本文以采油用單螺桿泵的螺桿一襯套副為研究對(duì)象，利用理論分析和仿真模擬方法，綜合分析螺桿在襯套內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，推導(dǎo)出了多頭短幅(普通)內(nèi)擺線型螺桿一襯套副間的齒凸接觸點(diǎn)和齒凹接觸點(diǎn)的相對(duì)滑動(dòng)速度數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)現(xiàn)有的表達(dá)式進(jìn)行了修正。將利用該解析式繪制出的滑動(dòng)速度曲線與在螺桿泵建模系統(tǒng)中建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真出的曲線對(duì)比，表明轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的滑動(dòng)速度數(shù)學(xué)表達(dá)式的正確性。將該方法應(yīng)用于油田上廣泛使用的單頭普通內(nèi)擺線型螺桿泵，與現(xiàn)用方法相比，分析過程簡(jiǎn)化。該方法同樣可以推廣應(yīng)用于短幅外擺線型螺桿泵的研究。
本文了螺桿泵建模系統(tǒng)，該系統(tǒng)可針對(duì)各類不銹鋼螺桿泵，只要在界面輸入本文分析確定的螺桿泵基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，即可在SoildWorks軟件內(nèi)生成相應(yīng)的螺桿泵三維實(shí)體模型。本文分析了螺桿泵壓力的形成和傳遞過程，并給出了壓力分布規(guī)律的表達(dá)式。
本文依據(jù)保溫螺桿泵的工況及相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了螺桿泵三維實(shí)體的有限元分析模型。定子橡膠的本構(gòu)關(guān)系采用Mooney模型。進(jìn)行了非線性接觸有限元模擬計(jì)算，得出螺桿一襯套副間的接觸壓力及其分布規(guī)律，以及定子橡膠所受的剪應(yīng)力和等效應(yīng)力的分布規(guī)律。將螺桿泵的平均接觸壓力的數(shù)值模擬分析結(jié)果與試驗(yàn)分析結(jié)果對(duì)比誤差為7%，表明螺桿泵有限元模型的正確性。
螺桿泵采油作為一種新興的人工舉升方式，具有投資少、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)能以及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能降低采油成本，提高采油效益，由于擁有抽油機(jī)柱塞泵、潛油電泵、水力活塞泵等機(jī)采方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，倍受油田重視，并有望成為油田主要的機(jī)采方式之一。
3G螺桿泵與其它機(jī)械采油設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)一次性投資少。單螺桿泵與電動(dòng)潛油泵、水力活塞泵和游梁式(鏈條式)抽油機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一次性投資低。
(2)泵效高，節(jié)能效果好，維護(hù)費(fèi)用低。由于螺桿泵是螺旋舉升的容積泵，流量無脈動(dòng)，軸向流動(dòng)連續(xù)，流速平穩(wěn)，負(fù)載穩(wěn)定，機(jī)械損失小，泵效可高達(dá)90%，是現(xiàn)械采油設(shè)備中能耗小、效率較高的機(jī)種之一。
(3)安裝方便，占地面積小。螺桿泵地面裝置簡(jiǎn)單，安裝方便，可以直接安裝在井口套管四通上，除原井口外，幾乎不另占面積。
(4)適合稠油開采。保溫螺桿泵可開采的原油的粘度范圍較廣，適合于粘度為8000mPas(50℃)以下的原油開采，因此多數(shù)稠油井都可以應(yīng)用。
(5)適用于高含砂井。理論上，不銹鋼螺桿泵可輸送含沙量達(dá)80%的砂漿，在原油中含砂量高達(dá)40%的情況下，螺桿泵仍可正常生產(chǎn)(沙埋情況除外)。
(6)適應(yīng)高含氣井。螺桿泵不會(huì)氣鎖，因此較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣體會(huì)影響容積效率。
(7)適合于海上油田縱式井組和水平井。螺桿泵可下在斜直井段，而且設(shè)備占地面積小，因此適合于海上采油。
但螺桿泵在使用過程中也要受到如下條件的限制：
(1)排量限制。目前螺桿泵的大排量一般低于400m3/d，雖然研究人員試圖通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、增加運(yùn)動(dòng)比值等途徑提高螺桿泵的排量，但受到研究條件和其它條件的限制，目前實(shí)際效果并不明顯。
(2)揚(yáng)程限制。三螺桿泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)子與定子的過盈值和級(jí)數(shù)密切相關(guān)，增大這兩項(xiàng)參數(shù)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致扭矩的大幅度增加，工作環(huán)境惡劣，從而增加抽油桿柱斷裂的危險(xiǎn)。另外，螺桿泵的加工工藝也限制了螺桿泵轉(zhuǎn)子和定子的長(zhǎng)度。目前，螺桿泵的揚(yáng)程大可以達(dá)到2000m以上，而國(guó)內(nèi)大只能達(dá)到1500m以下，限制了螺桿泵應(yīng)用于深井的開采。
(3)工作溫度限制。螺桿泵定子襯套一般采用丁睛橡膠，因此螺桿泵的工作溫度決定于丁睛橡膠的耐熱性能。
(4)應(yīng)用條件的限制。不同橡膠的配方對(duì)不同的原油物性適應(yīng)性也不同，這主要是原油中烴的組分對(duì)橡膠性能的影響不同造成的。HZS含量高會(huì)使橡膠變硬、變脆，降低定子的使用壽命。在采油的增產(chǎn)措施(如三元復(fù)合驅(qū)等)中使用的化學(xué)藥劑對(duì)定子橡膠也會(huì)有影響，如溶脹、結(jié)垢等。
