雙頭單螺桿泵與圓截面鋼質(zhì)連續(xù)抽油桿的配套應(yīng)用

螺桿泵在開采稠油、含砂原油和中深低原油方面有明顯的優(yōu)越性。隨著油井不斷向深層發(fā)展,在泵掛深度愈來愈大的情況下,管式螺桿泵的檢泵工作勢(shì)必費(fèi)時(shí)費(fèi)工,采油成本相對(duì)較高。介紹一種地面驅(qū)動(dòng)桿式螺桿泵,論述了其基本結(jié)構(gòu)和工作原理。這種桿式螺桿泵可以縮短檢泵作業(yè)時(shí)間,從而降低油田的作業(yè)成本。

井下采油螺桿泵因具有較高的系統(tǒng)效率而日益受到重視。但是單頭單螺桿泵由于受到自身結(jié)構(gòu)和油井井身結(jié)構(gòu)的限制,其排量比雙頭單螺桿泵要小,從而難以滿足油井的產(chǎn)量需求。文章簡(jiǎn)述了雙頭螺桿泵的技術(shù)特點(diǎn)以及在勝利油田的應(yīng)用情況。通過在勝利油田的使用表明,地面驅(qū)動(dòng)雙頭單螺桿泵在含沙油井開發(fā)中有良好的應(yīng)用前景。

在對(duì)各種擺線分析比較的基礎(chǔ)上,提出采用短幅內(nèi)擺線作為原始齒形曲線用于定子骨線設(shè)計(jì),其共軛曲線用于轉(zhuǎn)子的雙頭單螺桿泵設(shè)計(jì)。推導(dǎo)出這種雙頭單螺桿泵的轉(zhuǎn)子和定子線型的數(shù)學(xué)方程式,并利用pro/e對(duì)其進(jìn)行虛擬建模,為雙頭單螺桿泵的加工及改進(jìn)提供參考。

地面驅(qū)動(dòng)單螺桿泵抽油桿失效類型有斷桿、脫扣,以及抽油桿與接箍聯(lián)接螺紋剪切破壞等。影響地面驅(qū)動(dòng)單螺桿泵抽油桿失效的主要因素有桿柱安全系數(shù)小,抽油桿剛度差,砂卡及高粘油膠質(zhì)沉積,過載保護(hù)不理想及配合螺紋精度低及接箍材料不合格等。提出應(yīng)改進(jìn)過載保護(hù)系統(tǒng),正確設(shè)計(jì)抽油桿柱,合理選取有關(guān)參數(shù),進(jìn)行剛度校核及嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),確保螺桿泵系統(tǒng)高效可靠地運(yùn)行。

單螺桿泵井抽油桿柱的有限元分析

為了提高雙頭單螺桿泵的工作效率和使用壽命,研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其工作效率及使用壽命的影響。基于橡膠mooney-rivlin雙參數(shù)模型理論,考慮橡膠襯套材料具有非線性變形特性、內(nèi)壓及轉(zhuǎn)子慣性對(duì)橡膠襯套的作用,建立了雙頭單螺桿泵一個(gè)導(dǎo)程的定轉(zhuǎn)子三維嚙合模型,分析了過盈量、偏心距對(duì)螺桿泵定子襯套應(yīng)力和摩擦阻力矩的影響。數(shù)值模擬結(jié)果顯示,偏心距選擇7.5mm時(shí),過盈量由0.2mm增加到0.6mm,螺桿泵摩擦阻力矩從88.52n·m增大到466.51n·m,襯套應(yīng)力峰值由1.4mpa增加到1.8mpa;而過盈量取0.4mm時(shí),偏心距由7.3mm增大到7.5mm,摩擦阻力矩從240.00n·m僅增加到264.77n·m,襯套應(yīng)力峰值由1.28mpa增加到1.62mpa。這表明,合理搭配過盈量和偏心距可以提高螺桿泵的工作效率和使用壽命,為螺桿泵設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

用ansys對(duì)雙頭單螺桿泵襯套的受力情況作了有限元計(jì)算,為了提高計(jì)算效率,將螺桿泵襯套的有限元模型簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變模型求解。討論了雙頭單螺桿泵襯套在受到均勻壓力與非均勻壓力,以及襯套和螺桿在靜態(tài)接觸的情況下,襯套內(nèi)各點(diǎn)的變形、應(yīng)力與應(yīng)變的分布;揭示了雙頭單螺桿泵襯套的受力狀態(tài)和變形規(guī)律。為雙頭單螺桿泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能改善提供了參考依據(jù)。

應(yīng)用timoshenko梁軸模型分析了單螺桿泵抽油桿的動(dòng)力學(xué)特性,根據(jù)timoshenko梁軸模型的運(yùn)動(dòng)方程得出了單螺桿泵抽油桿柱運(yùn)動(dòng)方程的解。該分析方法可求出抽油桿作渦動(dòng)時(shí)的變形,有效地了解抽油桿的動(dòng)力特性。這種方法用于從理論上分析地面驅(qū)動(dòng)式單螺桿泵抽油桿動(dòng)力特性,還須進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

運(yùn)用有限元方法對(duì)三種線型的雙頭單螺桿泵襯套進(jìn)行力熱耦合模擬研究。給出了在額定工況下,螺桿泵襯套溫度場(chǎng)分布云圖。揭示了螺桿泵襯套的溫度分布規(guī)律,彌補(bǔ)了螺桿泵襯套溫度場(chǎng)難以測(cè)量的問題。為雙頭單螺桿泵襯套的熱分析、型線選擇、性能優(yōu)化等提供參考依據(jù)。

針對(duì)雙頭單螺桿泵在工作過程中,還沒有能夠直接對(duì)井下工況襯套橡膠的溫度場(chǎng)分布等進(jìn)行有效的測(cè)試,定子襯套又容易實(shí)效、襯套型線對(duì)螺桿泵工作性能影響很大的現(xiàn)狀,對(duì)雙頭單螺桿泵襯套進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬研究則是一個(gè)嘗試。鑒于雙頭單螺桿泵襯套的特殊形狀將三維模型合理簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變模型進(jìn)行模擬研究。運(yùn)用有限元方法對(duì)三種線型的雙頭單螺桿泵襯套進(jìn)行力熱耦合模擬研究。給出了在額定工況下,螺桿泵襯套溫度場(chǎng)分布云圖。揭示了螺桿泵襯套的溫度分布規(guī)律,彌補(bǔ)了螺桿泵襯套溫度場(chǎng)難以測(cè)量的問題。為雙頭單螺桿泵襯套的熱分析、型線選擇、性能優(yōu)化等提供參考依據(jù)。

本文將目前國內(nèi)外對(duì)單螺桿泵定子的磨損研究情況作一綜述,對(duì)常規(guī)單螺桿泵和等壁厚單螺桿泵進(jìn)行了接觸分析。針對(duì)目前單螺桿泵"定子受壓側(cè)直徑與圓弧連接點(diǎn)處的磨損最大"的現(xiàn)象,從疲勞磨損的角度進(jìn)行了深入研究,認(rèn)為這是由于在圓弧段對(duì)角處的剪切應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它地方,在周期性載荷的作用下橡膠表面產(chǎn)生重復(fù)的壓縮、拉伸和交變剪切應(yīng)力而發(fā)生多次變形,從而使橡膠表層發(fā)生疲勞磨損。對(duì)于等壁厚單螺桿泵來講,其最大的剪切應(yīng)變?cè)谙鹉z襯套的外層,這意味著等壁厚單螺桿泵橡膠襯套外層與鋼套之間的聯(lián)接強(qiáng)度將受到考驗(yàn),襯套外層與鋼套之間的聯(lián)接處可能是等壁厚單螺桿泵的疲勞失效處。

基于單螺桿泵的工作原理,分析其運(yùn)行時(shí)的阻力因素和功耗情況,經(jīng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐,對(duì)單螺桿泵襯套的斷面形狀進(jìn)行了改進(jìn)。通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),本次改進(jìn)減小了螺桿與襯套之間的摩擦功耗,提高了泵的效率,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

介紹了一種新型的潛油（水）泵裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，并分析了液動(dòng)式單螺桿泵應(yīng)用中的幾個(gè)問題

根據(jù)單螺桿泵系統(tǒng)的工作原理,對(duì)螺桿泵抽油系統(tǒng)中抽油桿柱進(jìn)行了受力分析,并選擇了一口井的實(shí)際參數(shù)為例進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)實(shí)際計(jì)算結(jié)果,指出螺桿泵抽油桿柱系統(tǒng)的強(qiáng)度校核必須考慮剪切強(qiáng)度,但可以采用簡(jiǎn)化措施進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)過多年的開發(fā)研究,電動(dòng)潛油單螺桿泵采油工藝應(yīng)用實(shí)施,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況與地面機(jī)械驅(qū)動(dòng)單螺桿泵采油工藝進(jìn)行了對(duì)比,著重對(duì)單螺桿式減速器及以齒輪傳動(dòng)為特征的減速器進(jìn)行了分析,確定了單螺桿泵最佳實(shí)際排量與油井產(chǎn)能的匹配,明確了工藝配套技術(shù)的完善方向,指出電動(dòng)潛油單螺桿泵采油工藝可作為克服抽油桿、油管偏磨的一項(xiàng)替代技術(shù)。

介紹單螺桿泵應(yīng)用于油田聯(lián)合站的原油外輸工程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)原站雙螺桿油氣混輸泵的替代性改造,解決了含固體雜質(zhì)原油的外輸問題,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)電和工作環(huán)境改善的效果。

第一節(jié)軸向壓力和徑向壓力的計(jì)算 單螺桿泵軸向壓力和壓力的計(jì)算是確保泵能正常運(yùn)行的很重要的一環(huán)，其值也直 接決定了泵的軸承的計(jì)算和選型。計(jì)算軸向壓力值考慮正常狀態(tài)下的運(yùn)行，不考 慮泵起動(dòng)時(shí)或運(yùn)行時(shí)發(fā)生干摩擦的情況，因?yàn)檫@些情況會(huì)出現(xiàn)軸向力非正常的增 大，造成運(yùn)行的不穩(wěn)定。目前關(guān)于軸向壓力的計(jì)算（軸向壓力直接影響徑向壓力） 尚無精確的計(jì)算公式，主要是泵運(yùn)行時(shí)摩擦力引起的軸向壓力的計(jì)算至今無法解 決，國內(nèi)外都采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法。 一、軸向壓力的計(jì)算： 認(rèn)為單螺桿泵的軸向壓力pz由以下幾部分構(gòu)成： 1)密封腔內(nèi)介質(zhì)移動(dòng)時(shí)定子內(nèi)的分力pz1。pz1應(yīng)用彼得羅夫液體摩擦的公 式計(jì)算： 1 1 z avp （1） 式中μ——液體的動(dòng)力粘度； a1——滑動(dòng)表面面積，取a1為定子內(nèi)螺旋腔總的表面積； ν——表面相對(duì)滑動(dòng)速度，取其值為軸向流速為tn/60； δ——摩擦面之間的液膜

g單螺桿泵型號(hào)及參數(shù) 一、偏心單螺桿泵產(chǎn)品概述： g系列單螺桿泵是按迥轉(zhuǎn)嚙合容積式原理工作的新型泵種，主要工作部件是偏心螺桿(轉(zhuǎn)子) 和固定的襯套(定子)。 由于該二部件的特殊幾何形狀，分別形成單獨(dú)的密封容腔，介質(zhì)由軸向均勻推行流動(dòng)，內(nèi) 部流速低，容積保持不變，壓力穩(wěn)定，因而不會(huì)產(chǎn)生渦流和攪動(dòng)。每級(jí)泵的輸出壓力為 0.6mpa，揚(yáng)程60m(清水)，適用于輸送介質(zhì)溫度80℃以下(特殊要求可達(dá)150℃)。 因定子選用多種彈性材料制成，所以這種泵對(duì)高粘度流體的輸送和含有硬質(zhì)懸浮顆粒介質(zhì) 或含有纖維介質(zhì)的輸送，有一般泵種所不能勝任的特點(diǎn)。其流量與轉(zhuǎn)速成正比。 傳動(dòng)可采用聯(lián)軸器直接傳動(dòng)，或采用調(diào)速電機(jī)，三角帶，變速箱等裝置變速。 這種泵零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，維修簡(jiǎn)便，轉(zhuǎn)子和定子是本泵的易損件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 便于裝拆。 二、偏心單螺桿泵產(chǎn)品特點(diǎn)： 偏心單螺桿泵具有自

井下采油單螺桿泵因具有較高的系統(tǒng)效率而日益受到重視。目前已開發(fā)的井下單螺桿泵有地面驅(qū)動(dòng)采油單螺桿泵、電動(dòng)潛油單螺桿泵、單螺桿液動(dòng)機(jī)-單螺桿泵裝置和多頭螺桿泵。簡(jiǎn)述了單螺桿泵定子襯套選用的材料和轉(zhuǎn)子的表面處理方式,介紹了單螺桿泵在國外的使用情況。指出井下采油單螺桿泵主要朝增大泵的下井深度,加大泵的排量,延長泵的使用壽命和拓寬泵的使用范圍等方向發(fā)展。最后就國內(nèi)開發(fā)和推廣螺桿泵工作規(guī)劃提出了建議。

本文分析了影響單螺桿泵采油井系統(tǒng)效率的因素,以系統(tǒng)效率為目標(biāo)進(jìn)行了單螺桿泵采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),使泵的工作點(diǎn)最大限度地趨近系統(tǒng)效率最高點(diǎn),使單螺桿泵與采油井達(dá)到合理匹配,提高油井產(chǎn)能,延長油井的檢修周期。

針對(duì)螺桿泵性能和特性的理解、認(rèn)識(shí)及合理應(yīng)用,首先應(yīng)從掌握螺桿泵的基本原理入手。根據(jù)單螺桿單頭螺桿泵定、轉(zhuǎn)子嚙合過程,推導(dǎo)了單螺桿單頭螺桿泵轉(zhuǎn)子曲線方程、定子曲線方程。而轉(zhuǎn)子螺旋型面是橫截面均為半徑為r的圓,定子內(nèi)腔型線由多段型線構(gòu)成封閉連續(xù)接觸線并與轉(zhuǎn)子型線形成密封單元。

在鋼鐵廠污水中,依據(jù)特殊選材使得奈莫泵得以成功使用,推薦一種新的鋼鐵廠污水輸送設(shè)備。