本科毕业设计（论文）综述
题目：螺杆泵抽油杆柱动态受力分析
学生姓名：韩东
院（系）：机械工程学院
专业班级：机械1004
指导教师：薛继军
完成时间：2014 年 6 月日
螺杆泵抽油杆柱的动态受力分析综述
201006080314 韩东摘要：随着地藏不断开发，地层能量日益不足，井筒液面不断下降，杆泵逐年加深。杆断，杆脱现象频繁发生，严重影响了油井的正常生产，通过对抽油杆的受力分析，井深轨迹以及各种影响因素的分析，确定应对的管理措施。
随着油田开发的不断深，目前油田的开发对象逐渐转向薄层和低渗透层;
由于底层条件差，自然产能低导致抽油泵不断降级加深，以及抽油杆受平均应力不断增加，同时收井深轨迹的影响也日益突出，再加上原油结蜡，介质腐蚀，不合理的工作制度等，都导致了抽油杆断裂，脱落等事故频繁发生，直接影响了油田的正常生产，因此有必要对这些抽油杆的有关受力状态，井深结构，井杆组合，生产参数，原油物性等诸多因素进行分析以及如何加强井杆管理进行研究。
前言
近几年来，国内外众多学者以及油田工作人员以优化螺杆泵抽油杆柱系统、延长螺杆泵抽油杆柱系统寿命为目标，对抽油杆柱的工作特性、受力状况进行了大量的探索研究和分析计算工作，并且得出许多具有工程实际意义的结论，取得了显著的理论成果和经济效益。
(1)螺杆泵井抽油杆柱的疲劳破坏研究
大部分螺杆泵井抽油杆柱的断裂、脱扣等失效故障并不是由于超应力破坏，通常是在强度远低于抽油杆柱屈服强度的时候发生了失效。通过对失效的螺杆泵井抽油杆柱进行分析发现，失效的螺杆泵井抽油杆柱主要是由于承受交变应
力产生的疲劳破坏造成的。近年来，不少油田科研工作者对螺杆泵井抽油杆柱的疲劳破坏问题进行了研究2007年，王伟章、王海文等人对螺杆泵井的光杆进行了疲劳失效分析。研究分析了螺杆泵井光杆的受力状况与失效机理，对抽油杆柱的疲劳断裂过程进行了推断分析。通过建立的螺杆泵井驱动杆受力理论受力模型对驱动杆进行了疲劳失效定量分析，推导计算出了驱动杆承受的交变应力，并且对该交变应力进行了强度校核。
(2)螺杆泵井抽油杆柱强度评价研究
对螺杆泵井抽油杆柱的受力分析就是为了完成对抽油杆柱的强度评价与校核，螺杆泵井抽油杆柱的强度评价与校核是对抽油杆柱强度设计是否满足生产要求的检验。是保证螺杆泵井抽油杆柱安全、可靠、稳定工作的一个非常重要的工作步骤。因此，科研工作者尽可能的使用更为贴切和符合的强度理论对螺杆泵井抽油杆柱进行强度评价与校核。1995年，陈宪侃等人在完成有杆螺杆泵杆柱强度设计研究内容时，使用了第四强度理论实现对螺杆泵井抽油杆柱承受的复合应力的强度校核。在以后的螺杆泵井抽油杆柱的强度评价与校核中也都延续了该种方法。
(3)螺杆泵井抽油杆柱失效方式及原理研究
螺杆泵井抽油杆柱的失效方式一般有三种，抽油杆柱断裂、抽油杆柱脱扣、抽油杆柱噜扣。2009年，刘永新对螺杆泵井抽油杆柱三种失效方式的原因进行了分析。分析指出，螺杆泵井抽油杆柱断裂的原因主要有抽油杆柱热处理质量差、加工方法与加工质量的缺陷、抽油杆柱与螺杆泵类型不匹配、抽油杆柱与油管偏磨等因素;抽油杆柱脱扣的原因包括产能影响、液体回流影响和抽油杆柱储存的弹性能的释放;抽油杆柱噜扣的原因主要是螺杆泵抽油杆柱螺纹加工质
量不合格、油井产出液腐蚀等。2007年，陈实、王海文等人针对螺杆泵井抽油杆柱进行了偏磨机理的研究，并且提出了防治抽油杆柱与油管偏磨的相关技术措施，比如采用合理转速、缩小杆径及利用连续抽油杆柱等方法。
1螺杆泵的工作原理
1.1螺杆泵抽油系统组成及工作原理
螺杆泵抽油系统由地而设备及井下设备组成，地而设备包括驱动头、动力设备及井口，井下设备主要是螺杆泵和锚定工具。螺杆泵按驱动方式可以分为地而驱动和井下驱动2类，一般常用的是地而驱动井下单螺杆泵，这是一种较为成熟的方式，在国内外得到了普遍应用。
单螺杆泵抽油系统的组成见图1所示。地而设备中动力设备将动力传给驱动头，经减速后将动力传递给光杆，再经与光杆相连接的抽油杆柱将动力传至螺杆泵。螺杆泵由转子和定子组成，在两件之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时，空腔就会从一端向另一端螺旋移动，从而起到泵的作用。空腔在泵的入口处顺序形成，直至另一端并始终保持几何尺寸不变，因此在入口处吸入的液体随着空腔的螺旋运动从另一端排出。由于它运动部件少，没有阀件和复杂流道，排量均匀，不易砂卡，也不会产生气锁，因此，它泵送液体的范围很广，包括高粘油、含砂原油及高水馏分混合液等。在原油开采中，表现出了良好的适应性;同其他采油方式相比，效率高，适用于高含砂井、高含气井及高粘度原油的开采。
图1单螺杆泵抽油系统的组成结构图
1一光杆2一地面驱动装豆3一电机4一大四通5一抽油杆6一油管7一转子8一定子9一套管
2抽油杆损坏影响因素分析
2.1抽油杆的受力分析
螺杆泵系统在原油开采中虽然具有许多优点，但其抽油杆柱除去受轴向载荷外，还要传递扭矩，其受力状况与常规的抽油机泵系统不同，下而对抽油杆的受力状况加以分析。
抽油杆在工作过程中，所受的轴向载荷主要来自螺杆泵举升液体产生的轴向载荷F泵、抽油杆柱的自重F重、抽油杆柱所受的浮力F
。
浮其中：
F泵=106 (πR2+16eR)ΔP (N）----------------------------（2.1）R----转子截而圆半径(m）;
E----转子偏心距(m）;
ΔP---螺杆泵进出口压差(MPa)
ΔP=0.01Hγ液+P油-P套，（MPa）---------------------------（2.2）式中
H---液面深度(m）;
γ---液体密度(g/cm3) ;
P油和P套---油压和套压(MPa) 。
F 重=LAγ杆-----------------------------（2.3）
式中
L---抽油杆柱长度(m);
A---抽油杆截而积（m2);
γ杆---抽油杆密度(g/cm3) 。
F 浮= （L-H )Aγ液--------------------------（2.4)
式中
L---抽油杆柱长度(m);
H---液面深度(m);
A---抽油杆截而积(m2)
γ液---抽油杆密度(g/cm3) .
抽油杆柱所受轴向力为:
F=F泵+F重-F浮---------------------------------(2.5)
由于螺杆泵在生产过程中存在扭转载荷，将引起杆柱的剪应力，主要有驱动螺杆泵所需的扭矩Mb、液体阻力矩Ms、杆柱间摩擦阻力矩Mr，则抽油杆柱截而扭矩为:
M=M b +M+Mr---------------------------------(2.6) 其中M b=9.55（N／n)=110.5(QΔP／n) (N·m);
式中：
N一泵的输出功率(W);
Q一日产液量(m3／d）;
n一抽油杆柱的转速（r／min）
假设抽油杆柱匀速旋转，抽油杆柱所受的摩擦阻力矩Mr为:
Mr=10-2[（π·μ·ω·D2·d)／(D2-d2)]L
（N·m)-------------------------------------------------------------------------(2.
7)
式中
Μ---井筒中液体的粘度(Mpa·s);
Ω---抽油杆柱的旋转角速度(rad/s);
D---油管内径(m);
d--抽油杆的内径(m);
L---由油杆柱长度(m);
杆柱间摩擦阻力矩Ms考虑抽油杆柱和油管的接触变形，必须进行复杂的接触变形分析，在工程计算中可根据井的实际情况加以简单分析或不考虑。
与常规有杆抽油抽系统不同，螺杆泵抽油杆柱的强度校核采用复合应力方式计算，其相当应力为:
δd= √(δ2+ξΤ2）-------------------------------------(2.8)
2. 2.1抽油杆柱的抗扭强度
对于杆体，由材料力学得知最大扭转剪应力为：
τ=Td／2J---------------------------------------------------（2.9）式中，
T为最大扭矩，N"m
d为杆柱直径，cm
J为极惯性矩J=πd4/32cm4
根据能量强度理论，最小抗剪强度条件:
Ss=Y m/√3------------------------------------------------------(2.10) 上式中的τmax=s s=Y m/√3时，则扭矩T就变成最小抗扭曲强Q
于是，换算成法定计量单位后:
Q=2JY m/103√3d-----------------------------------------------(2.11) 式中:
Q为最小屈服扭矩;
Ym为最低屈服极限。
2. 2. 2抽油杆柱的抗拉强度
API RP 11中推荐，杆体的抗拉强度可由下式计算;
P=Y m A/10-----------------------------====---------------(2.12）式中，
P为最小拉伸强度，N;
Y m为最小抗拉伸屈服强度，KPa;
2. 2. 3组合应力作用下的杆柱强度计算
由前面的论述已经看到，杆柱上承受扭转力的同时还承受着轴向拉伸力，这就需要研究在复合应力作用下的杆柱破坏问题。此时杆柱横截面上最大剪应力发生在杆柱的外壁上，而拉应力则是均匀分布的。由其中取出一立方体微元，上面作用的应力如图2-1所示。
为了解决组合应力情况下的强度计算，需要应用莫尔图找出立方体
内主应力的大小。由材料力学得知，图2-1(a)的应力莫尔图可画成
图2-1(b)所示的情况。
图2-1(b)中EF=τ，QF=σ/2, Q E=R为莫尔图半径，这里需
要计算主应力σ1和σ2。在三角形△EQF中:
R2=τ2+(σ/2)2--------------------------------------------(2.13) σ1=[R+(σ/2)]---------------------------------------------(2.14) σ2=-[R-(σ/2)]--------------------------------------------(2.15)
图2-6抽油杆柱上的双向应力
由第四强度理论(能量强度理论)得知，强度条件为:
σ1+σ2-σ1σ2=[σ]2-------------------------------------(2.16) 将σ1 ，δ2代入上式化简得：
3R2+（σ/2）2=[σ]2------------------------------------（2.17）
式中，[σ]=Y m/S F----------------许用应力;
再将R2代入上式得:
3τ2+σ2=[Y m/S F]2------------------------------------（2.18）
式中，
SF为安全系数;
τ:为在扭矩QT作用下，杆柱表面最大剪应力
其式为:τ=QTd/2J;
σ井口光杆上的拉应力，其式为σ=P/A. 将σ和τ代入上式，统一单位并整理得:
Q T=（J/50d√3）√[（Y m/10S F）2-（P/A)2]--------------(2.19)
式中，QT为光杆上许用扭矩，N·m; J为杆柱横截面上的极惯矩，cm4;P 为光杆上承受的拉力，N; A为抽油杆柱横截面积。
当上式中的安全系数SF=1时，并取1/√3=0.577，则得:
Q T=0.01154J/d√[（Y m/10)2-(P/A)2]--------------------------------(2.20)
此式即为API推荐的拉扭双向载荷作用下，钻杆的屈服扭矩公式。
其中最低屈服强度的单位是kPa。按照螺杆泵抽油杆的受力特点，也可以采用式(2-20)进行螺杆泵抽油杆受力评价。
2. 2. 4螺杆泵采油井中抽油杆柱的受拉伸长计算
螺杆泵油井下泵作业中，一般情况是，当螺杆下至泵上端时，靠抽油杆柱的自重将螺杆压入衬套副中，然后上提一个合理的“防冲距”，上
提距离由抽油杆柱的受拉力伸长量来决定。
抽油杆柱受拉伸长量与轴向拉力、泵挂深度、杆的截面积以及钢材
的弹性模量有关，其中杆柱所受的轴向拉力F为抽油杆柱在工作时与作
业时受力之差。
F=（π/4)(D2-d2)P-----------------------------------------（2.21）
可得抽油杆柱伸长量的表达式为:
λ杆=FL/EA
式中，λ
为抽油杆柱受拉伸长量;E为钢材弹性模量;A为抽油杆截面杆
积。
在螺杆泵采油井工艺设计中一般都下入油管锚+封隔器，但当封隔器
失效时，油管在螺杆轴向动载的作用下会发生轴向“跳动”，所以有必要
计算油管承受动载时的弹性伸长。上提“防冲距”一方面为的是防止螺
杆底端与泵的下限位器接触，另一方面则是为了使螺杆与衬套副达到最
佳啮合位置，这对于螺杆泵实现功能和延长寿命都是极为关键的。
2. 3井筒轨迹对抽油杆的影响
由于斜井井筒轨迹是弯曲的，抽油杆受井筒轨迹的影响而呈现曲线状态。又由于抽油杆本身具有弹性和刚性，在弯曲的油管中，不可避免与油管相互接触与井壁发生摩擦受损而影响抽油杆的使用寿命。
2. 4结蜡对抽油杆的影响
有些油井属于低液量、高含蜡井，由于液量低、温度低，不容易把蜡质溶解或携带出。蜡质很容易附着在杆管上，减少了井液的流动空间，这样就增加了抽油杆的重量和井液的流动阻力。流动阻力又通过活塞转加到抽油杆上，使
抽油杆的最小工作应力变小，最大工作应力变大，应力幅加大，加剧了抽油杆的疲劳破坏。
2. 5井液的腐蚀影响
由于井液中溶解有二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质，在井液流动过程中不断对抽油杆造成点腐蚀。由腐蚀电化学可知，铁质杆在酸性物质中会发生氢去极化反应，形成溶于水的盐，最终被蚀断。
3抽油杆的优化管理
1）由抽油杆受力分析可知，中性点以下始终是严重弯曲的，泵挂越深，这部分抽油杆就越容易弯曲，磨损就越严重。对此可采取底部加重措施:抽油杆底部采用带有尼龙扶正块的加重杆，一方面使杆柱中性点下移，降低杆柱的交变应力幅度;另一方面提高了抗弯模量，增加了抗弯能力;此外尼龙扶正块也起到了防偏磨的效果。
2）受井筒轨迹弯曲和抽油杆本身材料特性影响，抽油杆偏磨和失稳现象严重。抽油杆偏磨不仅体现在本体上，还体现在接箍上；失稳主要来源于抽油杆柱的不断加深和冲次居高不下。对此可采取以下措施:①安装抽油杆扶正块，改善抽油杆的受力状态和偏磨状态。扶正器的外径较大，可起到压杆约束作用。目前采用的有抽油杆本体固定式尼龙扶正器，能有效减少摩擦阻力，保护抽油杆本体潜损。②采用螺旋式尼龙扶正块接箍，既能防止接箍偏磨，又能扶正抽油杆、降低弯曲失稳程度。③优化杆柱设计。杆柱的组合采用软件设计和合理的输入设计参数，在满足生产的前提下，采用长冲程、低冲次，降低抽油杆的惯性载荷和横向震动频率，从而降低其失稳性。
3)防止杆柱结蜡，可采取的措施包括:①下刮蜡杆。具体下入刮蜡杆的数量，视起出杆结蜡情况而定。②加化学清防蜡剂。为了防止清防蜡剂粘附在套管上而达不到井底，一般采用热水与清防蜡剂的混合溶液在井口套管中注入的方式。清防蜡剂注入量主要依据药剂有效作用浓度和油井结蜡状况而定。③热洗清蜡。
注意热洗温度由低到高，排量由小到大，防止溶化的蜡块落入泵筒中造成泵堵，在热洗液中加入清防蜡剂效果更好。
4)电化学腐蚀。防止腐蚀的方法有保护层法、阴极保护法、缓蚀剂法。从经济实用角度出发，一般采用缓蚀剂法。缓蚀剂防腐原理就是形成沉淀保护膜附着在管柱上，起到保护作用。使用缓蚀剂分井口加药法和井底固体缓蚀剂法，为了防止缓蚀剂在动液面和泵之间环形空间形成沉淀而降低药效，现场一般采用固体缓蚀剂法。
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单螺杆泵的性能与结构 一、主要性能参数 1.流量单螺杆泵的流量决定其转子和定子的尺寸以及泵的转速。单螺杆泵每一个横截面内（图1和图2），定子孔的截面面积为；螺杆的截面面积为。 图1 螺杆的几何形状 图2 泵套的几何形状 泵的过流面积为定子孔与螺杆截面面积之差，即为4eDR。 （1）螺杆每转一次的理论排液量Vth为过流面积与定子导程T的乘积，即：Vth=4eDRT （1）（2）理论流量QVth为螺杆每一转的理论排液量与转速的乘积，即： 或 式中e——螺杆截面圆心与轴线的偏心距，mm； DR——螺杆圆形截面的直径，DR=2R，mm； T——泵套内孔螺旋槽的导程，mm； n——泵的转速（表1），r/min。 （3）实际流量qV或 式中ηV——泵的容积效率，ηV=0.65~0.85，当排压力较低、螺杆截面直径DR较大时，取大值。 2.转速n 当按液体黏度确定单螺杆泵转速n时，可参见表1。
单螺杆泵的转速，还可以根据被送液体在泵工作腔内的轴向流动速度vgm（亦称转子、定子间的相对平均滑动速度）来确定，特别来确定，特别是在输送含有固体颗粒物的液体，且可能对泵的转子或定子产生磨损时，必须以vgm值确定泵的转速，详见JB/T 8644-2007《单螺杆泵》附录A。 3.排出压力单螺杆泵的排出压力取决于泵的排出管路系统的特性，泵的螺杆直径和转速不能改变泵的排出压力。单螺杆泵的排出压力为每个定子导程长度T能达到的压力与导程的乘积。一般每一个定子导程长度能达到的排出压力为0.3~0.6MPa。为了尽量减小泵的轴向尺寸，通常取泵能达到的排出压力p2为 p2=0.6iT（MPa） 式中iT——泵的定子导程数，也可称为泵的级数。 4.效率η单螺杆泵工作时，其转子（螺杆）和定子（泵套）相接触，并存在相对滑移，因此，单螺杆泵的机械损失较大，泵的效率较低一般为η=50%~80%。每一转排液量较大的泵效率较高。 5.使用寿命单螺杆泵的转子和定子的相对滑移，将引起转子和定子的磨损，主要是定子磨损，因此，单螺杆泵的使用寿命较低。一般要求：在输送清水或类似清水的液体时，定子的所以寿命不低于2000h。 6.流量调节单螺杆泵可在保持排出压力不变的工况下，通过改变泵的转速调节流量，泵的流量与转速成正比，故在一定范围内可用作定量泵或计量泵。 二、结构单螺杆泵有卧式和立式两种结构形式。 1.卧式单螺杆泵卧式结构应用较多，其结构布局合理（图3），泵的吸液管口和吸入室在泵的轴封端，此时，泵轴封的密封压力为吸入压力，密封压力较低，可减少泄漏的可能性。当被输送液体的流动性较差时，可采用尺寸较大的矩形吸液口，并在吸入室内增设螺旋进料器（图4），用以将被送液体推入泵工作腔，帮助泵吸入液体。 图4 带进料器的单螺杆泵 1-定子；2-螺杆（转子）；3-螺旋进料器 2.立式螺杆泵立式结构多用于液下和潜水单螺杆泵。 （1）液下泵浸没于液体中，电动机、减速机、轴承箱等泵驱动系统置于液面上方，其吸液管口和吸
抽油杆失效实验分析 摘要：抽油杆是抽油机设备的重要部件，它将抽油机的动力传递给井下抽油泵，因此了解和学习抽油杆知识是必不可少的。通过查阅资料、做实验以及分析结果，加强我们对抽油机和抽油杆的认识，并催使我们把所学的专业知识运用到实际中，并通过分析找到失效原因，以便提出相应的防止措施。 关键词：抽油杆、失效分析、组织。 Abstract: sucker rod pumping equipment is an important component of machine oil pumping machine, power it will be passed to the down hole pump, so understanding and learning the knowledge is essential for sucker rod. Do the experiment and the analysis results through access to information, understanding, strengthen our pumping and pumping rod, and it moves us to learn professional knowledge into practice, and through the analysis to find the cause of failure, so as to put forward corresponding prevention measures. Keywords: sucker rod, failure analysis, organization.
图1 图1-4 高中物理专题：受力分析与动态平衡问题 例1．如图1所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O 点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m 1的小球与O 点的连线与水平线的夹角为α＝60°。则小球的质量比m 2/m 1为 A ． B ． C ． D ． 2. 如图所示，物体A 靠在竖直墙面上，在力F 作用下，A 、B 保持静止。物体B 的受力个 数为（ ） A ．2 B ．3 C ．4 D ．5 例2. 如图1所示，一个重力G 的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为α，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中，挡板和斜面对球的压力大小如何变化？ 思考1：所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑斜面上，小球质量为m ，斜面倾角为θ，向左缓慢推动斜面，直到细线与斜面平行，在这个过程中，绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况？ （答案：绳上张力减小，斜面对小球的支持力增大） 思考2：如图所示，细绳一端与光滑小球连接，另一端系在竖直墙壁上的A 点，当缩短细绳小球缓慢上移的过程中，细绳对小球的拉力、墙壁对小球的弹力如何变化？ 例2．如图所示，质量为m 的小球用细线悬于天花板上。在小球上作用水平拉力F ，使细线与竖直方向保持θ角，小球保持静止状态。现让力F 缓慢由水平方向变为竖直方向。这一过程中，小球处于静止状态，细线与竖直方向夹角不变。则力F 的大小、细线对小球的拉力大小如何变化？
例3．轻绳一端系在质量为m 的物体A 上，另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN 的圆环上。现用水平力F 拉住绳子上一点O ，使物体A 从图中实线位置缓慢下降到虚线位置，但圆环仍保持在原来位置不动。则在这一过程中，环对杆的摩擦力F 1和环对杆的压力F 2的变化情况是 A ．F 1保持不变，F 2逐渐增大 B ．F 1逐渐增大，F 2保持不变 C ．F 1逐渐减小，F 2保持不变 D ．F 1保持不变，F 2逐渐减小 思考：如图3-4所示，在做“验证力的平行四边形定则”的实验时， 用M 、N 两个测力计通过细线拉橡皮条的结点，使其到达O 点，此时 α+β= 90°．然后保持M 的读数不变，而使α角减小，为保持结点 位置不变，可采用的办法是（ ）。 (A)减小N 的读数同时减小β角 (B)减小N 的读数同时增大β角 (C)增大N 的读数同时增大β角 (D)增大N 的读数同时减小β角 例4．如图4所示，在水平天花板与竖直墙壁间，通过不计质量的柔软绳子和光滑的轻小滑轮悬挂重物G =40N ，绳长L =2.5m ，OA =1.5m ，求绳中张力的大小，并讨论： （1）当B 点位置固定，A 端缓慢左移时，绳中张力如何变化？ （2）当A 点位置固定，B 端缓慢下移时，绳中张力又如何变化？ 思考：如图所示，长度为5cm 的细绳的两端分别系于竖立地面上相距为4m 的两杆的顶端A 、B ，绳子上挂有一个光滑的轻质钩，其下端连着一个重12N 的 物体，平衡时绳中的张力多大？ 思考：人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船，若水的阻力不变，则船在匀速靠岸的过程中，下列说法中正确的是（ ） （A ）绳的拉力不断增大 （B ）绳的拉力保持不变 （C ）船受到的浮力保持不变 （D ）船受到的浮力不断减小 图3-4
螺杆泵采油系统效率分析 发表时间：2011-04-01T11:55:34.700Z 来源：《价值工程》2011年第3月上旬作者：田文广罗发明刘荣白素梅 [导读] 文章针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。 田文广 Tian Wenguang；罗发明 Luo Faming；刘荣 Liu Rong；白素梅 Bai Sumei （克拉玛依广陆有限责任公司，克拉玛依 834000） （Karamay Guanglu Limited Liability Company，Karamay 834000，China） 摘要：文章针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。根据该系统地面部分和井下部分能量损失情况分析，建立了系统效率分析模型，对螺杆泵采油技术技能减排有重要意义。 Abstract: Based on the technological characteristics for the oil recovery with screw pump, this paper studies the system efficiency of oil recovery and its decomposition. Based on the analysis of the energy loss situation of the ground segment and the underground part of the system, this paper estyablishes a analysis model of system efficiency, which is important for the reduction of screw pump technology. 关键词：螺杆泵；采油；系统效率；地面效率；井下效率 Key words: screw pump；production；system efficiency；ground efficiency；downhole efficiency 中图分类号：TE9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）07-0019-01 0 引言 目前国内各大油田相继进入注水开发的中后期，高耗电量成为制约采油成本的重要因素。提高系统效率有助于降低能耗、提高经济效益[1,2]。本文针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。根据该系统地面部分和井下部分能量损失情况分析，建立了系统效率分析模型，对螺杆泵采油技术技能减排有重要意义。 1 系统效率分析 螺杆泵采油系统由电动机、螺杆泵、抽油杆柱、皮带减速箱以及井口装置等部件组成。通过电动机将地面的电能传递到井下，从而将井下流体举升到地面。整个螺杆泵采油系统的工作过程就是一个能量不断传递转化的过程，而在能量的每次传递过程中都会造成能量损失。螺杆泵采油系统举升流体所必须的有效功率与输入功率的比值为螺杆泵采油井的系统效率[3]。即：η=P有/P入（1） 式中：P入为电动机的输入功率，kW；P有为有效功率，即在某一扬程下，将一定量的井下流体举升到地面所需要的功率，kW。 式（1）中P入和P有分别可以表示为：P入=×10-3 UIλ（2） P有=Hq/86400（3） 式中：U为电机的工作电压，V；I为电机的工作电流，A；λ为功率因数；H为泵的扬程，m。根据螺杆泵举升系统的结构和工作特点，按部件在系统中所处的位置，以盘根盒为界将系统分为地面效率和井下效率两部分，则有：η=P水/P入=P水/P光×P光/P入=η井下×η地面（4）式中：P光为光杆功率，kW。 2 地面效率分析 地面部分包括电动机、减速箱和皮带组成，因此地面效率可以表示为：η地面=P光/P入=η1×η2（5） 式中：η1为电机效率，%；η2为减速箱和皮带的效率，%。 电机效率η1可以表示为：η=P2/P入=（P入-△P2）/P入（6） 电机的功率损失随输出功率P2的减小而减小，输出功率可由下式（7）求得[4]：ΔP2=P0+β2[(1/ηH-1)P H-P O]（7） 式中：P0为空载时的有功损耗，kW；ηH为额定效率，%；PH为额定功率，kW；β为负载系数，β=P2 /PN。 3 井下效率分析 井下部分由抽油杆、螺杆泵和管柱组成，因此井下效率可以表示为：η井下=P水/P光=η3×η4×η5（8） 式中：η3为抽油杆效率，%；η4为螺杆泵效率，%；η5为管柱效率（油管锚锚定时，η5=100%），%。抽油杆柱效率η3为光杆功率与泵排出口效率的比值，即：η3=P出/P光=（P光-摩）/P光（9） 式中：P出为泵排出口功率，kW；P摩为杆液之间摩擦损失功率，kW；式（9）中杆柱与井下流体见粘滞摩擦损失功率P摩可表示为：P摩=Mrlω（10） 式中：Mrl为杆管之间的摩擦扭矩，kN·m；ω为螺杆的自转角速度，rad/s。螺杆泵效率由体积效率和机械效率2部分组成，分别由式（11）、（12）所示[5]：ηV=q/Q（11） ηm=103QΔp/（2.88πMan）（12） 式中：ηv为体积效率，%；ηm为机械效率，%；由式（11）、（12）可得螺杆泵效率为：η4=ηvηm=103qΔp/（2.88πMan）（13） 式中：Ma为泵轴力矩，N·m。 4 实例分析 某螺杆泵采油井的基本参数如下：油层中深1560m，地层温度61.5℃，油管内径62mm，井口油压0.4MPa，产液量50m3/d，含水率35%，动液面672m，泵挂深度1060m，电机的额定功率15kW，原油相对密度0.92，抽油杆组合为：19mm×550m+22mm×510m。通过采用不同泵挂深度进行敏感性分析，得出泵效与泵挂深度关系曲线如图1所示。从图1可以看得出：随着泵挂深度的增加，泵效先增加后下降，在泵挂深度为1060m处泵效最高，因此，采用此深度做为该井的设计泵挂深度。该螺杆泵采油井系统效率分析结果如表1所示。从表1可以看
螺杆泵的详细介绍 螺杆泵属容积式转子泵，诞生于1931年。由于结构独特，有自吸能力、效率高、体积小、工作可靠，且可输送粘度范围宽广的各种介质，螺杆泵被广泛应用于石油化工、航运、电力、机械液压系统、食品、造纸、污水处理等工业部门。 作为节能和节材产品，螺杆泵在我国的应用范围正在不断扩大，需求量连年增长，越来越受到重视。虽然我国国内的螺杆泵与国外专业公司相比还存在差距，但随着我国螺杆泵科研力量的投入及应用实践的增多，螺杆泵在替代原来传统技术方面必将取得良好的使用效果，实现节能、节材效益。 第一部分螺杆泵的基本知识 螺杆泵的家族虽然称不上庞大，但是按照螺杆的标准，它也可以分为不同的类型。本文着重介绍最为常用的单螺杆泵、双螺杆泵以及三螺杆泵。 1、单螺杆泵的介绍 单螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵。主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。 与其他泵相比，单螺杆泵有着自己独特的优势： 和离心泵相比，单螺杆泵不需要装阀门，而流量是稳定的线性流动。 和柱塞泵相比，单螺杆泵具有更好的自吸能力。 和隔膜泵相比，单螺杆泵可输送各种混合杂质，含有气体及固体颗粒或纤维的介质，也可输送各种腐蚀性物质。 和齿轮泵相比，单螺杆泵可输送高粘度的物质。 与柱塞泵、隔膜泵及齿轮泵不同的是，单螺杆泵可用于药剂填充和计量。 第二部分螺杆泵的工作原理及性能 虽然螺杆泵有着不同的类型，应用于不同领域螺杆泵的特点也不尽相同。但从根本而言，螺杆泵的基本工作原理是一致的。 1、螺杆泵的基本工作原理 螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺
杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。 各螺杆相互啮合，螺杆与衬筒内壁紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出。这就是螺杆泵的基本工作原理。 从上述工作原理可以看出，可以更清晰地了解螺杆泵的优点： 压力和流量范围宽阔；运送液体的种类和粘度范围宽广；因为泵内的回转部件惯性力较低，故可使用很高的转速；吸入性能好，具有自吸能力；流量均匀连续，振动小，噪音低；与其它回转泵相比，对进入的气体和污物不太敏感；结构坚实，安装保养容易。 相应地，螺杆泵存在的缺点也比较明显：螺杆的加工和装配要求较高；泵的性能对液体的粘度变化比较敏感。 2、螺杆泵的性能 螺杆泵的性能参数有两项：排量、功率。 螺杆泵的理论排量可由下式计算：Qt=60Ftn m3/h；其内部泄漏量一般用Qs来表示：Qs=αp/σm。 泵在压送不同粘度的液体时，其排量会发生变化。 排量和粘度的关系可由下式表示：Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m 螺杆泵的轴功率一般为水功率、摩擦功率和泄漏损失功率这三部分的总和。 水功率是指单位时间内泵传给液体的能量，也称输出功率；摩擦功率是指液体粘性阻力产生的摩擦损失；泄漏损失是指液体从高压处漏回低压处所造成的功率损失。当泵运送的液体粘度不同时，泵的轴功率也将不同。 第三部分螺杆泵的选型 螺杆泵应用广泛，有“螺杆泵可以输送任何介质”的说法。但这不是说某一种螺杆泵可输送所有的介质，而是根据介质的特性和性能参数数要求可以选择螺杆泵的不同类型。如果无意中挑选到不合适的泵螺杆泵，很有可能会带来不必要的麻烦。单螺杆泵、双、三和五螺杆泵，各有优点，在推广应用螺杆泵时必须有选择，只有充分利用其各自的特点，才能更好的实现节能、节材、增效益或满足某种特殊要求。下面以常见的单螺杆泵、双螺杆泵以及三螺杆泵为例介绍一些螺杆泵选型中的技巧。 Ⅰ、单螺杆泵的选型要点 单螺杆泵的选择主要集中在以下几个参数上： 1.单螺杆泵的压力确定：
物体的受力（动态平衡）分析及典型例题 受力分析就是分析物体的受力，受力分析是研究力学问题的基础，是研究力学问题的关键。 受力分析的依据是各种力的产生条件及方向特点。 一.几种常见力的产生条件及方向特点。 1.重力。 重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，只要物体在地球上，物体就会受到重力。 重力不是地球对物体的引力。重力与万有引力的关系是高中物理的一个小难点。 重力的方向：竖直向下。 2.弹力。 弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。 判断弹力有无的方法：假设法和运动状态分析法。 弹力的方向与施力物体形变的方向相反，与施力物体恢复形变的方向相同。 弹力的方向的判断：面面接触垂直于面，点面接触垂直于面，点线接触垂直于线。 【例1】如图1—1所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。图a 中接触面对球 无 弹力；图b 中斜面对小球 有 支持力。 【例2】如图1—2所示，判断接触面MO 、ON 对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。水平面ON 对球 有 支持力，斜面MO 对球 无 弹力。 【例3】如图1—4所示，画出物体A 所受的弹力。 a 图中物体A 静止在斜面上。 b 图中杆A 静止在光滑的半圆形的碗中。 c 图中A 球光滑，O 为圆心，O ＇为重心。 【例4】如图1—6所示，小车上固定着一根弯成α角的曲杆，杆的另一端固定一个质 图1—1 a b 图1—2 图1—4 a b c
量为m 的球，试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向：（1）小车静止；（2）小车以加速度a 水平向右加速运动；（3）小车以加速度a 水平向左加速运动；（4）加速度满足什么条件时，杆对小球的弹力沿着杆的方向。 3.摩擦力。 摩擦力的产生条件为：（1）两物体相互接触，且接触面粗糙；（2）接触面间有挤压；（3）有相对运动或相对运动趋势。 摩擦力的方向为与接触面相切，与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。 判断摩擦力有无和方向的方法：假设法、运动状态分析法、牛顿第三定律分析法。 【例5】如图1—8所示，判断下列几种情况下物体A 与接触面间有、无摩擦力。 图a 中物体A 静止。图 b 中物体A 沿竖直面下滑，接触面粗糙。图 c 中物体A 沿光滑斜面下滑。图 d 中物体A 静止。 图a 中 无 摩擦力产生，图b 中 无 摩擦力产生，图c 中 无 摩擦力产生,图d 中 有 摩擦力产生。 【例6】如图1—9所示为皮带传送装置，甲为主动轮，传动过程中皮带不打滑，P 、Q 分别为两轮边缘上的两点，下列说法正确的是：（ B ） A ．P 、Q 两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反 B ．P 点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反， Q 点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同 C ．P 点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同， Q 点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反 D ．P 、Q 两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同 【例7】如图1—10所示，物体A 叠放在物体B 上，水平地面光滑，外力F 作用于物体B 上使它们一起运动，试分析两物体受到的静摩擦力的方向。 图1—8 图1—9
抽油泵失效原因分析与对策 发表时间：2019-06-11T11:24:36.710Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第3期作者：王芳吕建军王洪波黎东李霞 [导读] 本文对抽油泵失效原因进行了分析，主要是作业施工质量差，地层因素影响，固定凡尔刺漏，游动凡尔罩脱断等原因，并提出了应对措施，主要是重视作业施工质量，改善固定凡尔材质，合理调整抽油机工作参数，改进常规泵柱塞衬套副的结构，采用易排砂的泵体结构等措施，提高了抽油泵的泵效。 1.抽油泵失效原因简析 1.1作业施工质量方面 主要是由于现场条件和周围环境的限制，往往不能保证下井管杆的清洁。同时由于控制成本的原因，在生产中部分老化的管杆还在继续使用，地面部分泥土、砂粒、管杆壁上的铁锈、垢、死油等沉淀到固定阀上，造成阀密封不严或堵塞阀球，在活塞上下运动时造成活塞卡在泵筒内不能正常抽油；某些泥质含量比较高的油井，在抽油过程中，出现周期性的固定阀堵塞，需多次作业更换固定阀座。从生产现场取出来的固定阀看，大部分都沉淀有不同程度的脏东西。 1.2地层因素影响 由于地层条件复杂，在引起抽油泵失效上，主要表现为地层出砂严重、产出液的高含水腐蚀性，这都不同程度的造成泵筒、柱塞、球阀的磨损腐蚀，使抽油泵失效。 1.3固定凡尔刺漏 常用的抽油泵固定凡尔大都采用6Cr18Mo或9Cr18Mo耐磨不锈钢材料制成。Cr在调制结构钢中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的力学性能；而Mo在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性。在热处理工艺中处理不当，将对固定凡尔的质量产生很大影响。 在绝大多数情况下，抽油泵达不到理想工况，在上冲程过程中，当泵腔未被液体完全充满时，泵腔顶部将出现低压气顶，随后在下冲程过程中，在活塞接触液体前游动阀一直处于关闭状态，直至与液体接触的瞬间液压突然升高，游动阀被打开，出现负向液击现象；而在抽油机下冲程向上冲程转换的瞬间，游动阀由打开状态转换为关闭状态，出现正向液击现象；同时在泵腔内出现低压气顶时，液体被气化，而下冲程泵阀被打开的瞬间，又出现高压状态，气化的液体又被液化，形成瞬时真空，产生气蚀现象。在液击和气蚀的频繁作用下使固定凡尔和游动凡尔失效。 1.4游动凡尔罩脱断 活塞游动凡尔罩在理想状态下，所受的力为抽油杆向上的拉力、抽油杆本身的重力、泵筒与活塞之间的摩擦力、液柱的惯性载荷等，正是由于在游动凡尔罩上作用的外力的综合交替作用下，形成了两个以游动凡尔罩为支点的力矩，这两个力矩在每个冲次中交替出现，大大增加了游动凡尔罩自身的疲劳强度，特别是在活塞下行程时，游动凡尔打开的瞬间，高速高压的液流冲击阀球，由于液流速度的不均匀和其他原因引起的振动，使阀球运动偏离阀座孔轴线，碰撞球室侧壁，在凡尔球的反复冲击下，3条筋处的圆柱形内孔变成椭圆形，3条筋的壁厚变薄，形成从凡尔罩断的抽油泵故障现象；同时由于力矩的存在，使拉杆和游动凡尔罩的结合处从过盈配合转化或部分转化为间隙配合，导致拉杆从游动凡尔罩上脱开。 2.应对措施 2.1重视作业施工质量 从影响抽油泵失效的固定凡尔堵塞来说，作业施工过程中，特别是下管柱过程中要采取措施，注重对井口的保护，雨雪天气施工时要尤为注意；在完井后不能只是单纯的进行试压，而要按规定进行大排量洗井；采油队作业监督要全过程、全方面的实施跟踪监督，保证作
三螺杆泵工作原理及特性 三螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。 一、三螺杆泵特性： ★定子与转子接触的螺旋封线将收入腔与排出腔完全分开，使泵具有阀门的隔断作用 ★可实现液、气、固体的多相混输 ★泵内流体流动时容积不发生变化，没有瑞流搅动和脉 ★弹性定子形成的容积腔能有效地降低输送含固体颗粒介质时的磨耗 ★输入介地粘度可达50000Mpa·s含固量可达50% ★流量与转速正比，借助调速器可实现量的自动调节泵可以正反输送。 二、三螺杆泵具有以下优缺点： (一)三螺杆泵优点： 1、和离心泵相比三螺杆泵无需安装阀们流量是稳定的线性流动 2、和柱塞泵相比三螺杆泵具有自吸能力强、吸入高度强 3、和隔膜泵相比三螺杆泵可输送各种混合杂质含有气体及固体颗粒或纤维的介质，也可输送各种腐蚀性物质 4、和齿轮相比，三螺杆泵可输送高粘度的物质 5、和柱塞泵，隔膜泵及齿轮泵不同的是，三螺杆泵可用于药剂填充和计量 (二)三螺杆泵缺点： 1、三螺杆泵的缺点螺杆的加工和装配要求较高; 2、泵的性能对液体的粘度变化比较敏感。 二、三螺杆泵工作原理： 1、三螺杆泵的基本工作原理：由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样，这就是三螺杆泵的基本工作原理。 2、工作原理： 三螺杆泵属推进式容积泵，主要部件是转子和定子，转子是一个大导程大齿高和较小螺旋内经的螺杆(转子)定子是与之相配的双头螺线和螺套，这样在转子和定子间形成了储存介质的空间，当转子在定子内运转时，介质沿轴向由吸入端向排出运动。 3、杆与壳体之间的密封面是一个空间曲面。在这个曲面上存在着诸如ab或de之类的非密封区，并且与螺杆的凹槽部分形成许多三角形的缺口abc、def。这些三角形的缺口构成液体的通道，使主动螺杆凹槽A与从动螺杆上的凹槽B、C相连通。而凹槽B、C又沿着自己的螺线绕向背面，并分别和背面的凹槽D、E相连通。由于在槽D、E与槽F(它属于另一头螺线)相衔接的密封面上，也存在着类似于正面的三角形缺口a’’’’b’’’’c’’’’，所以D、F、E也将相通。这样，凹槽ABCDEA也就组成一个∞形的密封空间(如采用单头螺纹，则凹槽将顺轴向盘饶螺杆，将吸排口贯通，无法形成密封)。不难想象，在这样的螺杆上，将形成许多个独立的∞形密封空间，每一个密封空间所占有的轴向长度恰好等于累杆的导程t。因此，为了使螺杆能吸、排油口分隔开来，螺杆的螺纹段的长度至少要大于一个导程。
螺杆泵的常见故障与维修方法 螺杆泵故障的原因通常是多方面因素造成的，不同故障表现出不同的现象，要排除故障，必须先查明故障的原因，在实践中通过科学的研究、预测、分析，来发现螺杆泵异常的表现，从而发现问题，解决问题，消除故障。判断螺杆泵故障的一般原则是：结合结构、联系原理、弄清现象、结合实际，从简到繁、由表及里、按系分段、查找原因。 螺杆泵长期运转后，发生异常故障，通常会遇到下列几种现象。 1、泵体剧烈振动或产生噪音原因：水泵安装不牢、水泵安装过高，超过泵吸上能力；电机滚珠轴承损坏；水泵主轴弯曲或与电机主轴不同心、不平行等；吸入管路或泵吸入端漏气；吸入管路堵塞。解决方案是装稳水泵或降低水泵的安装高度，减小吸入管路阻力，清洗或加大过滤器，降低介质黏度；更换电机滚珠轴承；矫正弯曲的水泵主轴或调整好水泵与电机的相对位置；消除吸入管和泵吸入端漏气；排除吸入管堵塞。 2、传动轴或电机轴承过热原因：缺少润滑油或轴承破裂等。解决方案是加注润滑油或更换轴承。 3、泵发热：泵内转动部件严重摩擦；机械密封回油孔堵塞；油温过高；安装不正，转动部件不同心。解决方案是检查更换磨损件；疏通回油孔；适当降低油温；调整校正装配和安装精度。 4、无流量输出：吸入管路堵塞或漏气；吸入高度超过答应吸入真空高度；电念头反转；介质粘渡过大等原因造成的。解决方案是检验吸入管路、降低吸入高度、改变电机转向、将介质加温等等。 5、泵压不足：密封是否泄漏；在设备停止状态下，当螺杆泵还有没有自闭功能，通水检查；选型是否正确；出口处压力过大，等等吧。泵的压力不足.牵扯的问题很多.最简单的就是检查进口是否堵塞.在看电机.如果这两个没问题.那就要下开看螺杆和轴承是不是坏了 6、流量下降：吸入管路堵塞或漏气；螺旋套、衬套磨损；安全阀弹簧太松或阀瓣与阀座接触不严；电动机转速不够；安装过高，超过泵
高三受力分析动态平衡模型总结(解析版) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
动态平衡受力分析 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点。 基础知识必备 方法一：三角形图解法 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而已，比较这些不同形状的矢量三角形，各力的大小及变化就一目了然了。 【例1】如图所示，一个重力为G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为，在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态．今使板与斜面的夹角β缓慢增大，问：在此过程中，挡板对球的压力F N1和斜面对球的支持力F N2变化情况为（） A．F N1、F N2都是先减小后增加 B．F N2一直减小，F N1先增加后减小 C．F N1先减小后增加，F N2一直减小 D．F N1一直减小，F N2先减小后增加 答案 C 【练习1】如图所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑劈面上，小球质量为m，斜面倾角为θ，向右缓慢推动劈一小段距离，在整个过程中 （） A．绳上张力先增大后减小
一、螺杆泵采油工艺简介 (2) 二．螺杆泵的分类 (2) 2.1单螺杆泵 (2) 2.2双螺杆泵和多螺杆泵 (2) 2.3 排量 (3) 2.4 功率 (3) 三、螺杆泵的基本工作原理以及结构 (4) 3.1 (4) 3.2 (5) 3.3 (6) 四、螺杆泵性能特点 (6) 五．螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程 (8) 5.1、螺杆泵的转速选用 (8) 5.2、螺杆泵的品质 (8) 5.3、确保杂物不进入泵体 (9) 5.4、避免断料 (9) 5.5、保持恒定的出口压力 (9) 六、单螺杆泵输送脱水干污泥的应用实例 (10) 6.1 两个工程实例 (10) 6. 2 泵的选用 (12) 6.3 输送管道 (13) 6. 4 寿命与经济性 (14) 6.5 前景瞻望 (15) 七、螺杆泵采油故障原因分析 (15) 八、对策 (17) 摘要 介绍了螺杆泵的分类、结构、工作原理和特点。螺杆泵在污水处理中的选用及应用过程。分析了大排量螺杆泵井杆、管磨损原因，即主要由螺杆泵在运转过程中油管弯曲、工作参数不合理及转子离心惯性力和倾倒力矩产生的杆管接触载荷造成的，并提出了优化下泵参数、杆泵优化匹配及全井扶正技术，采取井下安装单流阀、井口安装放气阀等技术措施，是解决抽油杆反转造成杆脱的有效方法，可降低杆、管磨损发生几率，应用效果明显。对其在古城油矿使用过程中出现的问题进行分析，并提出相应的对策。 关键词：螺杆泵；原理；故障分析；对策
一、螺杆泵采油工艺简介 螺杆泵作为一种油田采输工艺技术，是一种行之有效的采输手段，广泛应用于采油生产，而且被广泛应用于油田地面油气集输系统。这一切均取决于其对于输送介质物性有着优越的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好的解决普通容积泵所面临的气蚀、气锁、砂卡问题，达到很高的效率。 二．螺杆泵的分类 螺杆泵按螺杆数量分为。 单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵。 双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。 2.1单螺杆泵 是一种单螺杆式输运泵,它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转,另一方面它又沿衬套内表面滚动,于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周,密封腔内的液体向前推进一个螺距,随着螺杆的连续转动,液体螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔,最后挤出泵体。螺杆泵是一种新型的输送液体的机械,具有结构简单、工作安全可靠、使用维修方便、出液连续均匀、压力稳定等优点。一种利用螺杆的旋转来吸排液体的泵，它最适于吸排黏稠液体。多螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。 2.2双螺杆泵和多螺杆泵 下面以三螺杆为例：它主要是由固定在泵体中的衬套(泵缸)以及安插在泵缸中的主动螺杆和与其啮合的两根从动螺杆所组成。三根互相啮合的螺杆，在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔，造成吸排口之间的密封。 泵工作时，由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称啮合，故作用在主动螺杆上的径向力完全平衡，主动螺杆不承受弯曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承，因此，不需要在外端另设轴承，基本上也不承受弯曲负荷。在运行中，螺杆外圆表面和泵缸内壁之间形成的一层油膜，可防止金属之间的直接接触，使螺杆齿面的磨损大大减少。
动态平衡受力分析专题 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
专题动态平衡中的三力问题图解法分析动态平衡 在有关物体平衡的问题中，有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。根据现行高考要求，物体受到往往是三个共点力问题，利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点，许多同学因不能掌握其规律往往无从下手，许多参考书的讨论常忽略几中情况，笔者整理后介绍如下。 方法一：三角形图解法。 特点：三角形图象法则适用于物体所受的三个力中，有一力的大小、方向均不变（通常为重力，也可能是其它力），另一个力的方向不变，大小变化，第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法：先正确分析物体所受的三个力，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长，根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时，这个闭合三角形总是存在，只不过形状发生改变而 已，比较这些不同形状的矢量三角形，各 力的大小及变化就一目了然了。 例如图1所示，一个重力G的匀质球放在 光滑斜面上，斜面倾角为α，在斜面上有 一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处 于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢 增大，问：在此过程中，挡板和斜面对球的压力大小如何变化 解析：取球为研究对象，如图1-2所示，球受重力G、斜面支持力F1、挡板支持力F2。因为球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，将三个力矢量构成封闭的三角形。F1的方向不变，但方向不变，始终与斜面垂直。F2的大小、方向均改变，随着挡板逆时针转动时，F2的方向也逆时针转动，动态矢量三角形图1-3中一画出的一系列虚线表示变化的F2。由此可知，F2先减小后增大，F1随β增大而始终减小。 同种类型：例所示，小球被轻质细绳系着，斜吊着放在光滑斜面上，小 球质量为m，斜面倾角为θ，向右缓慢推动斜面，直到细线与斜面平 行，在这个过程中，绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况（答 案：绳上张力减小，斜面对小球的支持力增大） 方法二：相似三角形法。 特点：相似三角形法适用于物体所受的三个力中，一个力大小、方向不变，其它二个力的方向均发生变化，且三个力中没有二力保持垂直关系，但可以找到力构成的矢量三角形相似的几何三角形的问题 原理：先正确分析物体的受力，画出受力分析图，将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形，再寻找与力的三角形相似的几何三角形，利用相似三角形的性质，建立比例关系，把力的大小变化问题转化为几何三角形边长的大小变化问题进行讨 论。 例2．一轻杆BO，其O端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO 上，B端挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A处的光滑 小滑轮，用力F拉住，如图2-1所示。现将细绳缓慢往左 拉，使杆BO与杆A O间的夹角θ逐渐减少，则在此过程中， 拉力F及杆BO所受压力F N的大小变化情况是( ) A．F N先减小，后增大始终不变 C．F先减小，后增大始终不变
抽油杆柱下部失稳分析与加重杆设计方法 时间：2011-04-14 09:38:10.0 作者：网络来源：网络转摘 在有杆泵抽油过程中，抽油杆柱下行过程中受到阻力。在其下部自重不能抵消阻力，处于受压状态。当压力增大到一定程度时，抽油杆发生弯曲变形，这种弯曲变形在油管内径的约束下，呈螺旋状。杆柱失稳弯曲至少有三方面的危害：①增大冲程损失，降低泵效； ②增加超应力破坏的机会；③增大杆管间的磨损，容易造成抽油杆断脱和油管漏失。 一、抽油杆柱受压段分析 抽油杆柱下部在下行过程中受到的阻力被一定长度的杆柱重量抵消，杆柱上出现一个中和点，中和点以下杆柱处于受压状态。自中和点向下抽油杆压应力逐渐增大，在其下端达到最大。受压应力变化的影响，受压杆段发生三种形态的过渡。靠近中和点部分由于杆柱的刚度和较小的压应力，杆柱保持挺直，不会弯曲。向下随着压应力的增大，抽油杆发生弹性弯曲变形。再向下，当压应力超过弹性极限后，杆柱将发生不可恢复的塑性弯曲变形。当然，如果下行时阻力不够大，或者抽油杆的材料、结构性能较好，杆柱就可能不存在塑性变形段或弹性变形段。由于杆柱最下端压应力最大，所以靠近下端是杆柱最容易受到失稳弯曲变形破坏的薄弱部分。这部分的螺旋状弯曲变形最大，螺距最短。 以前，人们认为，杆柱下行时，下端受到的阻力主要包括，液流通过游动阀的阻力和柱塞与泵筒间的摩擦力。但是，通过分析，阻力并不仅此两项，在杆柱下端面还受到向上的浮力。 1.液流阻力 液流阻力来源于液流通过游动阀时发生的水头损失作用于柱塞和阀座孔间的环行面积的力。 Pv = nk·Δpv·(F - fo) 其中，Δpv = hv·ρl·g ω = 2πn/60 μ = f(Re) 分析以上关系式，可以看出： ⑴.随着νl值增大，Re减小，μ减小，hv减小，Pv增大，即液流阻力Pv与液体的运动粘度νl成正比。 ⑵.随着F增大，一方面（F-fo）增大（对于标准游动阀，F/fo的值近似常数，为(D/do)2≈22=4）, Pv增大；另一方面do增大，Re增大，使Pv减小。通过实例计算表明，随着泵径D的增大，液流阻力Pv静增大。 ⑶.随着S*n值增大，Vo增大，hv增大，但同时Re增大，μ增大，使hv减小，通过实例计算表明，随着抽汲速度（由冲程S和冲次n 决定）的增大，通过游动阀的局部水力损失hv静增大，进而使液流阻力Pv增大。 2．柱塞摩擦力 柱塞和衬套间的半干摩擦力采用文献[1]推荐公式计算。 3．浮力
φ95mm有杆抽油泵失效分析及预防措施 摘要根据胜坨油田近几年采用φ95mm有杆抽油泵提液的实践，分析了造成这种抽油泵失效的原因，包括与其配套的脱节器失效、抽油杆断脱、泵漏、电动机不配套和生产管理不善等。为增强泵的提液能力和工作可靠性，提出5 项预防措施：(1)选择有充足供液能力的油井；(2)在保持相同泵效的情况下，泵的沉没度应略大于小泵，推荐按450～500m设计；(3)采用H级超高强度抽油杆柱，并在杆柱底部配置一定重量的加重杆；(4)采用长冲程、低冲次的参数匹配，推荐光杆冲程大于5m，冲次小于6min-1；(5)为提高泵筒、活塞和阀座的防腐耐磨性，推荐采用“氧化锆阀球和阀座+喷焊柱塞+氮化泵筒”的结构形式。 主题词有杆抽油泵失效原因预防措施 Huang Richeng(Shengli Oil Production Plant, Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province). Failure analysis and precautions for φ95mm subsurface sucker rod pump. CPM, 1999, 27(3): 22～24 Based on the practice of the use of φ95mm subsurface sucker rod pump in Shengtuo Oilfield in recent years, the causes of the failure of the pump are analyzed, and relevant precautions are put forward: (1)selecting oil wells with sufficient fluid supply for pumping; (2)under the condition of the pump efficiency being the same, the submergence depth of the pump being somewhat larger than that of the small pump, and 450～500m being feasible; (3)adopting Grade H ultrahigh-strength rod string and fixing a sinker bar at the bottom of the rod string; (4)selecting long stroke and low pumping speed, and more than 5m stroke and less than 6min-1 pumping speed being recommended; (5)adopting zirconium oxide valve ball and seat ＋spray welded plunger ＋ nitrided barrel. Subject Concept Terms subsurface sucker rod pump failure cause preventive measure 胜坨油田综合含水率已超过94%，在“八五”期间及“九五”的前两年，提液的主要设备是电潜泵。到1997年底，全油田有电潜泵井526口，日产液量123646t，占全部液量的79.8%；日产油量5832t，占全部油量的67.5%。随着采油成本控制意识的强化，“经济油”已成为油田开发的追求目标，因此，提液工艺的经济性也已成为决策者考虑的主要问题。胜坨油田在“七五”和“八五”期间开展了大量的φ95mm有杆抽油泵提液试验，但工艺的可靠性差、有效期短的问题一直未能根本解决。1988年，该油田扩大有杆抽油泵应用规模，通过对配套工具的改进，在增强提液能力和延长有效生产周期方面都取得了较好效果。 φ95mm有杆抽油泵应用水平评价 1998年初，通过推广使用压缩式泄油器，从根本上解决了泄油器失效问题；推广H级超高强度抽油杆，使下泵深度比“七五”期间增加200～300m；对脱节器材质和热处理工艺的改进，使有效生产周期延长了近50天。截止1998年5月，全油田共开φ95mm有杆抽油泵井42口，其中将电潜泵改为φ95mm有杆抽油泵的井25口，泵径升级井17口。42口井的主要运行指标如下。 (1)单井产量平均单井日产液量为146.4t，单井日产油量为 6.93t，综合含水率为95.26%。 (2)检泵周期通过对42口井中的15口作业油井解剖分析，作业30次，完整检泵周期为195天。 (3)主要技术指标采用“14型游梁机+H级超高强度杆”系统，平均泵深843.1m，最大下泵深度达到