采油單螺桿泵設(shè)計與加工研究

葉立濤、王延輝、王彬(勝利油田孤島采油廠孤—油藏管理區(qū)注采管理108 站 山東東營 257231)

螺桿泵作為一種重要的輸送方式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在上個世紀八十年代， 螺桿泵作為重要的液體舉升設(shè)備被應(yīng)用到石油領(lǐng)域中，隨著螺桿泵制造工藝和技術(shù)的不斷發(fā)展，螺桿泵被廣泛應(yīng)用到稠油和含砂油藏的開發(fā)， 同時應(yīng)用到水平井和定向井的比例也在大幅度的增加。 螺桿泵經(jīng)過不斷的改進，其應(yīng)用的范圍也在不斷的擴大。 采油單螺桿泵是隨著螺桿泵技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展起來的， 采油單螺桿泵技術(shù)已經(jīng)在國外各油田得到的廣泛的應(yīng)用和發(fā)展， 采油單螺桿的工作井深可以達到兩千五百米以上，而且系統(tǒng)的效率一般都在百分之六十五以上，定子的壽命也非常的高，地面驅(qū)動設(shè)備的工作壽命也很高。 因此采油單螺桿泵具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。

一、采油單螺桿泵工作過程分析

采油單螺桿泵系統(tǒng)主要分為兩種類型， 一個是地面驅(qū)動的單螺桿泵系統(tǒng)，另外一個是潛油單螺桿系統(tǒng)。 地面驅(qū)動螺桿泵主要分為地面的動力驅(qū)動裝置，和井下采油裝置兩部分。 在工作的過程中，由地面的動力部分，經(jīng)過一定的減速裝置減速后，地面動力部分開始為抽油桿提供旋轉(zhuǎn)的動力， 地面扭矩經(jīng)過抽油桿的傳遞，傳遞到抽油桿底部的萬向節(jié)，萬向節(jié)與單螺桿泵的轉(zhuǎn)子相連，萬向節(jié)轉(zhuǎn)動時會帶動螺桿泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子在工作的過程中既做自我的旋轉(zhuǎn)，又在做公轉(zhuǎn)運動。 從井底流出的液體從單螺桿泵的下部進入，經(jīng)過單螺桿泵的增壓作用后，從單螺桿泵的上部流出，液體經(jīng)過抽油桿柱向上運動，一直向上運動到地面。潛油螺桿泵的工作原理和地面驅(qū)動的螺桿泵的方式大體相同，主要的區(qū)別在于兩者驅(qū)動的位置不同， 地面驅(qū)動螺桿泵的動力驅(qū)動位置在地面，動力由地面的驅(qū)動裝置提供。 而潛油單螺桿泵的驅(qū)動裝置在井下，由井下的驅(qū)動裝置來驅(qū)動螺桿泵的運行，這種工作的方式和電潛泵的工作方式大致相同。 單螺桿泵在工作的過程中運動的部分主要包括定子和轉(zhuǎn)子兩個部分， 定子和轉(zhuǎn)子在工作的過程中存在相互的旋轉(zhuǎn)運動，定子在加工的過程中，將橡膠固定在鋼管的內(nèi)部，橡膠的形狀為螺旋類型，定子在工作時是不運動的。 轉(zhuǎn)子在工作過程中繞轉(zhuǎn)子的中心軸運動，轉(zhuǎn)子的材料為鋼質(zhì)材料，外形也為螺旋類型。 定子和轉(zhuǎn)子的螺旋面是相互共軛的，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的過程中，定子和轉(zhuǎn)子之間相互嚙合，實現(xiàn)了螺桿泵腔內(nèi)液體的運動，從而為井下的液體，提供向上的動力，從而實現(xiàn)液體的舉升。

二、采油單螺桿泵的設(shè)計與加工

采油單螺桿泵系統(tǒng)主要設(shè)備有，單螺桿泵動力驅(qū)動部分、油套管、單螺桿泵、保護裝置、動力源等部分組成，單螺桿泵采油效率的高低和工作的質(zhì)量，主要和單螺桿泵的工作狀態(tài)有關(guān)，如果單螺桿泵的工作性能狀態(tài)良好，工作的效率較高，則單螺桿泵工作的效率較高，整個采油系統(tǒng)的效率也隨之增高。 在螺桿泵工作的過程中，通過定子和轉(zhuǎn)子之間嚙合面的相互運動，對嚙合面形成的空間做功，推動空間的向上運動，從而實現(xiàn)了采油液體的向上舉升。 所以螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子嚙合面的嚙合質(zhì)量是整個螺桿泵系統(tǒng)的關(guān)鍵，如果定子和轉(zhuǎn)子在運動的過程中，嚙合的性能良好，則螺桿泵的工作效率就很高。 為了有效的提高單螺桿泵的工作效率，要做好單螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子嚙合曲線研究。 單螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子之間的嚙合曲線為一對共軛曲線， 在共軛曲線的確定過程中，先要將共軛曲線的骨線確定好，再將確定好的骨線向外做等距的處理，這樣就可以得到定子和轉(zhuǎn)子的共軛曲線。 通過包絡(luò)方法確定的螺桿結(jié)構(gòu)，其螺桿泵的排量是，定子和轉(zhuǎn)子截面積之間的差值，再和泵內(nèi)螺旋的導程相乘積，計算的結(jié)果就是單螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的排量。 單螺桿泵定子轉(zhuǎn)子曲線是由骨線做等距曲線之后得到的，這樣在工作過程中會存在著打扣的現(xiàn)象，如果打扣的問題較小， 利用定子橡膠的變形量就可以解決打扣的現(xiàn)象，但是如果打扣的現(xiàn)象嚴重，那么就不能用以上的方法解決，這樣就會影響到定子和轉(zhuǎn)子的配合，嚴重的降低了定子和轉(zhuǎn)子的運行效率。 而且由于打扣現(xiàn)象的存在，造成了螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子之間并不是標準的一對共軛副， 這樣就產(chǎn)生了定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦，這樣會降低單螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子的壽命。 擺線型定子和轉(zhuǎn)子曲線中，打扣的現(xiàn)象是不可避免，但是可以對共軛曲線進行分析，得到螺桿泵打扣現(xiàn)象的規(guī)律，從規(guī)律中找到降低打扣問題的措施，從而最大限度的降低打扣問題的影響，提高單螺桿泵的效率。

目前單螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子的加工主要是利用包絡(luò)法， 在加工的過程中，利用機床銑刀對工件的切削，利用刀具的運動包絡(luò)加工工件外部輪廓的方法。 將刀具的工作面近似看出一個圓弧，通過包絡(luò)加工的方法就可以得到螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子輪廓外形。如果螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子加工的精度不高， 會大大的降低單螺桿泵的工作性能， 例如如果定子軸加工精度不高， 定子的尺寸過大，會影響到定子和轉(zhuǎn)子的嚙合性能，降低了單螺桿泵的密封性能，這樣就會降低螺桿泵的揚程。 如果定子的尺寸偏小，定子和轉(zhuǎn)子之間的嚙合會發(fā)生相互干擾，導致螺桿泵運行的阻力增大，同時還會降低螺桿的工作壽命， 由此可見螺桿泵加工精度對于螺桿泵性能的影響較大， 通過研究新型的加工方法和研制高效的加工機床， 可以有效的提高螺桿泵的加工精度和單螺桿泵的運行效率。

[1] 張建偉. 井下采油單螺桿泵的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 石油機械,2000, 28(8)∶56－58.

[2] 師國臣. 采油螺桿泵工作特性分析及其配套技術(shù)研究[D].哈爾濱∶哈爾濱工業(yè)大學,2002.