螺杆泵是按迥转啮合容积式原理工作的新型泵种，其主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。由于定子和转子的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，内部流速低，容积保持不变，压力稳定，因而不会产生涡流和搅动。除此之外，螺杆泵的定子选用多种弹性材料糅合制成，在高粘度流体、含有硬质悬浮颗粒介质或含有纤维介质的输送方面，与一般泵种相比具有明显优势，因此螺杆泵被广泛应用在出砂井和稠油井当中。

2、分类

►按照螺杆数目分：

1）单螺杆泵——单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵；

2）双螺杆泵——由两个螺杆相互啮合输送液体的泵；

3）多螺杆泵——由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。

►按螺杆吸入方式分：

1）单吸式：介质从螺杆一端吸入，从另一端排出；

2）双吸式：介质从螺杆两端吸入，从中间排出。

3、按照泵轴位置分：卧式泵、立式泵。

3、螺杆泵采油的特点

     螺杆泵是开采稠油和含砂原油的一种很好的手段，其容积效率随原油粘度升高而升高，不象离心泵那样随原油粘度升高泵效急剧下降。法国MAPE公司生产的螺杆泵可以在含砂量高达60％的井况下正常工作。    

     螺杆泵于1930年发明后主要用于工业领域泵送粘稠液体，在近20年内作为一种人工举升手段用于开采稠油和含砂原油。它是一种容积泵，特点是结构简单、尺寸小、重量轻，不会出现泵卡、气锁、被砂蜡垢等堵塞，不会形成乳化液。

4、螺杆泵工作原理

    井下螺杆泵由定子和转子组成，当转子在定子中偏心运动时，转子与定子啮合形成一系列相距180度且被定转子接触线所密封的控室。随着转子的转动，密封内腔体由泵的吸入端向排出端轴向移动。例如，在泵的结构角度为0的剖面上，转子转动0角度时，形成敞开的一个腔室，当转到180度，这个腔室封闭并形成一另一个新的敞开腔室。当转动360度时，这新控室封闭又形成另一个新的敞开腔室，

   也就是说，只有当前一个腔室关闭后才能形成新的腔室。因此，当螺杆泵在井下液体中工作时，井下流体在泵吸入口压力的作用下被压入螺杆泵敞开的腔室，并随着腔室的轴向移动，不断地排至泵出口。由于腔室是不断移动的，因此，螺杆泵又被形象地称为腔室进动泵（Progressing Cavity Pump，简称PCP）。

5、螺杆泵组成及作用

井下系统

  井下系统一般主要由定子、转子、回转筒、限位器、抽油杆、抽油杆扶正器、定子扶正器、尾管、封隔器、锚定装置等组成。

Ａ、定子

定子是螺杆泵的一个关键部件，并直接影响到井下机组的寿命。定子制造质量越高，井下机组的寿命就越长。定子的作用就是提供转子工作和液体抽汲的螺旋腔，其结构非常简单，由钢制外壳和塑料／橡胶衬套内腔有双螺旋、三螺旋、四螺旋甚至五螺旋、六螺旋，在相同尺寸下，螺旋数越多，泵的排量越高。

Ｂ、转子

转子的结构也非常简单，主体是钢制杆件，一般外涂耐磨耐蚀的铬合金材料。其作用是传递动力和写定子形成密封腔。

Ｃ、回转筒

回转筒也就是一根内径较大的油管或空心定子筒，接在定子的上部以给转子和抽油杆杆柱以较大的回旋空间，防止转子和抽油杆因偏心运动磨擦磨损油管。

Ｄ、限位器

限位器为一个底部带限位板和流通通道的短节，接在定子的尾部，其作用是施工作业时给转子限位以防止下入过头而失去作用和杆柱脱落时防止杆柱掉入井底。

Ｅ、抽油杆扶正器

抽油杆扶正器由心轴和扶正筒组成，它接在两根抽油杆之间，被卡在两个抽油杆接箍之间。心轴也就是一要极短的抽油杆短节。扶正筒是一个内孔比心轴大１ＭＭ左右的空心塑料筒，外部有四个略比油管内径小的扶正翼，采取浇注成型。扶正筒可以围绕心轴转动，防止抽油杆旋转时与内壁接触而磨蚀油管，又可以让流体通过。

Ｆ、抽油杆

所使用的抽油杆是常用的普通抽油杆、空心抽油杆和连续抽油杆，可根据油井确定。

Ｇ、定子扶正器

定子扶正器为有一定弹性的笼形装罩，每一对由两半构成，中间大、两端小。作用是使定子居中和减小定子的摆动。

Ｈ、锚定装置

对于没有封隔器的井和泵挂深度浅的井，用于固定定子、消除摆动和防止定子脱扣。采用普通的锚定装置即可。

►三维模拟—井下驱动式螺杆泵采油

6、地面驱动系统

地面驱动系统包括传动系统、传动头和联轴节总成三大部分。

Ａ、传动系统

Ｂ、传动头

    传动头实际上就是一个止推轴承箱，它直接安装在井口上方，其作用有三个，一是承受抽油杆的轴向载荷，二是将传动系统的旋转运动传递给抽油杆系统，三是密封井口以防止井流物泄漏。

Ｃ、联轴节

联轴节是地面传动系统与传动头的联接机构，起联接作用。

Ｄ、机械无级调速装置

Ｅ、反转制动器

    当螺杆泵抽油时，抽油杆由于承受扭矩而处于扭矩变形状态。当停机时，驱动头施加给抽油杆上端的扭矩消失，同时井下转子也在定子中静止不动，因此导致驱动头处抽油杆倒转，抽油杆有脱扣危险。反转制动器就是用于停机时防止抽油杆倒转的机构。

7、地面控制系统

1. 潜油电机驱动螺杆泵

   潜油电机驱动螺杆泵是近几年发展起来的一种新型的螺杆泵采油方式，其英文全称是Electric Submersible Progressing Cavity Pump 简称ESPCP。系统效率在５０％以上，比电潜泵高１倍，比普通螺杆泵高14％。它同时具有普通螺杆泵和电潜泵的优点，而又克服了它们的缺点，其系统效率高、适用于稠油、不造成原油乳化、管理方便，在稠油和含砂原油生产中的作用和所占比例越来越大。但存在着调产不方便的缺点，由于它是容积泵且井下部分的转速是一定的，其调产只能通过变频器来实现。

   其与地面驱动抽油杆传动螺杆泵存在的差别主要是：

1. 潜油电机　

   电机效率和功率因数较低，电机效率一般只有５０％，功率因数只有６０％左右。

2. 齿轮减速器

   是潜油螺杆泵的一个重要组成部分，也是它与电潜泵的一个区别标志，它位于电机之上。减速器的作用是把电机输出的转速降低到螺杆泵需要的转速，转速比可达３：１至９：１。

3. 保护器

   潜油螺杆泵保护器有两个作用，一个是保护电机以防止井液进入电机；另一个作用是润滑保护减速器以带走减速器的磨擦热达到延长寿命的目的，保护器内都充填电机油。为了降低成本，有的厂家将电机保护器和减速器保护器分开，分别充填不同的介质，电机保护器充填电机油，减速器保护器充填润滑油。对于一体的保护器，都连接在减速器的上部，电机、保护器、减速器都采用同一种高性能电机油。对一于分体式保护器，电机和减速器有各自的保护器，位于电机之上，电机及保护器采用普通电潜泵电机油润滑和冷却；减速器保护器则接在减速器上部，减速器和保护器采用质量更高的齿轮润滑剂。

4. 挠性轴

   挠性轴是潜油螺杆泵的一个关键部件，对延长机组寿命起着重要作用，它处在螺杆泵和减速器之间，其作用是消除转子的偏心运动和减振，保证其下的保护器、减速器和电机处于良好的同心运动状态。其结构简单，实质上就是一根挠性很好的短轴，能够承受很高的轴向和径向载荷及扭矩。其径向推力轴承采用高强度的碳化钨硬质合金钢。

5. 螺杆泵

   潜油螺杆泵机组所用螺杆泵在结构上基本相似，差别仅在于连接方式，普通螺杆泵采用的是螺纹连接，而潜油螺杆泵采用的是法兰螺栓连

   8、螺杆泵井工况分析及故障处理

   1、井下螺杆泵的工况，即井筒流体进入敞开腔室的流量大小与敞开腔室的压差和流体粘度等因素有关。

   Ａ、压差对工况的影响

    如果忽略流体的蒸汽压力、井筒动液面和泵吸入口的摩阻损失，则打开一个敞开的腔室所建立的Z大生产压差为0.1Mpa，只要在吸入口及腔室之间的压降小于形成一个腔室所建立的压差，井筒流体将全部充满腔室，则螺杆泵可以达到其理论摄排量。

   当流体压力降到蒸汽压力以下，则出现气蚀现象。如果一部分敞开的腔室被流体的蒸汽所充满，当腔室封闭、转子施加正压力后，蒸汽则凝析，会使泵出现脉动和噪音。因此，为使泵能达到其理论排量和正常运转，要求流体压力大于其蒸汽压力，并且吸入压降小于0.1Mpa。

   Ｂ、流体粘度对工况的影响

   随着流体粘度的增加，由于产生较高的压降使泵的排量下降。

   Ｃ、泵磨损影响

   螺杆泵的工作转速通常为40至500r/min，为减少由于磨损而带来的维修工作量，应当随流体的磨蚀性增加而降低泵的转速。研究表明，泵的磨损与流体流速成正比，但是低的转速对井下泵的使用寿命又产生不利的影响。

   故障处理

   井下故障处理

   2.管柱脱落

    管柱脱落是自由式管柱结构经常发生的一种现象，这是由于正常运转时转子旋转对定子产生的摩擦扭矩方向实际上是定子及油管的连接螺纹的卸扣方向，如果摩擦力矩大于油管扣的上扣扭矩，油管就脱扣。当尾管很重时，还会出现螺纹掳扣。当管柱脱落时，通过作业重新连接好就能恢复生产。如果未发生螺纹掳扣，可以采取对扣方式打捞，如果发生掳扣，必须下打捞工具进行打捞。

   管柱脱落的故障现象是：运行电流很低，基本上是电机的空载电流，除了有一股一股的气外，井口基本上无产液，正发循环时油套连通。

   减少管柱脱落的措施有：将油管上扣扭矩由原来的Z佳值提高到Z大值；采用油管螺纹垫片；定子上的装卸短节采用防松螺纹连接；采用油管锚或张力封隔器固定螺杆泵。

   3.杆柱脱落

   杆柱脱落也是螺杆泵常发生的一种故障现象，表现为运行电流很低，井口也无产液，正反循环油套不连通，通过对扣或下入抽油杆打捞工具就可以进行处理来恢复生产。抽油杆脱落也有两种情况，一是脱扣，一是掳扣。造成脱扣的原因是停机后抽油杆柱扭转变形余能释放引起杆柱反转，可以采取在地面和抽油杆柱上安装防倒装置进行防止。造成杆柱掳扣的原因有三个：一个是稠油井在长时间关井后再启泵时，启动扭矩特别大，把螺纹损坏了；一个是油特别稠，螺杆泵长期在高扭矩下工作而把螺纹损坏；再有一个原因是定子部分脱胶，转子转不动造成的。

   4.定子脱胶

   发生定子脱胶时，电机的运行电流特别大而出现过载停机，可能还伴随抽油杆拧断。从制造工艺角度来说，定子脱胶的原因是定子粘接工艺不过关而造成橡胶与壳体粘接不牢，目前在浇注与粘接工艺改进后，这类原因引起的脱胶现象较少发生。从操作角度来讲，定子脱胶是由于操作条件与泵的性能不匹配，主要是由于压差和扭矩过大，使得泵在压差极限附近运转而造成。

   5.定转子过早磨损

   定转子过早磨损主要是由于定转子的间隙过小引起的。

   6.油管与抽油杆柱磨损

   油管与抽油杆柱磨损的原因一是因为井斜抽油杆贴在油管壁上引起的，可以通过加抽油杆扶正器使抽油杆柱居中来减轻或消除，另一个原因是定转子不同心及转子的偏心运动造成的，在定子以上加一节内径较大的回转筒即可避免。

9、常见的地面故障处理

1. 防倒转装置故障

   抽油杆的防倒转装置可能出现失灵现象，主要原因是由于防倒齿的固定环损坏所致。发生这种故障时，电机停机后会出现抽油杆反转，严重时或问题出现后未及时处理会引起抽油杆柱脱扣，因此，该故障一旦发现就应立即处理。

2. 机械调速装置故障

   机械调速装置经常发生皮带、调节爪磨损等故障，通过更换处理即可解决。当皮带磨损断裂后会出现电机转而传动头不转的现象，电机运行电流非常接近空载电流。当调节爪磨损后，会出现通过调速手调转速时转速不发生变化。

3. 减速齿轮箱故障

   减速器齿轮箱常会出现缺油或齿轮油变质等问题，引起齿轮过早损坏，平时应勤检查，定期加油或换油。

4. 填料函漏失

   填料函起密封光杆的作用，防止大量井流物漏出，平时有轻微漏失是正常的，可以起到润滑光杆和防止填料磨损加快作用。漏失严重时可以调整填料函的压盖、补充填料或更换填料。