弱碱体系三元驱抽油机井防垢泵的研制与应用

我们和大庆采油三厂合作研发并应用了弱碱体系三元驱抽油机井防垢泵。该泵是在弱碱三元复合驱采出井结垢机理研究的基础上进行的,以泵产量和泵效作为优化目标,优化泵的结构和材料,旨在降低检泵率和生产成本。     

采油单螺杆泵转子在定子型腔内运动受力分析

螺杆泵转子在定子型腔内自转的同时绕定子中心公转,不同的接触位置所受定子橡胶作用力不同,引起螺杆泵运行过程中的振动。依据采油单螺杆泵转子在定子内的运动特点,将转子在定子内单个周期运动分为曲线运动区间和直线运动区间,分析了转子在曲线和直线运动区间受力状态,建立了转子在定子型腔动力学模型。鉴于定子橡胶厚度的变化及橡胶自身非线性因素的影响,采用有限元的方法,运用ABAQUS软件分析了转子在定子型腔内不同位置的受力状态,得到受力状态随接触位置和橡胶厚度的变化关系。     

单螺杆泵定子橡胶的接触磨损分析

采用有限元法对常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵的定子橡胶和螺杆进行接触非线性计算,得到了螺杆与定子在不同位置接触时变形及剪应变云图;分析了定子接触磨损的特点及规律,并进行了比较。结果表明：常规单螺杆泵定子与螺杆在圆弧顶接触时,剪应变和变形最大,定子两圆弧对角磨损最严重,同时定子的磨损随过盈量增大而明显增大;而等壁厚螺杆泵则在中间位置接触时,剪应变和变形最大,且最大剪应变位于定子的外表面。由于目前还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和接触状态进行测试的有效手段,本文为定子的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

螺杆泵在三元复合驱中的应用分析

通过对螺杆泵举升工艺适应性及螺杆泵在三元复合驱试验中应用情况进行分析,进一步说明了螺杆泵在三元复合驱试验应用中有较好的适应性,总结分析了其现场应用情况,归纳出了螺杆泵在现场试验中暴露的问题.     

基于Pumplinx的螺杆泵性能优化仿真研究

为了得到螺杆泵转子直径与定子导程对泵性能的影响规律,基于Pumplinx软件对橡胶定子单头单螺杆泵进行非稳态数值计算求解,在此基础上探究了不同压差条件下无量纲参数T/D对螺杆泵流量、水力效率以及轴向力的影响进行分析并基于此进行性能优化。结果显示,随着T/D的增大,泵流量增加,轴向力基本保持不变,而水力效率先增大后减小,其最优值出现在T/D=4.5时;螺杆泵定子转子啮合区域的泄漏较为明显,且随着T/D的增大泄漏量增多。因此为了得到更高的效率,T/D宜优化至4.5;为了得到更大流量的同时不牺牲效率,T/D宜优化至5.4。此外,数值计算与试验结果较为一致,偏差不超过3.5%,表明该螺杆泵仿真方法具有参考价值。     

螺杆泵井选泵规律研究

建立了不同转子尺寸下螺杆泵容积效率-压力之间的关系曲线和不同压力下螺杆泵容积效率-转子尺寸之间的关系曲线。以此为基础建立了螺杆泵定转子配合公差确定方法、螺杆泵定子制造公差检测方法,达到螺杆泵定转子完全或不完全互换的目标。提出了螺杆泵定子大小径尺寸检验方法,建立了应用环境温度、螺杆泵额定压力、流体介质对螺杆泵定子尺寸影响的检测方法,测定了载荷对螺杆泵定子尺寸的影响,确定了螺杆泵井选泵规律。     

TECFLOW系列2701单螺杆泵的应用改进

针对单螺杆泵的定子和转子之间的磨损会导致单螺杆泵的效率下降甚至过早报废问题,在对单螺杆泵的工作原理、摩擦速度原理和容积效率原理分析的基础上,对转子和定子的磨损进行了论证,并应用Matlab进行仿真.为提高单螺杆泵的容积效率,对螺杆泵进行了结构上的改进.     

井下双螺杆泵转子型线优化设计研究

螺杆泵转子型线可直接影响螺杆泵的工作性能。以单头双螺杆泵的转子型线为研究对象,建立转子型线的数学模型。通过粒子群算法优化型线并与现有型线进行比较分析,分析结果显示所建立的模型在接触线长度上具有一定的优势,达到了优化的目的,同时为后续对井下双螺杆泵的型线的进一步优化研究和螺杆泵的整体性能分析提供了依据和参考。     

不同过盈量和工作压力下螺杆泵定子与转子接触压力的有限元分析

螺杆泵定子与转子间接触压力对其使用寿命至关重要，而定子与转子间过盈量和工作压力对螺杆泵定子与转子间接触压力有重要影响。建立螺杆泵的三维模型，采用有限元方法研究螺杆泵装配条件下不同过盈量(0.4～0.7 mm)和工作压力(0.03、0.06、0.09 MPa)对螺杆泵定子与转子接触压力的影响。结果表明：随着过盈量的增大，定子与转子的接触压力增大，定子与转子的接触面积也随之增大，且接触压力的最大值出现在密封线吸入端的螺旋段部分；但随着过盈量的增加，接触压力的增大趋势变缓；定子与转子的接触压力随着工作压力的提高而增大，工作压力导致螺杆泵的最大接触压力向排出端偏移，接触压力的最大值出现在靠近介质排出端的螺旋段上。     

单螺杆泵的接触疲劳磨损分析

本文将目前国内外对单螺杆泵定子的磨损研究情况作一综述,对常规单螺杆泵和等壁厚单螺杆泵进行了接触分析。针对目前单螺杆泵定子受压侧直径与圆弧连接点处的磨损最大的现象,从疲劳磨损的角度进行了深入研究,认为这是由于在圆弧段对角处的剪切应变远远大于其它地方,在周期性载荷的作用下橡胶表面产生重复的压缩、拉伸和交变剪切应力而发生多次变形,从而使橡胶表层发生疲劳磨损。对于等壁厚单螺杆泵来讲,其最大的剪切应变在橡胶衬套的外层,这意味着等壁厚单螺杆泵橡胶衬套外层与钢套之间的联接强度将受到考验,衬套外层与钢套之间的联接处可能是等壁厚单螺杆泵的疲劳失效处。     

稠油开采中常规螺杆泵定子衬套磨损研究

为研究稠油开采中常规螺杆泵定子衬套的接触磨损,通过摩擦试验研究在不同转速和载荷下,定子衬套所用丁腈橡胶在高温含砂稠油中摩擦因数的变化规律。实验结果表明:定子橡胶的摩擦因数随着转数的增加先增大后减小,之后几乎保持不变;随着法向载荷的增大,定子橡胶的摩擦因数先减小后增大。以试验测得的摩擦因数为依据,利用有限元分析方法,对高温含砂稠油中螺杆泵定转子之间的接触进行分析,研究摩擦因数、过盈量、工作压差等因素对定子衬套接触磨损的影响。分析结果表明:衬套的剪应变随着衬套摩擦因数、过盈量、工作压差的增大而增大;位移量随着摩擦因数的增大而减小,随着过盈量的增大而增大;工作压差不但影响定子衬套内轮廓接触位置的磨损,还加剧衬套外壁面的黏着磨损。     

三头单螺杆泵参数化实体建模与接触分析

定子作为螺杆泵的主要部件,其受力以及变形情况严重影响着螺杆泵的工作性能和寿命。因此,对接触状态下三头单螺杆泵易损件—定子的受力及变形规律进行研究分析至关重要。通过坐标变换方法推导出三头单螺杆泵定子端面线型方程,运用Top-down设计思想并结合PTC Creo3.0、Mathcad软件对三头单螺杆泵进行参数化实体建模,利用有限元分析软件Workbench分析了接触状态下泊松比、均匀内腔压力对三头单螺杆泵定子橡胶变形规律的影响。研究结果表明:定子橡胶轮廓变形位移与泊松比成反比,与定子内腔均匀压力成正比。上述建模和分析方法,不仅提高了多头单螺杆泵的设计效率,且误差较小,为进行多头单螺杆泵深入研究提供了参考。     

煤层气排采螺杆泵定、转子接触应力研究

为了研究煤层气排采中螺杆泵定、转子的接触应力状况,以螺杆泵转子近圆心位置的两点为对象,建立了运动方程,并比较了在纯滚动状态下的有限元分析结果与赫兹(Hertz)接触应力的误差,得出与赫兹(Hertz)接触应力相近的结果,在过盈量为0.05 mm至0.3 mm范围内,最大误差值为2.46%,最小误差值仅为0.048%;考虑定、转子接触非线性,用罚函数法引入接触界面约束条件,用ANSYS Workbench软件来求解定、转子接触应力。结果表明,螺杆泵在工作时,定子与转子的接触应力受接触位置、过盈量的影响显著;当定、转子摩擦系数不为0时,摩擦系数对接触应力的影响不敏感;当转子转速较高时,转速对接触应力的影响不敏感。     

螺杆泵定转子过盈接触三维有限元分析

常规单螺杆泵包含两个主要的部件即橡胶定子和金属转子,定子与转子之间的相互作用是影响螺杆泵性能的主要因素之一.采用非线性有限元方法分析了螺杆泵定转子在初始过盈下的变形,结果表明转子在过盈力的作用下发生扭转与偏转;而且在初始过盈作用下圆弧段过盈小于初始过盈值,两条直线段的过盈并不相等.     

三头单螺杆泵定转子接触磨损分析

采用ANSYS软件对短幅内摆线外等距曲线及短幅外摆线内等距曲线2种线型的三头单螺杆泵在过盈及压差作用下的变形、受力及接触情况进行有限元分析,得到定转子接触时变形及应力分布云图,比较2种线型三头单螺杆泵的密封性能.结果表明:过盈量的存在是实现螺杆泵密封的重要条件;压差的存在使定子橡胶发生较大的变形,应力应变值也相应增加;短幅内摆线外等距曲线三头单螺杆泵密封性能优于短幅外摆线内等距曲线三头单螺杆泵.     

基于摩擦学系统理论的采油螺杆泵定子橡胶磨损分析

定子橡胶在原油介质下的减摩耐磨特性是衡量采油螺杆泵的主要技术指标之一。采油螺杆泵的运行环境复杂,影响其定子橡胶磨损的因素较多,属于典型的非线性系统问题。基于摩擦学系统理论,以橡胶定子、金属转子、石油介质、螺杆泵机械结构为主要元素,构建出采油螺杆泵的摩擦学系统框架;列出各元素特性,分析各元素之间的相互联系,并提出求解方法;对螺杆泵定子橡胶材料去除的摩擦学机制进行归纳,并初步讨论摩擦学机制与该摩擦学系统的关系。     

高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明：在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。     

单螺杆泵截面型线参数对定子磨损的影响

分析了单螺杆泵定子的磨损方式,依据丁腈橡胶的磨损规律,分析了单螺杆泵接触点相对滑动速度与接触角在钢转子与丁腈橡胶定子在啮合过程中的变化规律。结果表明,提高流动接触点相对滑动速度和降低固定接触点综合曲率能有效降低定子磨损。     

螺杆泵转子再制造技术研究

针对油田现场应用的螺杆泵配泵合格率低和螺杆泵在出厂过程中出现部分不合格产品,以及井上返厂的螺杆泵转子表面经常出现磨损、镀层脱落等状况,开展了螺杆泵转子再制造技术研究。通过采用镍基碳化钨冶金粉末修复,使再制造后的转子性能达到甚至超过原转子,并且再制造螺杆泵转子的成本仅有原电镀转子的50%,不但为企业清理了积压的库存,节省了成本,还为螺杆泵在油田的推广应用打下坚实基础。     

输送水煤浆的单螺杆泵定子磨损机理分析

水煤浆技术作为洁净煤工程的一个重要组成部分和煤炭加工的一种新途径,越来越受到各个方面的重视。但是输送水煤浆的单螺杆泵定子耐磨性差是影响水煤浆技术应用的一个重要方面。本文通过建立物理模型和运用扫描电镜(SEM)对定子磨损表面进行观察,对单螺杆泵定子磨损机理进行了分析,认为输送水煤浆的单螺杆泵的定子的磨损形式是水煤浆的磨粒侵蚀和转子的湿磨粒磨损的交替作用,而磨损机理则与定子断面各部分受力及介质有关。