螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其他抽油设备所不能替代的优越性，它一般适用于稠油、含砂、高含气井的开采，具有体积小、安装便捷、无污染、能耗低等易于推广的重要特征。近几年来随着高黏度原油的开采和三次采油的发展，螺杆泵采油得到了较大规模的应用，随之螺杆泵井的作业工作量也在不断地增加，作业技术也在不断地发展。

  螺杆泵采油系统按不同驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两大类。地面驱动螺杆泵主要有皮带传动和直接传动两种形式。井下驱动螺杆泵可分为电驱动和液压驱动两种形式，目前油田常用的是地面驱动井下单螺杆泵采油系统。下面以地面驱动井下单螺杆泵采油系统为例介绍其组成。

  1—电控箱；2—电动机；3—皮带；4—方卡子；5—平衡块；6—压力表；7—抽油杆；8—油管；9—扶正器；10—动液面；11—螺杆泵；12—套管；13—防转锚；14—筛管；15—丝堵；16—油层

  地面驱动井下单螺杆泵主要由电控部分、地面驱动部分、井下螺杆泵、配套工具等四部分所组成，其结构如图1-1所示。

  电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电动机的启、停。该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产时的电流、累计运行时间等，有过载、欠载自动保护功能，确保生产井正常生产。

  地面驱动装置是螺杆泵采油系统的主要地面设备，把动力传递给井下泵转子，使转子实现自转和公转，实现抽汲原油的机械装置。从变速形式上分，有无级调速和分级调速。物理运动的驱动装置主要由以下几部分所组成：（1）减速箱。最大的作用是传递动力并实现一级减速。它将电动机的动力由输入轴通过齿轮传递到输出轴，输出轴连接光杆，由光杆通过抽油杆将动力传递到井下螺杆泵转子。减速箱除了具有传递动力的作用外，还将抽油杆的轴向负荷传递到采油树上。（2）电动机。它是螺杆泵井的动力源，将电能转化为机械能。一般都会采用防爆型三相异步电动机。（3）密封盒。最大的作用是防止井液流出，起密封井口的目的。（4）方卡子。最大的作用是将减速箱输出轴与光杆连接起来。

  井下螺杆泵主要由定子和转子组成。转子是通过精加工，表面经过处理的高强度螺杆。定子就是泵筒，是由一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成型，然后被永久地粘接在钢壳体内而成。

  其工作原理是：螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。

  （1）专用井口：简化了采油树，使用、维修、保养方便，同时增加了井口强度，减小了地面驱动装置的振动，起到保护光杆和换密封盒时密封井口的作用。

  （8）防抽空装置：地层供液不足会造成螺杆泵损坏，安装井口流量式或压力式抽空保护设施，可有效地避免此现象的发生。

  （1）定子编号：在定子位于上端不超过0.8m处应有永久性编号：vvv/hh/eee。

  （1）节省一次投资。螺杆泵与电动潜油泵、水力活塞泵和游梁式（链条式）抽油机相比，其结构相对比较简单，价格低。

  （2）地面装置结构相对比较简单，安装便捷，可直接座在井口套管四通上，占地面积小，除原井口外，几乎不另占面积，可以很方便地罩上一个防盗井口房。

  （3）泵效高、节能、管理费用低。由于螺杆泵是螺旋抽油的容积泵，流量无脉动，轴向流动连续，流速稳定，因此它与游梁式抽油机相比，没有液柱和物理运动的惯性损失。泵容积效率可达90%，它是现有机械采油设备中能耗最小、效率较高的机种之一。

  （4）适应黏度范围广，可以举升稠油。一般来说，螺旋泵适合于黏度为8000mPa·s（50℃）以下的各种含原油流体，因此多数稠油井都可应用。

  （5）适应高含砂井。理论上，螺杆泵可输送含砂量达80%的砂浆。在原油含砂量高、最大含砂量达40%（除砂埋之外）的情况下，螺杆泵可正常生产。

  （6）适应高含气井。螺杆泵不会气锁，故较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气会占据一定的泵容积。

  （7）适应于海上油田丛式井组和水平井。螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合海上油田丛式井组甚至水平井的采油井使用。

  （8）允许井口有较高回压。在保障正常抽油生产情况下，井口回压可控制在1.5MPa以内或更高，因此对边远井集输很有利。

  （9）当发动机或电动机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上部。与有杆泵比较，螺杆泵有更大的可能恢复工作。

  （1）定子容易损坏，定子寿命短，则检泵次数多。每次检泵，必须起下管柱，增加了检泵费用。

  （2）泵需要流体润滑，如果泵只靠极低黏度的液体润滑而工作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。

  （4）虽然螺杆泵采油简单易操作，若操作人员不经适当操作训练，操作不正确，也会造成泵损坏。

  （5）与有杆泵比较，总压头较小。目前大多数现场应用是在井深1000m左右的井。批量生产的泵装置压头都比较低。对高压头泵正在试验，但是当下泵深度大于2000m时，扭矩大，杆断脱率较高，使井下作业工作量增大，技术还不过关。

  螺杆泵采油在油田开发中得到了广泛的应用，其工艺技术获得了一直在改进和完善，已初步形成了配套的工艺技术。

  1）防脱措施因为螺杆泵的转子在定子内顺时针转动，工作负载直接表现为扭矩，转子扭矩作用在定子上，定子扭矩会使上部的正扣油管倒扣，造成管柱脱扣，所以螺杆泵井的油管柱必须实施防脱措施。可靠的防脱措施主要有两种：锚定工具防脱和反扣油管防脱。

  2）DQ0552支撑卡瓦DQ0552支撑卡瓦结构原理如图1-2所示。由图中6～13组成的扶正器，依靠压簧的弹力，造成摩擦块7与套管的摩擦力，扶正器通过滑环销钉11，沿中心管14的轨道槽运动。下管柱时，滑环销钉11位于轨道的B点，卡瓦2处于收拢状态。

  1—锥体；2—卡瓦；3—箍簧；4—上限位环；5—内压簧；6—下限位环；7—摩擦块；8—外压簧；9—防松螺钉；10—卡瓦扶正器；11—滑环销钉；12—滑环；13—托环；14—中心管；15—下接头；16—固定螺钉；17—垫圈

  坐卡时，按所需坐卡高度上提管柱后下放管柱（一般来说，1000m油管坐卡时，上提管柱850mm），滑环销钉就从B点运动到E点，卡瓦2也处于撑开坐卡状态，卡瓦2牢固地坐在套管内壁上。

  坐死后如果油管挂露出法兰10～25mm，可硬压下去，超过这个范围必须重新坐卡。解卡时，上提管柱，滑环销钉11由E点运动到A点，卡瓦2在箍簧3的作用下收回解卡。

  张力油管锚（C-1型）结构原理如图1-3所示。图中10～14组成扶正器。扶正器通过剪切销钉9与下接头7相连，依靠压簧弹力与套管摩擦，通过螺纹与中心管2配合。

  1—上接头；2—中心管；3—上锥体；4—卡瓦；5—弹簧；6—外套；7—下锥体；8—滑动销钉；9—剪切销钉；10—扶正体；11—箍环；12—摩擦片；13—弹簧片；14—扶正环；15—下接头

  下管柱时，扶正器与中心管2没有相对运动，油管锚处于收拢状态。坐卡时，在保持管柱自身悬重的情况下，右旋油管5～7圈，扶正器推动下滑块7向上运动，迫使卡瓦4张开。当感觉扭矩显著增加时，说明油管锚卡瓦已锁入套管内壁。为进一步确定油管锚卡瓦是否已卡紧，可下放油管，当拉力计归零，油管下放遇阻时，证明油管锚已卡住；如未卡住；可保持右旋扭矩，反复上提下放，直到油管锚卡住套管。

  上提一定张力（上提负荷为管柱悬重加30～50kN），并测量油管柱伸长量（为坐油管头做准备），去掉张力，左旋油管5～7圈，使油管锚解卡，下放管柱至已量好的位置，重复坐卡动作，在达到所需要的张力情况下，坐好油管头。

  解卡时，上提管柱，卸开油管头，下放管柱，去掉张力，在保持管柱自身悬重的情况下，左旋油管5～7圈，扶正器带动下滑块7向下运动，卡瓦在弹簧的作用下收拢而解卡。

  若左旋油管不能解卡，则上提管柱，使油管锚剪切销钉剪断解卡（上提解卡负荷为管柱自身悬重加80～100kN）。

  （1）负载扭矩过大停机后，杆柱高速反转造成抽油杆脱扣。螺杆泵采油井若发生蜡堵或结蜡严重或卡泵时，负载扭矩会显著增大，因而整个杆柱上储存一定量的弹性变形能，一旦停机或过载停机，杆柱内储存的弹性变形能要释放，从而造成杆柱高速反转，特别是杆柱上部在弹性变形能释放之后，在惯性的作用下，要继续反转，从而会使杆柱螺纹连接处卸扣，造成杆柱脱扣。

  （2）停机后油管内液体回流杆柱反转，造成抽油杆脱扣。如果螺杆泵采油井突然停机，而且油井动液面较深，停机后，螺杆泵在管柱内的液力作用下，将驱动转子反转，转子反转动力从下向上传递，带动杆柱转动。尽管转子反转不会使杆柱脱扣，但随着液体回流，动液面上升，油管内的液力作用逐渐消失，转子停止反转，而此时上部杆柱仍在惯性的作用下继续反转，从而会使杆柱螺纹连接处卸扣，造成杆柱脱扣。

  对于那些产液能力较强并有一定自喷能力的螺杆泵井，一旦停机，套压会很高，那么螺杆泵在油套环空液力的作用下，将驱动转子转动，实现自喷生产，而此时转子将带动杆柱转动，转子转动将使整个杆柱的螺纹连接处于倒扣状态，因而会造成杆柱脱扣。

  在施工过程中，如果抽油杆连接螺纹上扣扭矩不足，当转子进入定子时，转子正转，从而会使转子在上部抽油杆杆柱螺纹连接不紧处发生脱扣。

  （1）机械防反转装置。在驱动头上安装防反转装置，使抽油杆不能反转，进而达到防止因抽油杆反转而造成的脱扣的目的。该装置采用定向离合器的原理，使抽油杆只能作单向转动。在离合器的外壳体上安装刹车带。当需要上提杆柱时，可先放松刹车带，释放弹性变形能，确保施工作业安全。

  （2）降压制动防反转。该方法采用电器控制原理。停机时，先降压运行一段时间，降低驱动电机的负载能力，使抽油杆的弹性变形能释放出一部分，然后时间继电器动作而停机，进而达到防反转脱扣的目的。

  （3）井下回流控制阀。在螺杆泵的吸入口处，安装单向阀，使液体只能做举升方向上的单向流动。停机时，油管内的液体不能回流，抽油杆也就不会因液体回流而反转，进而达到防止因液体回流而造成的抽油杆脱扣。

  （4）放气阀防正转脱扣。在井口安装放气阀，当套压大于阀的调定压力时，放气阀打开，气体进入输油管线；当套压低于阀的调定压力时，阀关闭，来保证套压始终不致过高，降低油套环空对泵的液力作用，防止转子在液力作用下正转，实现杆柱防脱。

  由于螺杆泵转子离心力的作用，定子受到周期性冲击产生振动，为减小或消除定子的振动，需要设置扶正器。一般在定子上接头处安装较为适宜，而对于采用反扣油管的管柱，则需在定子上、下接头处分别安装扶正器。目前扶正器有两种：一种是弹簧式，一种是橡胶式。

  抽油杆柱在油管内转动，杆柱的转动会引起井口的振动及杆柱与管柱的摩擦，所以抽油杆柱必须实施扶正，特别是高转速的螺杆泵井。通常在杆柱的上端即光杆附近、杆柱的下端即转子附近以及中下部一定要放置扶正器。抽油杆扶正器一般都会采用抗磨损的尼龙材料制造。

  螺杆泵井在开采稠油、含蜡量高、凝点高的油井时，如不解决清防蜡降黏问题，会使螺杆泵井负荷增大，甚至造成蜡堵，因此导致油井异常生产。所以螺杆泵采油井必须实施清防蜡解堵工艺技术。

  热洗清蜡工艺是柱塞泵采油普遍采用的成熟技术，对螺杆泵采油也同样适用，但因螺杆泵采油的特殊性，其热洗工艺也略有不同。螺杆泵采油井定期热洗清蜡主要有以下几种方法：

  （1）清蜡时，将转子上提，使其脱离定子，在油套环空注入热水进行清蜡。该种方法通常用于不具备热洗流程、且化学清蜡不能实施的螺杆泵井。

  （2）安装洗井阀热洗：结蜡点以下，在定子上部的管柱上，安装洗井阀。洗井时，在油套环空注入热水并在热洗压力的作用下，洗井阀打开，使热水流入管柱内，实现清蜡。

  （3）自然循环热洗：在油套环空注入热水，热水经过泵举升到输油管线。该方法热洗时间比较久，特别是对小排量泵，因为热洗排量受泵的排量限制。

  化学清防蜡药剂对螺杆泵的定子橡胶有一定的影响，所以采用加药清防蜡时，应避免化学药剂经过泵，为此主要是采用空心杆内加药工艺。

  （2）工艺流程及原理：连续加药主要是以防蜡为目的，它是利用排量可调式柱塞泵以小排量将药剂经井口动密封装置连续注入空心杆内，药剂经空心杆下端单流阀进入油管，药剂与原油混合达到防蜡降黏目的；定期加药大多数都用在油井清蜡，将柱塞泵调到最大排量，定期将一定量的药剂注入空心杆内，达到清除油管内壁积蜡的目的。

  冬季温度低，而原油凝点高，含蜡量高，若因故停机时间较长会造成上部油管（结蜡点以上）内原油凝固，而使螺杆泵启动困难或根本没办法启动，需要解堵才能启动。

  电缆加热解堵是在空心抽油杆内下入活动式加热电缆，通电后电缆产生热量使油管内原油降黏解堵。

  解堵时电缆车将电缆经井口滑轮下入空心杆（已注满清水）内，当电缆下到结蜡点以下深度时通电，于是电缆放出热量，经空心杆传递给油管，从而使油管内原油升温，在加热过程中要定时测量井口油温，当油温达到原油凝点以上一段时间后起出电缆，启动螺杆泵井，进而达到解堵、恢复螺杆泵井正常生产的目的。

  抽油杆断脱有三种情况，即杆断、脱扣、撸扣。正常的情况三种形式很难区分，通常在处理这类事故时，首先按脱扣来处理。上吊车下放杆柱进行对扣，如果是脱扣，这样处理成功率较高，对扣不成功，只有动杆柱，起出杆柱视断脱情况下，打捞工具打捞余下杆柱，打捞再不成功，只有动管柱起出所有杆柱，重新作业。

  油管脱落的处理，首先要起出杆柱，然后动管柱判断脱扣位置，加深油管进行对扣，对扣成功起出原井管柱，对扣不成功，就要下打捞工具进行打捞。

  螺杆泵井发生蜡堵造成机组不能运转时，通常要上吊车上提杆柱，使转子脱离定子，接着进行彻底洗井，洗通后下放杆柱重新投产，如果洗井洗不通又无其他解堵措施，只好上作业动管柱。

  5）地面驱动装置发生故障地面驱动装置的齿轮、轴承、油封等零件因管理不当或制造缺欠等原因也会发生故障。这类故障一般是通过维修就可以解决，主要零部件不能维修只有更换。

  6）启动困难出现这类事故，如果排除蜡堵，只要上吊车活动一下杆柱即可解决。

  应加固地面驱动装置，消除地面驱动装置的振动，避免光杆应力集中。提高井口密封盒的密封性能。

  螺杆泵采油井的测试主要是指地面工作参数测试和井下压力的测试。其中地面工作参数的测试包括运行电流、工作转速、系统效率、工作扭矩等。井下压力的测试包括流压和静压。

  要求螺杆泵井作业施工内容最重要的包含编写施工设计、施工准备、施工全套工艺流程、施工验收等。施工全套工艺流程的主要工序包括热洗、压井、起原井管柱、通井、刮削、冲砂、连接井下工具、下管柱、坐封锚定工具、下杆柱、替喷、安装地面机组、提防冲距、试运转和交井等。

  （1）在对各种情况调查的基础上，依据工程设计的具体方案要求、上次施工总结和基础数据，结合具体实际情况编写施工设计。

  （2）编写施工设计应包括施工目的、油井基础数据、目前井下管柱及杆柱、本次施工应下井的管柱及杆柱、施工工序、技术方面的要求及安全措施等。施工设计编写后，必须经有关主管技术人员审批后方可施工。

  （3）每道施工工序应严格按设计技术要求施工，在施工中需改变施工程序或采用新的施工措施时，应由要求改变施工内容单位提出新的补充设计。

  ①防脱方式的选择。螺杆泵转子在定子内转动抽油过程中的扭矩作用使上部正扣油管卸扣，需对泵上部油管实行防卸扣措施。一般防油管卸扣措施为：

  ③防冲距的确定：在下转子时，保证转子与定子的限位销有一定的距离。如转子距定子限位销距离太大，泵的系统压头将减少，同时易造成定子因不均衡摩擦，使定子橡胶过早磨损。

  限位销是转子进入定子后唯一的限位点。当杆柱（限转子）达到限位销后，上提一定杆柱距离，这个距离称为防冲距。

  （1）地面调查应包括井位、井场、电源、土油池、采油树、地面管路流程、井架及作业设备等。

  （2）井下调查应包括井身结构、井况现状、油层资料、射孔资料、目前井下管柱、杆柱结构、采油方式、生产现状、上次施工情况及效果等。

  （3）按施工设计下井管柱、杆柱、螺杆泵等，经检查验收合格后方可运往井场。尤其是螺杆泵必须经运转，试压检测合格。防脱器下井前必须经性能测试和检测，保证灵活、性能可靠方可下井。

  （1）对配制的压井液一定要进行黏度、密度等有关参数检测，各项质量指标达到设计的基本要求方可使用。

  （2）根据设计的基本要求进行正反压井，压井前必须放套管气，出口见油后泵入70℃左右热水，出口见水后替入压井液。在压井过程中防止间断，当进出口压井液经测定密度基本相等时，可停止替入压井液。停泵15min，出口无溢流则压井合格。

  （3）压井时间：施工作业中，如需压井作业，希望压井时间越短越好，以防伤害油层。一般在1000m的情况下，起下作业不超过24h，起下刮蜡作业不超过36h，起下测井及射孔作业不超过48h，对于处理事故作业，根据详细情况，可另行决定。

  起原井管柱的质量及作业规程符合油水井常规修井作业起下油管作业规程的要求。5.探砂面、冲砂、刮蜡一般在井下作业时，探砂面冲砂、刮蜡采用下一次管柱完成，特殊情况可采用多次。

  按照施工设计的管柱结构，自下而上依次摆放。如下锚定工具，尾管不可以少于三根油管。锚定工具下井前，要彻底清除活动件内的脏物，并涂上黄油，使锚定工具处在解封状态。

  （2）按施工设计的基本要求组配好的管柱，自下而上依次下井，尾管、筛管、防转锚、油管短节、油管扶正器、油管短节、泵定子、油管短节、油管扶正器、油管、油管挂。油管上扣扭矩符合规定标准要求。

  （4）如锚定工具是支撑卡瓦，下入泵和第一根油管后，试坐卡瓦（上提管柱1m，缓慢下放管柱坐卡瓦）。试坐成功后，上提管柱1m解封，然后继续下管柱。

  （5）更换油管吊卡时，注意上提高度不允许超过400mm，以防支撑卡瓦中途坐封。如中途坐封，缓慢上提管柱1m以上，然后缓慢下放管柱解封，要平稳操作。

  （1）如坐支撑卡瓦时，应上提管柱800mm左右，缓慢下放油管，坐卡位置（油管头上平面与套管法兰平面距离）控制在10～20mm之间，如果坐封尺寸不合适，可反复几次，直至达到一定的要求。用钢丝绳压下油管挂，上紧顶丝。

  （2）如锚定工具用水力释放时，应连接好油管挂，上提管柱至设计的基本要求高度，连接好打压释放管线，打压至锚定工具设计压力，坐封后，用钢丝绳压下油管挂，上紧顶丝。

  （1）清点并丈量检查抽油杆，按下井顺序配好杆柱，按设计的基本要求加抽油杆扶正器。

  （2）转子涂黄油后连接在第一根完整抽油杆上，以减少转子上的应力。同样原因驱动轴下部也必须装一根完整抽油杆。

  （3）下抽油杆过程中速度要慢，当转子进入定子时，从地面可看到抽油杆转动，当转子碰到定子限位销时，指重表指针随之慢慢下降，这时上提抽油杆，装井口装置。再慢慢下放抽油杆，当转子再次碰到限位销时，按要求上提防冲距，使转子和限位销有一定距离。

  （4）吊起转子时，因上部连接一根抽油杆，整件较长，起吊速度要慢，并用手扶着转子中部，以防转子弯曲损伤表面。

  （5）下抽油杆过程中防止杆件弯曲变形，如造成变形弯曲必须换掉；抽油杆螺纹要涂黄油上紧，扭矩符合相关规定值。

  （1）将转子缓慢全部提出定子，关闭井口上清蜡阀门，连接好替喷管线）按规定进行替喷，直到井口见清水10min后停止。

  （1）安装前应检查地面机组零部件齐全完好，吊升用钢丝绳、吊环无损伤，防反转装置灵活无遇卡现象，减速箱内注入齿轮油到油杆处，往密封盒内添加填料等。

  ①将螺杆泵地面驱动装置吊起穿入光杆并坐在专用井口上，固定好螺栓，校正井口，上紧螺栓。

  ②上提防冲距：缓慢上提杆柱，指重表载荷达到整个杆柱负荷（记录数值）时，再上提光杆，上提高度应符合表1-2的要求。

  （3）电动机安装与调试。正常的情况下，驱动电动机与减速箱连为一体坐在井口上。打开电动机接线盒，用三角形法接电动机的三个接线柱，接好电动机接线盒及密封口，再将电缆的另一端接入电控箱的输出端，将电控箱的输入端与变压器输出的三相动力电缆连接好。接通电源，启动电动机使其空转，判定电动机输出轴转向，如果是逆时针方向转动，要更换电动机电缆任意两相的相序，使其顺时针转动，并测量空载电动机电流、电压，上紧皮带使其固定好。