1、1螺杆泵采油容积形态及腔室变化探析摘要：针对油田螺杆泵采油技术认识不足，影响现场应用效果等问题，采用理论计算及软件分析等方法，对采油过程中容积形态及腔室形成、数量变化、单级承压能力变化情况，进行了分析研究。 关键词：螺杆泵 容积形态 腔室形成 数量变化 承压能力 螺杆泵采油技术，具有系统效率高、成本低、可靠性好等优点，在大庆油田广泛应用。与国外相比，国产螺杆泵研究认识不足，导致现场检泵周期较短，适应性较差，不够完善，影响了螺杆泵采油技术的推广1。对此，采用理论计算及软件分析等方法，对螺杆泵采油容积形态及腔室变化进行了分析研究。 一、螺杆泵容积形态分析 1.螺杆泵转子在定子衬套中的运动 由于传动
2、轴限制了螺杆的轴向位移，因此转子在定子衬套的运动只是一个平面运动。在衬套的任意断面上，转子沿该断面的衬套长轴做直线往复运动。 绘制出 z=0 平面上衬套断面（z 轴由纸面指向下） 。将转子装进衬套后，转子本身轴线 O2z 离衬套中心线 Oz 距离 e，转子截面圆心 O1，转子轴心，也是转子动中心圆圆心为 O2，衬套截面圆心 O（图 1） 。 图 1 z=0 平面衬套断面 绘出同一转子衬套的任意断面 z。图中衬套长轴 OM 比 z=0 断面转2了角度 ，z=（T/2），即 =2z/T。式中：z 为 z 平面到 z=0 平面的距离；T 为定子导程（图 2） 。 图 2 z 平面衬套断面 规定定、转
3、子右旋，因为转子轴线处于同一位置，所以转子中心线O2 和动中心圆不变，但在断面 z 中，转子断面圆心沿动中心圆转过角度1 到 O3，z=（t/2）1。式中：t 为转子导程。T=2t。 所以有：1=2z/t=2。从 z=0 断面到任意 z 断面，转子转角为衬套转角的 2 倍。 2.容积形态分析 位于螺杆泵的出口，视线沿着定子轴心向下观察。在某一时刻，取任意衬套断面 z=0 处。规定定、转子右旋，即同一时刻，z=0 断面下方某断面 z 处的长轴相对于 z=0 做顺时针旋转。根据 1=2，因此以 15为单位，做出一个完整定子导程的不同位置断面图（图 3） 。 图 3 完整定子导程不同位置断面图 因此
4、，螺杆泵容积形态为：图 3 中所示断面叠加空间体，形成 1 个完整封闭腔室和 2 个不完整的局部腔室。 二、螺杆泵腔室形成及数量变化 1.腔室形成 将定子衬套简化为平行线，转子简化为正弦线，绘制定子导程 Z=3简化图（图 4） ，分 4 种条件，如下： 1.1 衬套长度为定子导程的整数倍，不存在非完整部分 1.2 非完整部分定子螺距，存在非完整部分 图 4 抽象分析简化图 图中可得种条件下一个周期内不同时刻封闭腔室数量，见表1。 表 1 封闭腔室数量变化表 设封闭腔室数 Zm，定子导程数 Z，由此可得： 、：闭合腔室产生、消失同时发生 、：闭合腔室产生、消失不同时发生 、：条件下：（封闭腔室产
5、生/消失瞬间） 、：条件下：（封闭腔室产生/消失瞬间） 2.单级承压能力分析 图 4 中，每个封闭腔室由两条点啮合组成的啮合线和线啮合组成的啮合线封闭而成。如 A 腔室是由 a、b、c 点处的线啮合线与空间曲线 abc及其相对称的两条点啮合线封闭而成。 设 Pa、Pb、Pc 为 A，B，C 腔的压力；Pim 为每一封闭腔室的密封压力，则： 结果表明，在 b 点的线啮合线密封能力是点啮合线密封能力的 2 倍。设 Pout 为泵出口压力，Pin 为泵入口压力，则： Pim 为相邻两封闭腔室压力差，其值与封闭腔室的数量有关。 规定 2Pim 为单级承压能力， 可得： 4三、结论 1.一个定子导程内容
6、积形态为：1 个封闭腔室及 2 个局部腔室。 2.腔室数量变化满足公式。 3.密封能力、单级承压能力满足公式。 4.上述结论阐明定转子所形成的容积形态、腔室数量、压力变化，补充完善了螺杆泵相关基础理论。 参考文献 1 陈国栋.薛建泉.蒋嫚 常规螺杆泵单级密封能力有限元分析J.内江科技，2012（1 期）：26. 2 赵艳涛 探讨螺杆泵井偏磨原因及治理对策J.黑龙江科技信息，2012（11 期）：58. 3 孔亮. 杨钊云.王帧元 螺杆泵采油技术的推广与可行性论证J.现代测量与实验室管理，2012（2 期）：109. 作者简介：李智（1987 年-） ，女，东北石油大学，主要从事采油工程及计量检定研究工作。
