螺桿泵是按迥轉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（轉子）和固定的襯套（定子）。由于定子和轉子的特殊幾何形狀，分別形成單獨的密封容腔，介質(zhì)在軸向被均勻推行流動(dòng)，內部流速低，容積保持不變，壓力穩定，因而不會(huì )產(chǎn)生渦流和攪動(dòng)。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用在出砂井和稠油井當中。

2、分類(lèi)

?按照螺桿數目分：

1）單螺桿泵——單根螺桿在泵體的內螺紋槽中嚙合轉動(dòng)的泵；

2）雙螺桿泵——由兩個(gè)螺桿相互嚙合輸送液體的泵；

3）多螺桿泵——由多個(gè)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(kāi)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年內作為一種人工舉升手段用于開(kāi)采稠油和含砂原油。它是一種容積泵，特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕，不會(huì )出現泵卡、氣鎖、被砂蠟垢等堵塞，不會(huì )形成乳化液。

4、螺桿泵工作原理

    井下螺桿泵由定子和轉子組成，當轉子在定子中偏心運動(dòng)時(shí)，轉子與定子嚙合形成一系列相距180度且被定轉子接觸線(xiàn)所密封的控室。隨著(zhù)轉子的轉動(dòng)，密封內腔體由泵的吸入端向排出端軸向移動(dòng)。例如，在泵的結構角度為0的剖面上，轉子轉動(dòng)0角度時(shí)，形成敞開(kāi)的一個(gè)腔室，當轉到180度，這個(gè)腔室封閉并形成一另一個(gè)新的敞開(kāi)腔室。當轉動(dòng)360度時(shí)，這新控室封閉又形成另一個(gè)新的敞開(kāi)腔室，

   也就是說(shuō)，只有當前一個(gè)腔室關(guān)閉后才能形成新的腔室。因此，當螺桿泵在井下液體中工作時(shí)，井下流體在泵吸入口壓力的作用下被壓入螺桿泵敞開(kāi)的腔室，并隨著(zhù)腔室的軸向移動(dòng)，不斷地排至泵出口。由于腔室是不斷移動(dòng)的，因此，螺桿泵又被形象地稱(chēng)為腔室進(jìn)動(dòng)泵（Progressing Cavity Pump，簡(jiǎn)稱(chēng)PCP）。

5、螺桿泵組成及作用

井下系統

  井下系統一般主要由定子、轉子、回轉筒、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(gè)關(guān)鍵部件，并直接影響到井下機組的壽命。定子制造質(zhì)量越高，井下機組的壽命就越長(cháng)。定子的作用就是提供轉子工作和液體抽汲的螺旋腔，其結構非常簡(jiǎn)單，由鋼制外殼和塑料／橡膠襯套內腔有雙螺旋、三螺旋、四螺旋甚至五螺旋、六螺旋，在相同尺寸下，螺旋數越多，泵的排量越高。

Ｂ、轉子

轉子的結構也非常簡(jiǎn)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(dòng)力和寫(xiě)定子形成密封腔。

Ｃ、回轉筒

回轉筒也就是一根內徑較大的油管或空心定子筒，接在定子的上部以給轉子和抽油桿桿柱以較大的回旋空間，防止轉子和抽油桿因偏心運動(dòng)磨擦磨損油管。

Ｄ、限位器

限位器為一個(gè)底部帶限位板和流通通道的短節，接在定子的尾部，其作用是施工作業(yè)時(shí)給轉子限位以防止下入過(guò)頭而失去作用和桿柱脫落時(shí)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(gè)抽油桿接箍之間。心軸也就是一要極短的抽油桿短節。扶正筒是一個(gè)內孔比心軸大１ＭＭ左右的空心塑料筒，外部有四個(gè)略比油管內徑小的扶正翼，采取澆注成型。扶正筒可以圍繞心軸轉動(dòng)，防止抽油桿旋轉時(shí)與內壁接觸而磨蝕油管，又可以讓流體通過(guò)。

Ｆ、抽油桿

所使用的抽油桿是常用的普通抽油桿、空心抽油桿和連續抽油桿，可根據油井確定。

Ｇ、定子扶正器

定子扶正器為有一定彈性的籠形裝罩，每一對由兩半構成，中間大、兩端小。作用是使定子居中和減小定子的擺動(dòng)。

Ｈ、錨定裝置

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

?三維模擬—井下驅動(dòng)式螺桿泵采油

6、地面驅動(dòng)系統

地面驅動(dòng)系統包括傳動(dòng)系統、傳動(dòng)頭和聯(lián)軸節總成三大部分。

Ａ、傳動(dòng)系統

Ｂ、傳動(dòng)頭

    傳動(dòng)頭實(shí)際上就是一個(gè)止推軸承箱，它直接安裝在井口上方，其作用有三個(gè)，一是承受抽油桿的軸向載荷，二是將傳動(dòng)系統的旋轉運動(dòng)傳遞給抽油桿系統，三是密封井口以防止井流物泄漏。

Ｃ、聯(lián)軸節

聯(lián)軸節是地面傳動(dòng)系統與傳動(dòng)頭的聯(lián)接機構，起聯(lián)接作用。

Ｄ、機械無(wú)級調速裝置

Ｅ、反轉制動(dòng)器

    當螺桿泵抽油時(shí)，抽油桿由于承受扭矩而處于扭矩變形狀態(tài)。當停機時(shí)，驅動(dòng)頭施加給抽油桿上端的扭矩消失，同時(shí)井下轉子也在定子中靜止不動(dòng)，因此導致驅動(dòng)頭處抽油桿倒轉，抽油桿有脫扣危險。反轉制動(dòng)器就是用于停機時(shí)防止抽油桿倒轉的機構。

7、地面控制系統

1. 潛油電機驅動(dòng)螺桿泵

   潛油電機驅動(dòng)螺桿泵是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的螺桿泵采油方式，其英文全稱(chēng)是Electric Submersible Progressing Cavity Pump 簡(jiǎn)稱(chēng)ESPCP。系統效率在５０％以上，比電潛泵高１倍，比普通螺桿泵高14％。它同時(shí)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(lái)越大。但存在著(zhù)調產(chǎn)不方便的缺點(diǎn)，由于它是容積泵且井下部分的轉速是一定的，其調產(chǎn)只能通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現。

   其與地面驅動(dòng)抽油桿傳動(dòng)螺桿泵存在的差別主要是：

1. 潛油電機　

   電機效率和功率因數較低，電機效率一般只有５０％，功率因數只有６０％左右。

2. 齒輪減速器

   是潛油螺桿泵的一個(gè)重要組成部分，也是它與電潛泵的一個(gè)區別標志，它位于電機之上。減速器的作用是把電機輸出的轉速降低到螺桿泵需要的轉速，轉速比可達３：１至９：１。

3. 保護器

   潛油螺桿泵保護器有兩個(gè)作用，一個(gè)是保護電機以防止井液進(jìn)入電機；另一個(gè)作用是潤滑保護減速器以帶走減速器的磨擦熱達到延長(cháng)壽命的目的，保護器內都充填電機油。為了降低成本，有的廠(chǎng)家將電機保護器和減速器保護器分開(kāi)，分別充填不同的介質(zhì)，電機保護器充填電機油，減速器保護器充填潤滑油。對于一體的保護器，都連接在減速器的上部，電機、保護器、減速器都采用同一種高性能電機油。對一于分體式保護器，電機和減速器有各自的保護器，位于電機之上，電機及保護器采用普通電潛泵電機油潤滑和冷卻；減速器保護器則接在減速器上部，減速器和保護器采用質(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(gè)關(guān)鍵部件，對延長(cháng)機組壽命起著(zhù)重要作用，它處在螺桿泵和減速器之間，其作用是消除轉子的偏心運動(dòng)和減振，保證其下的保護器、減速器和電機處于良好的同心運動(dòng)狀態(tài)。其結構簡(jiǎn)單，實(shí)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度的碳化鎢硬質(zhì)合金鋼。

5. 螺桿泵

   潛油螺桿泵機組所用螺桿泵在結構上基本相似，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

   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(kāi)腔室的流量大小與敞開(kāi)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(dòng)液面和泵吸入口的摩阻損失，則打開(kāi)一個(gè)敞開(kāi)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(gè)腔室所建立的壓差，井筒流體將全部充滿(mǎn)腔室，則螺桿泵可以達到其理論攝排量。

   當流體壓力降到蒸汽壓力以下，則出現氣蝕現象。如果一部分敞開(kāi)的腔室被流體的蒸汽所充滿(mǎn)，當腔室封閉、轉子施加正壓力后，蒸汽則凝析，會(huì )使泵出現脈動(dòng)和噪音。因此，為使泵能達到其理論排量和正常運轉，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(zhù)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

   螺桿泵的工作轉速通常為40至500r/min，為減少由于磨損而帶來(lái)的維修工作量，應當隨流體的磨蝕性增加而降低泵的轉速。研究表明，泵的磨損與流體流速成正比，但是低的轉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

   2.管柱脫落

    管柱脫落是自由式管柱結構經(jīng)常發(fā)生的一種現象，這是由于正常運轉時(shí)轉子旋轉對定子產(chǎn)生的摩擦扭矩方向實(shí)際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。當尾管很重時(shí)，還會(huì )出現螺紋擄扣。當管柱脫落時(shí)，通過(guò)作業(yè)重新連接好就能恢復生產(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。

   管柱脫落的故障現象是：運行電流很低，基本上是電機的空載電流，除了有一股一股的氣外，井口基本上無(wú)產(chǎn)液，正發(fā)循環(huán)時(shí)油套連通。

   減少管柱脫落的措施有：將油管上扣扭矩由原來(lái)的最佳值提高到最大值；采用油管螺紋墊片；定子上的裝卸短節采用防松螺紋連接；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)生的一種故障現象，表現為運行電流很低，井口也無(wú)產(chǎn)液，正反循環(huán)油套不連通，通過(guò)對扣或下入抽油桿打撈工具就可以進(jìn)行處理來(lái)恢復生產(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后抽油桿柱扭轉變形余能釋放引起桿柱反轉，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(gè)：一個(gè)是稠油井在長(cháng)時(shí)間關(guān)井后再啟泵時(shí)，啟動(dòng)扭矩特別大，把螺紋損壞了；一個(gè)是油特別稠，螺桿泵長(cháng)期在高扭矩下工作而把螺紋損壞；再有一個(gè)原因是定子部分脫膠，轉子轉不動(dòng)造成的。

   4.定子脫膠

   發(fā)生定子脫膠時(shí)，電機的運行電流特別大而出現過(guò)載停機，可能還伴隨抽油桿擰斷。從制造工藝角度來(lái)說(shuō)，定子脫膠的原因是定子粘接工藝不過(guò)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(lèi)原因引起的脫膠現象較少發(fā)生。從操作角度來(lái)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(guò)大，使得泵在壓差極限附近運轉而造成。

   5.定轉子過(guò)早磨損

   定轉子過(guò)早磨損主要是由于定轉子的間隙過(guò)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(guò)加抽油桿扶正器使抽油桿柱居中來(lái)減輕或消除，另一個(gè)原因是定轉子不同心及轉子的偏心運動(dòng)造成的，在定子以上加一節內徑較大的回轉筒即可避免。

9、常見(jiàn)的地面故障處理

1. 防倒轉裝置故障

   抽油桿的防倒轉裝置可能出現失靈現象，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(shí)，電機停機后會(huì )出現抽油桿反轉，嚴重時(shí)或問(wèn)題出現后未及時(shí)處理會(huì )引起抽油桿柱脫扣，因此，該故障一旦發(fā)現就應立即處理。

2. 機械調速裝置故障

   機械調速裝置經(jīng)常發(fā)生皮帶、調節爪磨損等故障，通過(guò)更換處理即可解決。當皮帶磨損斷裂后會(huì )出現電機轉而傳動(dòng)頭不轉的現象，電機運行電流非常接近空載電流。當調節爪磨損后，會(huì )出現通過(guò)調速手調轉速時(shí)轉速不發(fā)生變化。

3. 減速齒輪箱故障

   減速器齒輪箱常會(huì )出現缺油或齒輪油變質(zhì)等問(wèn)題，引起齒輪過(guò)早損壞，平時(shí)應勤檢查，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(shí)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。漏失嚴重時(shí)可以調整填料函的壓蓋、補充填料或更換填料。