采油单螺杆泵设计与加工研究

叶立涛、王延辉、王彬(胜利油田孤岛采油厂孤—油藏管理区注采管理108 站 山东东营 257231)

螺杆泵作为一种重要的输送方式已经得到了广泛的应用，在上个世纪八十年代， 螺杆泵作为重要的液体举升设备被应用到石油领域中，随着螺杆泵制造工艺和技术的不断发展，螺杆泵被广泛应用到稠油和含砂油藏的开发， 同时应用到水平井和定向井的比例也在大幅度的增加。 螺杆泵经过不断的改进，其应用的范围也在不断的扩大。 采油单螺杆泵是随着螺杆泵技术的不断发展而发展起来的， 采油单螺杆泵技术已经在国外各油田得到的广泛的应用和发展， 采油单螺杆的工作井深可以达到两千五百米以上，而且系统的效率一般都在百分之六十五以上，定子的寿命也非常的高，地面驱动设备的工作寿命也很高。 因此采油单螺杆泵具有广阔的应用开发前景。

一、采油单螺杆泵工作过程分析

采油单螺杆泵系统主要分为两种类型， 一个是地面驱动的单螺杆泵系统，另外一个是潜油单螺杆系统。 地面驱动螺杆泵主要分为地面的动力驱动装置，和井下采油装置两部分。 在工作的过程中，由地面的动力部分，经过一定的减速装置减速后，地面动力部分开始为抽油杆提供旋转的动力， 地面扭矩经过抽油杆的传递，传递到抽油杆底部的万向节，万向节与单螺杆泵的转子相连，万向节转动时会带动螺杆泵的转子转动，转子在工作的过程中既做自我的旋转，又在做公转运动。 从井底流出的液体从单螺杆泵的下部进入，经过单螺杆泵的增压作用后，从单螺杆泵的上部流出，液体经过抽油杆柱向上运动，一直向上运动到地面。潜油螺杆泵的工作原理和地面驱动的螺杆泵的方式大体相同，主要的区别在于两者驱动的位置不同， 地面驱动螺杆泵的动力驱动位置在地面，动力由地面的驱动装置提供。 而潜油单螺杆泵的驱动装置在井下，由井下的驱动装置来驱动螺杆泵的运行，这种工作的方式和电潜泵的工作方式大致相同。 单螺杆泵在工作的过程中运动的部分主要包括定子和转子两个部分， 定子和转子在工作的过程中存在相互的旋转运动，定子在加工的过程中，将橡胶固定在钢管的内部，橡胶的形状为螺旋类型，定子在工作时是不运动的。 转子在工作过程中绕转子的中心轴运动，转子的材料为钢质材料，外形也为螺旋类型。 定子和转子的螺旋面是相互共轭的，转子在旋转的过程中，定子和转子之间相互啮合，实现了螺杆泵腔内液体的运动，从而为井下的液体，提供向上的动力，从而实现液体的举升。

二、采油单螺杆泵的设计与加工

采油单螺杆泵系统主要设备有，单螺杆泵动力驱动部分、油套管、单螺杆泵、保护装置、动力源等部分组成，单螺杆泵采油效率的高低和工作的质量，主要和单螺杆泵的工作状态有关，如果单螺杆泵的工作性能状态良好，工作的效率较高，则单螺杆泵工作的效率较高，整个采油系统的效率也随之增高。 在螺杆泵工作的过程中，通过定子和转子之间啮合面的相互运动，对啮合面形成的空间做功，推动空间的向上运动，从而实现了采油液体的向上举升。 所以螺杆泵定子和转子啮合面的啮合质量是整个螺杆泵系统的关键，如果定子和转子在运动的过程中，啮合的性能良好，则螺杆泵的工作效率就很高。 为了有效的提高单螺杆泵的工作效率，要做好单螺杆泵定子和转子啮合曲线研究。 单螺杆泵定子和转子之间的啮合曲线为一对共轭曲线， 在共轭曲线的确定过程中，先要将共轭曲线的骨线确定好，再将确定好的骨线向外做等距的处理，这样就可以得到定子和转子的共轭曲线。 通过包络方法确定的螺杆结构，其螺杆泵的排量是，定子和转子截面积之间的差值，再和泵内螺旋的导程相乘积，计算的结果就是单螺杆泵转子旋转一圈的排量。 单螺杆泵定子转子曲线是由骨线做等距曲线之后得到的，这样在工作过程中会存在着打扣的现象，如果打扣的问题较小， 利用定子橡胶的变形量就可以解决打扣的现象，但是如果打扣的现象严重，那么就不能用以上的方法解决，这样就会影响到定子和转子的配合，严重的降低了定子和转子的运行效率。 而且由于打扣现象的存在，造成了螺杆泵定子和转子之间并不是标准的一对共轭副， 这样就产生了定子和转子之间的摩擦，这样会降低单螺杆泵定子和转子的寿命。 摆线型定子和转子曲线中，打扣的现象是不可避免，但是可以对共轭曲线进行分析，得到螺杆泵打扣现象的规律，从规律中找到降低打扣问题的措施，从而最大限度的降低打扣问题的影响，提高单螺杆泵的效率。

目前单螺杆泵定子和转子的加工主要是利用包络法， 在加工的过程中，利用机床铣刀对工件的切削，利用刀具的运动包络加工工件外部轮廓的方法。 将刀具的工作面近似看出一个圆弧，通过包络加工的方法就可以得到螺杆泵定子和转子轮廓外形。如果螺杆泵定子和转子加工的精度不高， 会大大的降低单螺杆泵的工作性能， 例如如果定子轴加工精度不高， 定子的尺寸过大，会影响到定子和转子的啮合性能，降低了单螺杆泵的密封性能，这样就会降低螺杆泵的扬程。 如果定子的尺寸偏小，定子和转子之间的啮合会发生相互干扰，导致螺杆泵运行的阻力增大，同时还会降低螺杆的工作寿命， 由此可见螺杆泵加工精度对于螺杆泵性能的影响较大， 通过研究新型的加工方法和研制高效的加工机床， 可以有效的提高螺杆泵的加工精度和单螺杆泵的运行效率。

[1] 张建伟. 井下采油单螺杆泵的现状及发展[J]. 石油机械,2000, 28(8)∶56－58.

[2] 师国臣. 采油螺杆泵工作特性分析及其配套技术研究[D].哈尔滨∶哈尔滨工业大学,2002.