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【摘要】本文以GLB2600DT12型号的螺杆泵为例，简单介绍了螺杆泵油井的杆柱设计计算方法，并由计算结果最终确定螺杆泵的配套设施。
【关键词】螺杆泵 抽油系统 动液面 轴向力 扭矩
1 概述
螺杆泵抽油系统是由井口驱动装置，油管和传动杆，及井下螺杆泵等主要设备构成。该系统的主要基础部件有：井下螺杆泵、生产油管、传动杆柱、井下驱动机组、地面动力传输设备和动力机。但每种设备都有若干不同类型可供选择，此外尚有各类设备附件和选择件需要在系统设计中加以抉择。
2 杆柱计算
本文以28mmD级别高抗扭矩杆，泵挂400m，油管89mm，转速100rpm为例计算出轴向载荷及扭矩并选出合适的驱动装置及电机配套。
2.1 以动液面为100m计算
在一个螺杆泵系统中，杆柱必须要承受轴向载荷及为传送扭矩所需的复合应力，如果这两种外力所合成的应力超过该等级和该尺寸杆的许用应力，则杆柱负荷就成为杆的最小尺寸及等级选定的决定因素。
轴向力计算：轴向力由三部分组成，泵进出口的压力差产生的轴向力泵F，方向向下；杆柱的重力重F，方向向下；杆柱受到的浮力浮F，方向向上；
其中：P排=（1+0.8）×1000=1800（kPa） 泵的排出口压力，液面100米，回压取0.8MPa
P吸=0 泵的吸入口压力（kPa）；
D=35mm 转子的名义直径（mm）；
e=8泵的偏心距（mm）；
D杆=28 mm杆柱的直径（mm）；
C=7.9×10-4（常数）
其中：C为常数，在公制中C = 0.111
V为泵的排量，m3/d·r
P举为泵实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在100米，需要泵产生的举升压力为1MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力1.8MPa，即是1800KPa。
T，即是泵在没有油液的摩擦阻力扭矩，一般指橡胶与转子间的配合引起的摩擦扭矩，大小由试验台上配泵时得出，GLB2600DT12摩擦扭矩为150-200Nm，取平均值150 Nm。
T即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
其中：L为长度，一般指泵挂，单位：m；L= 400。
D杆，D管，分别为杆柱的外径和油管的内径，单位：mm；
D杆=28mm ，D管=76mm；
u为液体的粘度，mPaS；
C为常数，公制：C=1.64×10-10
所以，扭矩T=898.05 Nm
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa
其中：P排=（1.5+0.8）×1000=2300（kPa） 泵的排出口压力，液面150米，回压取0.8MPa；
扭矩计算：扭矩计算计算方式与动液面为100m时相同：
其中：P举 为泵的实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在150米，需要泵产生的举升压力为1.5MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力2.3MPa，即是2300KPa。
T，即是泵在没有油液的摩擦阻力扭矩，一般指橡胶与转子间的配合引起的摩擦扭矩，大小由试验台上配泵时得出，GLB2600DT12摩擦扭矩为100-200Nm，取平均值150 Nm。
T，即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
所以，扭矩T=1105.8 Nm
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa 2.3 以动液面200m计算
轴向力：轴向力计算方式与动液面为100m时相同
其中：P排=（2+0.8）×1000=2800（kPa） 泵的排出口压力，液面200米，回压取0.8MPa；
扭矩计算：扭矩计算方式与动液面为100m时相同：
其中：P举 为泵实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在200米，需要泵产生的举升压力为2MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力2.8MPa，即是2800KPa。
T，取平均值150 Nm。
T，即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa；
按照系统效率在30%～50%计算，按照平均效率为40%左右，输入端的功率在34.25kW；如果该井的供液情况较好，可以适当提高转速，提高转速，那么电流继续升高，为保证电机有足够的余量，选择37kW-4电机：
查询机械设计手册：
电机型号：Y225S-4
额定功率：37KW
额定电流：70.4A
额定电压：380V
额定转速：1480rpm 效率：91.8%
当电机输入为380V电压时候的运行电流：
所以电机的过载能力为：70.4/56.2=1.25倍。
计算37kW采油系统正常运行电流：
配套180/450四槽皮带轮，减速比：
I为电机空转时的定子电流，一般为N I的1/3，23.5A
选用变频的情况下，需要实际情况调整转速：当为41.6HZ时候，电流为41.3A。实际应用过程中的电流可能稍高。
根据系统效率和电机电流综合计算，最终选择37kW-4电机即能满足该井的正常生产。
参考文献
[1] 扬也，张德实.定向井螺杆泵抽油杆柱力学分析及防磨损措施[J].东北林业大学学报，2006
[2] 陈实，王海文，赵伟，于建梅.螺杆泵井偏磨机理研究[J].断块油气田，2007，（01）
[3] 陈涛平，王春艳，孙兆海，钱朝慧.地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算[J].大庆石油学院学报，2004，（06）
【关键词】螺杆泵 抽油系统 动液面 轴向力 扭矩
1 概述
螺杆泵抽油系统是由井口驱动装置，油管和传动杆，及井下螺杆泵等主要设备构成。该系统的主要基础部件有：井下螺杆泵、生产油管、传动杆柱、井下驱动机组、地面动力传输设备和动力机。但每种设备都有若干不同类型可供选择，此外尚有各类设备附件和选择件需要在系统设计中加以抉择。
2 杆柱计算
本文以28mmD级别高抗扭矩杆，泵挂400m，油管89mm，转速100rpm为例计算出轴向载荷及扭矩并选出合适的驱动装置及电机配套。
2.1 以动液面为100m计算
在一个螺杆泵系统中，杆柱必须要承受轴向载荷及为传送扭矩所需的复合应力，如果这两种外力所合成的应力超过该等级和该尺寸杆的许用应力，则杆柱负荷就成为杆的最小尺寸及等级选定的决定因素。
轴向力计算：轴向力由三部分组成，泵进出口的压力差产生的轴向力泵F，方向向下；杆柱的重力重F，方向向下；杆柱受到的浮力浮F，方向向上；
其中：P排=（1+0.8）×1000=1800（kPa） 泵的排出口压力，液面100米，回压取0.8MPa
P吸=0 泵的吸入口压力（kPa）；
D=35mm 转子的名义直径（mm）；
e=8泵的偏心距（mm）；
D杆=28 mm杆柱的直径（mm）；
C=7.9×10-4（常数）
其中：C为常数，在公制中C = 0.111
V为泵的排量，m3/d·r
P举为泵实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在100米，需要泵产生的举升压力为1MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力1.8MPa，即是1800KPa。
T，即是泵在没有油液的摩擦阻力扭矩，一般指橡胶与转子间的配合引起的摩擦扭矩，大小由试验台上配泵时得出，GLB2600DT12摩擦扭矩为150-200Nm，取平均值150 Nm。
T即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
其中：L为长度，一般指泵挂，单位：m；L= 400。
D杆，D管，分别为杆柱的外径和油管的内径，单位：mm；
D杆=28mm ，D管=76mm；
u为液体的粘度，mPaS；
C为常数，公制：C=1.64×10-10
所以，扭矩T=898.05 Nm
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa
其中：P排=（1.5+0.8）×1000=2300（kPa） 泵的排出口压力，液面150米，回压取0.8MPa；
扭矩计算：扭矩计算计算方式与动液面为100m时相同：
其中：P举 为泵的实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在150米，需要泵产生的举升压力为1.5MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力2.3MPa，即是2300KPa。
T，即是泵在没有油液的摩擦阻力扭矩，一般指橡胶与转子间的配合引起的摩擦扭矩，大小由试验台上配泵时得出，GLB2600DT12摩擦扭矩为100-200Nm，取平均值150 Nm。
T，即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
所以，扭矩T=1105.8 Nm
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa 2.3 以动液面200m计算
轴向力：轴向力计算方式与动液面为100m时相同
其中：P排=（2+0.8）×1000=2800（kPa） 泵的排出口压力，液面200米，回压取0.8MPa；
扭矩计算：扭矩计算方式与动液面为100m时相同：
其中：P举 为泵实际举升的压力，单位为KPa，因为液面在200米，需要泵产生的举升压力为2MPa，还需要克服油井的流程回压就行，一般井的流程回压为0.8MPa，所以总压力2.8MPa，即是2800KPa。
T，取平均值150 Nm。
T，即是在井下由于油的粘度，杆管间的间隙等引起的阻力扭矩：
校核杆柱强度：
螺杆泵采油杆柱系统承受的是拉应力和剪应力综合应力，保证杆柱的强度，必须按照第四强度理论校核：
抗拉强度：
校核杆柱的强度，按照高抗杆D级别进行校核：[M]=690MPa；
按照系统效率在30%～50%计算，按照平均效率为40%左右，输入端的功率在34.25kW；如果该井的供液情况较好，可以适当提高转速，提高转速，那么电流继续升高，为保证电机有足够的余量，选择37kW-4电机：
查询机械设计手册：
电机型号：Y225S-4
额定功率：37KW
额定电流：70.4A
额定电压：380V
额定转速：1480rpm 效率：91.8%
当电机输入为380V电压时候的运行电流：
所以电机的过载能力为：70.4/56.2=1.25倍。
计算37kW采油系统正常运行电流：
配套180/450四槽皮带轮，减速比：
I为电机空转时的定子电流，一般为N I的1/3，23.5A
选用变频的情况下，需要实际情况调整转速：当为41.6HZ时候，电流为41.3A。实际应用过程中的电流可能稍高。
根据系统效率和电机电流综合计算，最终选择37kW-4电机即能满足该井的正常生产。
参考文献
[1] 扬也，张德实.定向井螺杆泵抽油杆柱力学分析及防磨损措施[J].东北林业大学学报，2006
[2] 陈实，王海文，赵伟，于建梅.螺杆泵井偏磨机理研究[J].断块油气田，2007，（01）
[3] 陈涛平，王春艳，孙兆海，钱朝慧.地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算[J].大庆石油学院学报，2004，（06）