3D THERMODYNAMIC ANALYSIS AND INTERFERENCE ADJUSTING METHOD OF THE PROGRESSIVE CAVITY PUMP FOR OIL PRODUCTION

通过对油田广泛应用的采油螺杆泵定转子进行三维数值模拟,利用单向解耦的方法分析了螺杆泵定子内部温度场的分布及特点,分析了定转子过盈的变化规律及其对螺杆泵工作特性的影响.结果表明:在定子橡胶滞后热的作用下,定子型线发生了改变,导致定转子过盈产生非均匀性的变化.从改变定转子型线配合及啮合的角度,提出了新的螺杆泵过盈调整方法,即同时调整螺杆泵转子直径和偏心2个参数.现场试验结果表明:过盈调整螺杆泵在降低工作扭矩、提高系统效率方面展现出了明显的优势.截至2011年3月底,大庆油田试验了过盈调整螺杆泵井36口,最长免修期达592 d,平均工作扭矩降低了13.8个百分点,平均系统效率提高了10.5个百分点.     

双头单螺杆泵定转子啮合转动仿真研究

为了提高双头单螺杆泵的工作效率和使用寿命,研究了结构参数对其工作效率及使用寿命的影响。基于橡胶Mooney-Rivlin双参数模型理论,考虑橡胶衬套材料具有非线性变形特性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,建立了双头单螺杆泵一个导程的定转子三维啮合模型,分析了过盈量、偏心距对螺杆泵定子衬套应力和摩擦阻力矩的影响。数值模拟结果显示,偏心距选择7.5 mm时,过盈量由0.2 mm增加到0.6 mm,螺杆泵摩擦阻力矩从88.52 N·m增大到466.51 N·m,衬套应力峰值由1.4 MPa增加到1.8 MPa;而过盈量取0.4 mm时,偏心距由7.3 mm增大到7.5 mm,摩擦阻力矩从240.00 N·m仅增加到264.77 N·m,衬套应力峰值由1.28 MPa增加到1.62 MPa。这表明,合理搭配过盈量和偏心距可以提高螺杆泵的工作效率和使用寿命,为螺杆泵设计及结构参数优化提供了理论依据。      

结构参数对单螺杆泵密封性能的影响

通过有限元数值模拟来分析结构参数对单螺杆泵工作性能的影响,主要对比分析了单螺杆泵初始模型、改变转子截面直径和改变转子偏心距后的模型,观察螺杆泵转子在定子中的初始位移及螺杆泵定、转子接触过盈力的变化规律。结果表明,实际工况下转子截面中心运动轨迹并非是理论上的直线,而是椭圆;减小转子截面直径能迅速降低密封线上的最大接触应力,而转子偏心距的减小不仅能降低密封线上的接触应力,而且能使密封线处的密封力更加均匀;可以通过增大或减小转子截面直径或偏心距的办法来保证圆弧处的密封力。     

地面驱动采油螺杆泵设计中的若干问题

在研究试验的基础上,阐明了在设计地面驱动采油螺杆泵时如何合理选择泵转速,转子与定子间过盈值和泵的每级承压值等参数问题;分析了螺杆泵的启动力矩、外特性曲线及最佳工作区域。     

溶胀对螺杆泵定转子过盈量的影响分析

常规采油螺杆泵在井下环境中,定子橡胶因溶胀会产生不均匀变形,这是设计定转子不可忽略的影响因素。为了分析不同头数定转子的溶胀变形规律及溶胀率和过盈量间的合理配合关系,定子橡胶材料选用Mooney-Rivlin模型,转子处理成刚体,建立了两头、三头、四头和五头螺杆泵定转子刚柔接触有限元模型。根据溶胀与温胀定子变形的相似特点,采用温度比拟法模拟溶胀,研究了定子溶胀变形规律及溶胀对接触压力的影响。研究结果表明:考虑密封要求,当溶胀率小于2.5%时,设计的过盈量应为正值,齿凹处接触压力较大;溶胀率大于2.5%时,设计的过盈量应为负值,齿凸处接触压力较大;当定子头数较多时,溶胀变形量小且齿凹处的接触压力小,对溶胀的适应性强;国内常用的定子橡胶在井下的溶胀率为3.0%~5.0%,过盈量应取负值。在现场应用中,可根据试验测定的定子橡胶溶胀率,对应找到合理的配合过盈量,这对定转子初始过盈量的设计具有很好的指导意义。     

采油螺杆泵漏失机理研究及三维仿真技术实现

建立了三维螺杆泵计算流体动力学分析模型,利用有限体积法计算得到螺杆泵液腔压力分布,进一步计算得到液压对转子的作用力和力矩;建立螺杆泵系统定转子过盈接触的有限元法计算模型,分析了液压作用在转子上的力和力矩对定转子之间相互作用的影响,以及定子的受力和变形情况,从液压角度提出解释螺杆泵漏失的力学机理.结果表明:液压作用在转子上的力是螺杆泵系统漏失的主要原因,液压作用在转子上的力矩加大了螺杆泵系统漏失程度.     

螺杆泵合理过盈量研究

十五期间，螺杆泵采油技术经过不断的自主研发，已基本成熟配套。但是，随着聚驱、三元试验驱油井的相继投产，不同区块间采出液物性差异较大，原油组分不同、黏度不同，对螺杆泵定子橡胶及泵工作特性的影响也就不同，造成部分区块螺杆泵井投产后泵效下降，工作扭矩增加，抽油杆断脱井数增加，限制了举升潜力的进一步发挥。所以开展适应不同区块的螺杆泵定转子间合理过盈量研究，对提高螺杆泵的使用效果，具有重要意义。     

螺杆泵采油技术在海拉尔油田深井中的应用

对螺杆泵在海拉尔油田深井中应用时出现的负载扭矩波动问题进行深入分析,认为其影响因素有4个,即螺杆泵定转子摩擦副的摩擦特性、初始装配过盈量及橡胶的温胀和溶胀量、工作转速和传动刚度。为此,采取如下预防措施:研制新型深井定子橡胶,提高定子橡胶对深井井况的适应性;研究深井定子橡胶在深井井况的温胀和溶胀规律,合理设计螺杆泵的初始过盈量。将新研制的螺杆泵在海拉尔油田的深井中进行试验,在井口附近听不到周期性振动声,系统负载扭矩、工作电流波动幅度大幅度减小或消失,检泵周期延长到450 d以上,收到了较好的应用效果。     

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.     

大庆油田三元复合驱螺杆泵综合防垢技术

为了解决大庆油田三元复合驱过程中螺杆泵普遍结垢严重的问题,开展了螺杆泵防垢举升工艺研究。全面分析了三元复合驱过程中螺杆泵结垢的原因与机理,以及结垢导致的螺杆泵井常见故障形式,认为结垢引起的螺杆泵定/转子配合精度变差、摩擦特性不规则、磨损加剧等问题是螺杆泵井故障率急剧升高的主要原因。基于此,提出了包括螺杆泵定/转子过盈量优化、设备材料表面改性和化学清/防垢相结合的螺杆泵井综合防垢举升工艺技术对策。截至2010年底,螺杆泵井综合防垢举升工艺技术已先后在油田216口井中累计应用425井次,措施后螺杆泵运行寿命大大延长,由措施前的平均不足100 d延长至298 d,其中最长运行寿命达到1 370 d,取得了良好的应用效果。图11表5参13     

钻井液连续波发生器转阀设计与信号特性分析

为了改善信号发生器的控制性能、提高连续波信号的产生速率与传输距离,需要设计合理的转阀阀口形状。根据压力-流量关系式推导出可以获得简谐波压力信号的阀口形状曲线方程,并据此方程对设计的转阀定转子形状进行了修正。通过三维流场仿真分析了不同定、转子轴向间隙对压力波信号的影响。结果表明,当轴向间隙小于1 mm时,推导所得的转阀阀口曲线可以获得较理想的简谐波压力信号。为了解决减小轴向间隙引起的阀口冲蚀和堵塞问题,建议在转阀设计中增加与转阀并联的旁路,在转阀入口处增加过滤装置。     

单螺杆油气混输泵的空间啮合理论

在推导螺杆、衬套空间曲面方程的基础上,研究了运动比i=1:2的单螺杆油气混输泵锥形螺杆—衬套副的空间啮合理论,分析了空间啮合特征和螺杆—衬套副的密封原理。螺杆—衬套副是定点运动的空间共轭副,在啮合过程中存在两次啮合现象,具有两类不同的瞬时接触线,围成作空间螺旋运动的密封腔。为了隔开高、低压端,共轭副的轴向长度不得小于一个完整密封腔的轴向长度。     

基于齿条啮合的螺杆钻具定转子造型设计理论

用传统的线型设计方法设计的定转子轮廓线在摆线弧和圆弧连接处不平滑,该部位在运行过程中不断磨损定子橡胶,会加速橡胶衬套的损坏,缩短螺杆钻具的使用寿命。而基于齿条啮合方法的定转子造型设计不仅可以克服传统线型的造型缺点,而且还可设定更多参数,获得的线型也更加多样,除了用于螺杆钻具定转子线型外,还可供其他螺杆式水力机械使用。为此,利用数学分析方法详细论述了螺杆钻具定子及其啮合转子的线型生成过程,得到了不同参数下的定子及其共轭转子线型的参数方程,可通过基本参数对定转子线型进行精细控制。比较了不同水平偏移量下定子线型的变化情况,阐述了该参数对线型的影响。研究结果可为螺杆式水力机械定转子线型设计提供参考。     

曲杆泵曲杆的形成原理及制造

曲杆泵的曲杆是由一个直径为ｄ的圆以其圆心绕直径为２ｅ的基圆柱表面作螺距ｔ的螺旋运动而形成的螺旋圆柱体。在导出由杆型面的方程后，提出了加工曲杆的两种方法，在曲杆螺距较小、直径较大时采用成型刀具法，其他情况均采用运动合成法。还介绍了采用运动合成法时齿轮齿数的选配和曲杆螺距的验算。     

双头单螺杆泵的线型设计及虚拟建模

在对各种摆线分析比较的基础上，提出采用短幅内摆线作为原始齿形曲线用于定子骨线设计，其共轭曲线用于转子的双头单螺杆泵设计。推导出这种双头单螺杆泵的转子和定子线型的数学方程式，并利用Pro／E对其进行虚拟建模，为双头单螺杆泵的加工及改进提供参考。