这时螺杆液马达将液体能转化为机械能,通过上端与马达螺杆相连、下端与马达空心主轴相连的花瓣式万向轴(或其它形式的万向轴),将螺杆的偏心行星转动转化为马达空心主轴的定轴转动。
图3 水力驱动螺杆泵工作流程图 而马达空心主轴又与其下的输油空心传动轴上端相连,输油空心传动轴下端与单螺杆泵的花键式万向轴(或其它形式的万向轴)上端相连,下端与单螺杆泵的螺杆上端相连。这样螺杆液马达输
10
出的机械能就源源不断地输送到单螺杆泵的螺杆上,驱动螺杆转动,从而将原油由螺杆泵的下端吸入到泵的螺杆—衬套副中,经其逐级增压后,排出到上部容腔中,并沿空心传动轴向上,再经单向阀后与螺杆马达工作过的废旧动力液一起排到中心油管和外管形成的环行空间通道中,然后被举升到地面。被抽出的混合物经过地面油气分离、油水分离后,剩余的水可继续作为动力泵的源液进行使用。
11
12
2.水力驱动螺杆泵采油装臵系统效率的组成及分析
水力驱动螺杆泵采油装臵系统的系统效率主要由两大部分组成,即地面子系统的效率?gs和井下机组子系统的效率?js。整个系统的效率?s可表示为:
?s?NjBoutNgin??gs??js (19)
(1)地面子系统的效率?gs分析
地面子系统的效率?gs主要由两部分组成,即地面电动机的效率
?gD和地面动力泵的效率?gB两者组成。地面子系统的效率?gs可通过
动力泵排出口的有效水功率NgBout与电动机的输入功率Ngin(通过三相功率表测得)之比求得,即
?gs?NgBoutNgin (20)
式(20)中,动力泵排出口的有效水功率NgBout可由动力泵出口与入口的压力差?pgB与泵的流量QgB求出,即
NgBout??pgB?QgB (21)
(2)井下机组子系统的效率?js的分析
井下机组子系统主要是由螺杆马达和螺杆泵,通过中间万向轴将两者联系在一起。其能量的转化过程是:首先,螺杆马达将地面动力泵送来的液体能转化为马达输出轴上的机械能,并传递到螺杆泵的泵轴和螺杆上。然后螺杆泵将其马达送来的机械能再转化为液体能,从而将抽吸的原油举升到地面上来。为了方便求得井下的子系统效率,我们可以不理会中间能量的转化和损失,只弄清两端的
13
能量大小即可。所谓两端的能量就是指螺杆泵的排出口(也是马达的排出口)所具有的水功率(即井下机组子系统的有效功率或输出功率)和螺杆马达的进液口所具有的水功率(即井下机组子系统的输入功率)。此两个功率值皆可通过解析求出。具体求解步骤如下:
①应用垂直管流压降相关公式,以地面举升出的井液流量和油、套管环行空间流道为计算依据,叠代求出井口到泵排出口深度(即下泵深度)段上的压降及泵排出口压力pjBout;以地面举升液流量减去地面动力泵流量的差值和由射孔中段到螺杆泵入口的油层套管高度段为计算依据,叠代计算出此段内的流体压降及泵入口压力pjBin,然后求出螺杆泵上的泵载?pjB,即
?pjB?pjBout?pjBin (22)
②由推算出的螺杆泵内平均流量QjB和泵载?pjB求出泵的有效功率亦即井下机组子系统的输出功率NjBout:
NjBout??pjB?QjB (23)
③应用垂直管流压降相关公式,以地面动力泵的动力液流量
QgBout和油管空间流道为计算依据,叠代求出井口到马达进液口深度
(即下泵深度)段上的压降及马达入口处的压力pjMin;以马达入口压力减去马达出口压力(即螺杆泵泵排出口压力),便可得到螺杆马达上的压力降?pjM,即
?pjM?pjMin?pjBout (24)
④以地面动力泵的动力液流量QgBout(即马达的输入流量)和螺杆马达上的压力降?pjM求得螺杆马达的输入功率,亦即井下机组子
14