等壁厚定子螺杆泵研究及应用前景探讨

为了改善常规螺杆泵的使用性能和提高其系统效率 ,开发研究了等壁厚定子螺杆泵。国内外等壁厚定子螺杆泵的研究与应用表明 ,与常规螺杆泵相比等壁厚定子螺杆泵具有以下优点 :( 1)良好的散热特性 ,提高了泵的工作寿命 ;( 2 )均匀的橡胶膨胀 ,提高了泵的工作稳定性 ;( 3)单级承压高 ,提高了系统效率 ;( 4 )可提高泵效 ,降低采油成本 ,具有良好的技术经济指标。这种螺杆泵的技术关键是定子泵筒的加工工艺及焊接问题。     

等壁厚定子螺杆泵的有限元分析

针对常规螺杆泵的受力、散热和溶胀不均匀等技术问题,设计开发了等壁厚定子螺杆泵。通过改变泵体结构,保证定子橡胶层为均匀厚度,从而改善了螺杆泵工作性能。利用有限元分析软件ABAQUS对等壁厚定子进行研究,得出等壁厚定子在不同工况下的受力状态和变形规律;建立了等壁厚定子温度场有限元分析模型,用ANSYS有限元分析软件进行分析计算,获得了等壁厚定子内部的温度场分布情况,为等壁厚定子螺杆泵发展提供了理论依据。室内试验和现场试验表明,等壁厚定子螺杆泵具有良好的工作性能,是一项很有前途的新技术。     

国外螺杆泵举升工艺的新进展

1 ,等壁厚定子螺杆泵加拿大Weatherford公司开发了一种等壁厚定子螺杆泵 ,在腐蚀和高压条件下 ,使用寿命和常规螺杆泵相同。与常规螺杆泵相比 ,等壁厚螺杆泵的泵体短 ,扭矩小 ,易于洗井。该型泵具有以下优点 :①提高散热效率 ;②单级泵压差增大 ,可以缩短泵的长度 ,减少扭矩和功率 ;③橡胶溶胀 ,热胀均匀 ;④适应范围更广 ;⑤结构更加优化 ;⑥转子不需抛光 ;⑦泵体质量更轻 ;⑧为洗井和压力监测提供了通道。2 ,金属定子螺杆泵加拿大CAN -K公司开发了一种金属定子螺杆泵 ,其定子采用高铬钢材料 (铬含量达 2 8% )制作 ,定子表面采用碳化钨加…     

等壁厚螺杆泵定子对模工艺研究

等壁厚螺杆泵与普通螺杆泵相比系统效率高,使用寿命长,是近年来螺杆泵重点发展方向之一,定子对模是等壁厚螺杆泵的重要生产工艺。对定子对模工艺进行了研究,总结了几种故障形式,并对故障原因进行分析,找出影响对模工艺的因素;提出了解决措施,有效提高了定子对模工艺水平。     

螺杆泵定子受力及变形规律分析

利用有限元分析手段对常规螺杆泵和等壁厚螺杆泵定子的受力及变形规律进行研究,在此基础上,对螺杆泵定子的受力及变形特点进行了对比分析.结果表明,等壁厚螺杆泵的变形量小,变形分布也平坦,这个结果说明在实际应用中,等壁厚螺杆泵定、转子的啮合性能好,以最小的过盈可达到最佳的配合.     

等壁厚定子螺杆泵应用效果分析

大庆油田螺杆泵采油技术得到了广泛应用,配套采油技术逐步完善。但在现场应用过程中发现,由于螺杆泵举升工作性能不能长期保持高泵效,导致沉没度高和中后期调参增液不明显问题越来越突出,检泵周期与抽油机相比也存在一定的差距,螺杆泵人工举升技术的优势没有得到充分发挥。通过改变螺杆泵定子结构,保证螺杆泵定子橡胶层厚度均匀,研制了等壁厚定子螺杆泵。这种螺杆泵定子结构的改善可以保证橡胶均匀的温、溶胀,从而改善了螺杆泵的工作性能,提高了使用寿命。     

等壁厚与常规井下螺杆泵对比分析

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀致使其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,而等壁厚定子螺杆泵通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能。采用ANSYS对常规螺杆泵和等壁厚螺杆泵的定子衬套进行受力和变形研究,找出了2种螺杆泵定子橡胶衬套在不同工况下的受力状态和变形规律,并进行了对比分析,得出了2种螺杆泵的截面型线的变形规律,为型线的设计提供了依据。最后对2种螺杆泵进行了室内性能对比试验,结果表明,在相同压力下,等壁厚螺杆泵的容积效率更高,且在许可的容积效率下,其承压能力更强。     

等壁厚螺杆泵定子橡胶成型工艺研究

橡胶属于高黏性流体,其流动性差,加工零件在浇注加压时因异型及空间狭长等因素,很可能会导致浇注压力过大,造成加工过程中的失效。等壁厚螺杆泵定子注胶成型就是一种典型的高黏性流体在狭长空间内的成型过程。由于本身结构细长,且同普通的螺杆泵定子相比,截面空间更小,易导致成型过程中的失效。以等壁厚螺杆泵定子制造工艺为研究对象,开展了深入的研究,形成了一套橡胶在狭长空间内浇注成型的工艺方法。通过改善橡胶性能、控制浇注温度、调整浇注压力等措施,既保证了橡胶在狭长异型内腔顺利浇注成型,又缩短了胶注时间,提高了工作效率。     

METHOD OF ENHANCING PCP OPERATION PERFORMANCES

普通螺杆泵定子橡胶横截面厚度不均匀,在采出井井筒条件下产生溶胀温胀,定子长轴和短轴的橡胶变形量不一致,导致定转子型线配合精度变差,影响螺杆泵工作性能.通过调整普通螺杆泵的结构参数和研制橡胶等厚的等壁厚螺杆泵2种方法,提高了螺杆泵定转子型线配合精度,改善了螺杆泵的密封性能.室内实验普通螺杆泵和等壁厚螺杆泵运转初始扭矩分别减小40％和50％,现场试验系统效率分别提高5％和10％,进一步发挥了螺杆泵节能降耗的技术优势.     

单螺杆泵定子有限元分析

螺杆泵定子是螺杆泵中的关键部件.利用ANSTYS有限元分析软件对常规单螺杆泵的定子进行研究,在定子承受5 MPa均匀压力作用下,得出了定子、定子橡胶和定子钢套的应力、应变和内轮廓的变形量;分析了常规单螺杆泵定子变形的特点及规律.     

空心转子螺杆泵采油系统的研究及现场应用

空心转子螺杆泵采油系统由地面部分、电控部分、井下泵及配套工具等4部分组成，其中井下泵的空心转子由等壁厚的空心管在特殊模具和设备上一次拉制成型。采用空心转子螺杆泵采油技术可实施大排量、快速热洗清防蜡工艺；实施实心螺杆泵无法做到的油井测压工艺，并具有防抽油杆柱脱扣功能。7口常规抽油机无法正常运转的油井采用空心转子螺杆泵后运转情况良好，平均泵效74％。空心转子螺杆泵采油技术有望在剖面测试和同井注采方面获得应用。     

空心转子螺杆泵洗井工艺技术

为了解决螺杆泵油井热洗需要用吊车将转子提出定子工作筒和因抽油杆疲劳发生断脱修井作业时因转子不能提出定子工作筒而无法洗井的问题,研制了不同型号配合洗井单流阀的空心螺杆泵转子。若因故障停井或检泵作业时,采取洗井措施(不需要将转子提出定子),就能将泵上死油、稠油清洗干净,这既解决了故障停井的恢复,又解决了检泵作业的污染问题。现场200余井次的应用,成功率100%,实现了螺杆泵洗井工艺的重大突破,提高了单井有效时率和原油产量。     

螺杆泵在油田应用的可能性

螺杆泵采油方法主要由地面驱动装置、井口防喷盒、抽油杆、井下泵的转子和定子构成。定子依靠地面驱动装置输出的动力,旋转抽油杆,通过抽油杆把动力传给井下泵的转子,使转子在固定在油管上的定子中旋转,从而将定子空腔内的液体均匀地排出泵筒,把井底的原油连续地举升到井口。1986年大庆油田引进了4台螺杆泵,共在3口井上进行了4井次试验。初期效果好,产油量最高可增加2.25倍。但由于泵筒中橡胶与钢管粘贴的质量问题、地面装置的质量问题及油井管柱的锚定问题等,影响了螺杆泵的使用寿命。但这些问题都可在使用中逐步加以解决,所以从长远考虑,推广螺杆泵采油法仍是可行的。     

采油用单螺杆泵排量的优化设计

目前,大储量油田的螺杆泵采油存在排量局限性问题.建立螺杆泵排量的数学模型,采用拉格朗日乘数法对螺杆泵的排量进行优化设计,得到螺杆泵中定子螺距、定子橡胶外径和定子橡胶的最小壁厚(双边)之间的最佳关系式,及螺杆泵螺旋角的最优解.确定了螺杆泵排量的优化设计表达式;分析了螺杆泵的排量与定转子头数比扣转子头数之间的关系.转子头数取值并不是越大越好,认为转子头数取6左右为最佳.     

等壁厚螺杆钻具定子衬套变形规律研究

研究了静压和压差对等壁厚螺杆钻具定子橡胶衬套变形规律的影响,并与常规螺杆钻具定子衬套做了比较。分析结果表明,静压和压差作用对等壁厚定子衬套变形规律的影响与常规定子衬套相比有很大区别,如等壁厚定子衬套弧底位移最大,弧顶位移最小,与常规定子衬套相反;等壁厚定子衬套变形受内压作用影响比常规定子衬套小,且随着压力增加,等壁厚定子衬套内轮廓线各点法向位移增加较均匀;与常规定子衬套相比,等壁厚定子衬套具有更高的抗压能力和更好的密封性能。因此,采用等壁厚定子衬套可提高螺杆钻具的工作效率和延长其使用寿命。     

双头单螺杆泵结构优化设计

重点讨论了等壁厚双头单螺杆泵和常规双头单螺杆泵衬套在均匀压力和工作压差的作用下的变形、应力以及应变的变化情况。用ANSYS分别对衬套、螺杆的受力情况做了有限元计算,揭示了双头单螺杆泵衬套、螺杆的受力状态和变形规律,证实了等厚衬套优于常规衬套;并对螺杆的直径和导程进行了参数化优化研究;为等壁厚双头单螺杆泵的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

国外螺杆泵举升工艺的新进展

介绍了近年来国外在螺杆泵新工艺、新材料和新技术研究开发方面取得一批水平较高技术成果。等壁厚定子螺杆泵、金属定子螺杆泵、合成材料螺杆泵、插入式螺杆泵和多吸入口螺杆泵相继问世。美国Phillips石油公司在委内瑞拉Hamaca油田的稠油含砂油井和法国Kudu公司在蒸汽辅助重力泄油油井中率先使用螺杆泵 ,都取得了较好效果。这些新成果开发应用所呈现的特点是 :新材料的应用对改善螺杆泵的性能 ,延长定子使用寿命起到积极作用 ;结构的优化设计已经成为改善螺杆泵系统性能的有效手段 ;新开发技术成果可满足复杂井况作业要求     

一种空心等厚单螺杆泵

本实用新型涉及一种用于稠油开采的空心等厚单螺杆泵，由抽油杆接箍、油管接箍、等厚定子、空心等厚螺杆、尾管、螺杆端头、端头底座组成。此种螺杆泵采用的等厚定子外表面和等厚螺杆内表面均为曲面，散热面积大，散热效果好，既有利于延长泵的使用寿命，又可提高泵效、扬程和加热效果，还可与加热电缆或蒸汽、热水伴热相结合，有利于稠油开采，宜于推广应用。     

多相流条件下螺杆泵的工况

在实际运作中,螺杆泵作为气体多相流混合物的升压泵面临着可靠性问题,归纳为:泵压从排出口最近的腔体逐渐增加,较高的压力梯度使摩擦热量累积,最终导致螺杆泵橡胶定子的过早老化.本文首先描述了在多相流条件下,最近采用工业螺杆泵实施的测试情况,而后提出了一套描述螺杆泵在多相流介质中,泵受摩擦热、液压及机械等因素影响的分析模型.测试目标主要是:①检测螺杆泵系统在高气体含量条件下的工作状态;②分析泵在输送压力、流量及真实含气率条件下的性能;③描述气体在压缩情况下泵所产生的过热.本文也对螺杆泵的实验方案进行了描述,并提供了螺杆泵压力分布与产生热量之间关系的实验数据.利用新建立的分析模型,准确地解释了螺杆泵定子老化和故障风险的原因及预防措施.     

影响螺杆泵密封性能的直接因素分析

应用流体动力学和有限元法建立了螺杆泵的橡胶衬套和转子的接触模型,并进行数值模拟。分析了过盈量、橡胶材料硬度和泊松比对螺杆密封性能的影响,并对等壁厚螺杆泵和常规螺杆泵进行对比。结果表明：非理想的橡胶材料是可压缩的,在一定的内压力下会被压缩而产生漏失;过盈量越大、橡胶材料硬度越高和泊松比越大,螺杆泵的密封性能越好;相同条件下,常规螺杆泵的最大接触压力曲线下降的更快,而接触压力越小,密封性能越低,这说明等壁厚螺杆泵密封性能比常规螺杆泵要好。