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螺杆泵井低泵效原因及对策研究 第5页

更新时间:2009-2-25:  来源:毕业论文

螺杆泵井低泵效原因及对策研究 第5页
第3章 螺杆泵采油工作特性分析
3.1 螺杆泵的基本参数的确定
3.1.1 泵的理论排量
泵的每转排量为:
                              (3-1)
则泵的理论排量为:
                                          (3-2)
   式中    ——泵的理论排量,m3/d;
 ——螺杆的偏心距,m;
 ——螺杆的转速,r/min;
 ——螺杆截面的直径, m;
 ——衬套的导程, m;
 ——螺杆的螺距,m。
螺杆泵的实际排量为:
                                                       (3-3)
式中   ——泵的实际排量m3/d;
 ——容积效率。
3.1.2 泵的容积效率
 泵的实际排量 与理论排量 的比值,称为泵的容积效率,记作 ,用公式表达为:
                                                            (3-4)
泵的容积效率实质上是一个排量系数,它与泵的扬程、转子与定子间配合的过盈量、转子的转速以及举升液体的粘度等参数有关,是一个多变量函数。因此,目前泵的容积效率多用回归分析方法求其具体的表达式。
3.1.3 泵的扭矩
由于螺杆泵的吸入端和排出端存在压差,所以螺杆-衬套副中的液体将对螺杆施加力的作用。同时,定、转子间存在过盈量,将会使定、转子间产生磨擦阻力扭矩。
3.1.3.1 转子的有功扭矩
螺杆-衬套副将机械能转换为液体的压能,若不考虑损失,则由能量转换关系可得:
                                                     (3-8)
                                                  (3-9)
式中   ——转子的工作扭矩,N m;
       ——螺杆泵吸入端的压差,Pa。
3.1.3.2 定子与转子间的磨擦扭矩
由于螺杆泵定子与转子间存在过盈量,因此,当转子在定子内转动时,定子与转子间就产生磨擦。定子对转子施加磨擦扭矩的作用,其磨擦扭矩 计算式为:
                                              (3-10)
式中   ——定子与转子间的磨擦扭矩,N m;
       ——定子与转子间的磨擦系数;
 ——定子衬套橡胶的刚度,N/m;
 ——衬套橡胶在井下条件的胀容量,m;
 ——衬套橡胶的初使过盈量,m。
3.1.3.3 启动扭矩
螺杆泵的空载运转达扭矩一般很小,但长时间静止的螺杆泵启动时需要的扭矩却非常大,为空载运转进扭矩的20-30倍,为满载工作时扭矩的2-3倍。启动扭矩的大小,与螺杆泵密封线的长度、定转子间的过盈量以及橡胶的硬度和工作压力有关,还与静止时间长短以及磨擦面的粗糙度有关。级数越多、粗糙度越大、橡胶硬度越高,以及定、转子间过盈量越大、泵的工作压力越高,泵的启动扭矩也就越大。
从使用的角度出发,就应该尽量减少泵在长时间静止后启动;从设计制造的角度出发,应适当降低橡胶的硬度和过盈量,关选用使转子和定子橡胶磨擦系数较小的涂渡材料。同时,降低转子和定子表面粗糙度也是十分重要的。
3.2 螺杆泵工作特征曲线及其影响因素
3.2.1 螺杆泵工作特性曲线[8]
螺杆泵工作特征曲线是反映螺杆泵容积效率、扭矩、系统效率与举升高度之间的关系曲线,也可称作螺杆泵的外特性曲线,它可以通过在室内检测试验装置上,模拟井下工况而得到。螺杆泵工作特征曲线有三条曲线组成(如图3-1所示):
①容积效率( )曲线——容积效率与扬程( )的关系曲线;
②扭矩( )曲线——转子扭矩与扬程( )的关系曲线;
③系统效率( )曲线——系统效率与扬程( )的关系曲线。

 
图3-1 螺杆泵工作特性曲线

3.2.2 螺杆泵工作特性的影响因素
影响螺杆泵特性因素很多,这里对定转子自身的过盈量、转子的转速和转子直径、导程和部分外界因素进行分析。
3.2.2.1 螺杆泵自身因素分析
(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,就必须使用定、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。
不同的过盈量容积效率差别很大,因而将严重影响泵的系统效率。一方面,过盈量大可获得较高的泵效,但是抽油杆的扭矩增加,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,过盈量不虽然不易出现上述问题,但泵的容积效率过低,将降低泵的系统效率。因此,要对过盈量进行全理的选择。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量值。
(2)转子转速的影响。螺杆泵转速对螺杆泵抽油系统影响较大,提高螺杆泵的转速有其有利的地方,也有不利的地方。
提高螺杆泵转速的有利因素:
 ①螺杆泵转速越高,泵效越高。螺杆泵的工作特性,有柱塞泵硬特性的特点,也有离心泵软特性的特点。特别是在泵漏失比较严重,其它条件不允许的情况下,提高泵转速可以提高泵效。
②螺杆泵转速越高,泵的举升压头越高。正常情况下,螺杆泵的压头与泵的级数和单级承压能力有关。泵的级数越多,单级承压能力越大,泵的举升压杀越大。提高单级承压能力,必须增加泵的过盈量,这样会增加摩阻,降低螺杆泵抽油系统效率。而通过提高泵的转速可以提高泵的压头,在泵的举升压头不够时或潜力较小时,可通过提高泵的转速提高泵的压头。
③泵的转速越高,泵的理论排量越大。但是,转速越高,抽油杆的离心力就越大,抽油杆的弯曲震动就越严重,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。因此转子转速也不宜过高。一般国外推荐200-400r/min。国内油田多数用在100-300r/min。视具体情况而定,若压头、泵效太低时,大泵浅油井排量不够时,泵的举升压头较小时,可适当提高泵的转速(250-350r/min),深井、小排量、低含水供液不足井应选用60-150r/min,
④在压头相同、排量相同的条件下,高转速扭矩小。
提高螺杆泵转速的不利因素:
①螺杆泵转速越高,增加螺杆泵定转子的磨损。
②转速越高,单位长度内定转子间的生热量越大,引起橡胶热胀,定转子之间的扭矩增加,整个抽油系统的负荷上升。
③螺杆泵转速大,抽油系统抽油杆与油管的摩擦力增大,加剧油管、抽油杆的磨损。
④螺杆泵转速提高,杆管系统受力的疲劳程度增加。地面驱动装置受力条件

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