵的合理选用 、带泵电机的合理选用等 。如果选用不当,会造成电机和螺杆泵的效率下降 、能耗过大;存在安全隐患等问题 。of of is a of a of of If it in of of 螺杆泵装置;螺杆泵的工作特性及影响因素;选井选泵技术;驱动电机的选用of of 献标识码 :A 文章编号 :10062012) 362·胶与钢套的粘接强度,定子两端丝扣在额定工作压力下不漏失及转子表面粗糙度,转子的直线度,转子偏心距和截面圆直径是否符合要求,转子镀层是否光洁 、完好,转子联接丝扣是否符合标准等 。(如图 4 所示)2.4 举升介质对螺杆泵特性的影响 主要分析举升介质温度 、粘度对螺杆泵特性的影响 。2.4.1 温度对螺杆泵工作特性的影响(如图 5 所示)橡胶热膨冷缩比较明显,螺杆泵定子内的橡胶衬套也如此,定子所处环境温度升高,定子橡胶膨胀,增大了定 、转子间的过盈量,也就是说,定转子间的密封腔室密封效果更好 。在同一净举升高度条件下,温度升高,螺杆泵容积效率也随之提高,图 5 所示 。但试验发现,温度升高泵扭矩变化不明显 。2.4.2 介 质 粘度对螺杆泵工作特性的影响 通过室内和现场试验表明,试验介质的粘度增加也会使泵的容积效率得到改善,因为粘度越大,分子间的力就越大,外力破坏其结构就越困难,表现在螺杆泵上,就是密封效果变好,即在同一净举升高度条件下,试验介质粘度增加,泵的容积效率升高 。但另一方面,抽油杆在液体介质中作旋转运动,随着介质粘度的增加,抽油杆与液体的摩擦力增加,表现为抽油杆的扭矩增加 。3 选井选泵技术所谓螺杆泵选井选泵技术是依靠油井的状况来合理选择螺杆泵的泵型 、确定泵的工作参数,或根据某一规格的螺杆泵来选井 。而螺杆泵采油井的合理工况是指油井在合理流压下生产,螺杆泵在合理工作区域内工作 。由螺杆泵的工作特性曲线(如图 6)可知,螺杆泵同潜油电泵一样存在最佳工作区域 。经过几年来的实验研究认为,把螺杆泵工作特性曲线分为 A、B、C 三个区域较为合理 。其中 A 为合理工作区, B 为软工作区, C 为不合理工作区,如图 6 所示,区域边界的确定方法大致如下:A 区:螺杆泵在该区工作,流压与排量 、系统效率的关系不敏感,生产稳定性好; B 区:螺杆泵在该区工作,虽然泵效高,但系统效率低,有效扬程低,不但泵的潜能没得到发挥,而且因生产压差过小,油井产能也被抑制 。因此螺杆泵不应工作在 B 区 、C 区:螺杆泵在该区工作,尽管有效扬程较高,但泵漏失严重,系统效率非常低,因而螺杆泵在 且螺杆泵在 C 区工作稳定性差,泵效与流压关系敏感,故螺杆泵不应在 C 区工作 。上限:泵容积效率应大于 65%;下限:泵的工作压力△P>△0%。单螺杆抽油泵系列产品:①单螺杆抽油泵的主要特点 。泵效高 、耗能低,容积效率 80%以上;价格低廉,便于管理;加工制造精度高,尺寸误差 ≤±量大,扬程高,排量范围为 4d,扬程范围为 1000粘度高 、含砂 、含气高的油井适应能力强;抗腐蚀能力强,转子采用微孔镀硬铬处理,定子采用防腐处理;空心转子设计,可方便地进行热洗井 、清防蜡 、向井下加入化学助剂 、对井况进行过泵测试等 。②单螺杆泵性能指标 。耐温性能:低温 ≤85℃,中温 ≤120℃,高温 ≤150℃;井液粘度 ≤3×和其他固体,含量 <颗粒度 ≤1挂处,油气比( 于 10m3/适用套管直径 41/21/25/8 95/8油相对密度 ≤ 驱动螺杆电动机合理选用问题目前现场使用最多的驱动螺杆泵的电动机还是 与螺杆泵匹配的功率应考虑有 10%过载量 。电动机功率选择过大,会大马拉小车,电动机功率利用率较低,系统效率会下降;电动机功率过小,会小马拉大车,造成螺杆泵不能正常启动 。异步电动机在使用过程中,应在其额定工况点附近工作 。其转差率在 S=范围内,其效率最高 。消耗在电动机转子上的铜耗由公式:Ω=( 1中: 磁功率; s—转差率;机转子上的总机械功率 。以上两个公式说明,转差率 S 越大,消耗在转子铜耗中的比重越大,电动机效率就越低 。电动机合理选择 、使用非常重要 。通过以上分析可知,影响螺杆泵装置运行效率的因素很多 。除加工安装的质量 、井液的性质 、井深以外,螺杆泵 、电动机选择是否匹配,使用是否合理也非常重要,需工程技术人员与现场操作工人相互沟通,使螺杆泵达到最佳使用效果,达到节能降耗,提高螺杆泵使用寿命的目的 。参考文献 :[1]徐建宁,屈文涛编箸 .《螺杆泵采油技术 》石油工业出版社,2006 年 8 月第 1 版 .[2]李子俊主编 .《采油机械 》石油工业出版社, 2006 年 8 月第1 版 .[3]王艳秋主编 《电机及电力拖动 》化学工业出版社, 2004 年 1 月出版 以上两图为模芯扶正和没有扶正所产生定子橡胶压偏示意图·33·
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