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发布时间:2016-09-23  发布者:星河泵业

本文以采油用单螺杆泵的螺杆一衬套副为研究对象,利用理论分析和仿真模拟方法,综合分析螺杆在衬套内的运动特点,推导出了多头短幅(普通)内摆线型螺杆一衬套副间的齿凸接触点和齿凹接触点的相对滑动速度数学表达式,对现有的表达式进行了修正。将利用该解析式绘制出的滑动速度曲线与在螺杆泵建模系统中建模并进行运动仿真出的曲线对比,表明转子接触点的滑动速度数学表达式的正确性。将该方法应用于油田上广泛使用的单头普通内摆线型螺杆泵,与现用方法相比,分析过程大大简化。该方法同样可以推广应用于短幅外摆线型螺杆泵的研究。

本文开发了螺杆泵建模系统,该系统可针对各类不锈钢螺杆泵,只要在界面输入本文分析确定的螺杆泵基本结构参数,即可在SoildWorksApp内生成相应的螺杆泵三维实体模型。本文分析了螺杆泵压力的形成和传递过程,并给出了压力分布规律的表达式。

本文依据保温螺杆泵的工况及相关试验数据,建立了螺杆泵三维实体的有限元分析模型。定子橡胶的本构关系采用Mooney模型。进行了非线性接触有限元模拟计算,得出螺杆一衬套副间的接触压力及其分布规律,以及定子橡胶所受的剪应力和等效应力的分布规律。将螺杆泵的平均接触压力的数值模拟分析结果与试验分析结果对比误差为7%,表明螺杆泵有限元模型的正确性。

螺杆泵采油作为一种新兴的人工举升方式,具有投资少、设备结构简单、操作方便、节能效果明显以及适应性强等特点,能有效降低采油成本,提高采油效益,由于拥有抽油机柱塞泵、潜油电泵、水力活塞泵等机采方式无法比拟的优点,倍受国内外油田重视,并有望成为油田主要的机采方式之一。

3G螺杆泵与其它机械采油设备相比,具有以下优点:

(1)一次性投资少。单螺杆泵与电动潜油泵、水力活塞泵和游梁式(链条式)抽油机相比,结构简单,一次性投资低。

(2)泵效高,节能效果好,维护费用低。由于螺杆泵是螺旋举升的容积泵,流量无脉动,轴向流动连续,流速平稳,负载稳定,机械损失小,泵效可高达90%,是现有机械采油设备中能耗小、效率较高的机种之一。

(3)安装方便,占地面积小。螺杆泵地面装置简单,安装方便,可以直接安装在井口套管四通上,除原井口外,几乎不另占面积。

(4)适合稠油开采。保温螺杆泵可开采的原油的粘度范围较广,适合于粘度为8000mPas(50℃)以下的原油开采,因此多数稠油井都可以应用。

(5)适用于高含砂井。理论上,不锈钢螺杆泵可输送含沙量达80%的砂浆,在原油中含砂量高达40%的情况下,螺杆泵仍可正常生产(沙埋情况除外)。

(6)适应高含气井。螺杆泵不会气锁,因此较适合于油气混输,但井下泵入口的游离气体会影响容积效率。

(7)适合于海上油田纵式井组和水平井。螺杆泵可下在斜直井段,而且设备占地面积小,因此适合于海上采油。

但螺杆泵在使用过程中也要受到如下条件的限制:

(1)排量限制。目前螺杆泵的大排量一般低于400m3/d,虽然研究人员试图通过结构参数优化、增加运动比值等途径提高螺杆泵的排量,但受到研究条件和其它条件的限制,目前实际效果并不明显。

(2)扬程限制。三螺杆泵的扬程与转子与定子的过盈值和级数密切相关,增大这两项参数,势必会导致扭矩的大幅度增加,工作环境更加恶劣,从而增加抽油杆柱断裂的危险。另外,螺杆泵的加工工艺也限制了螺杆泵转子和定子的长度。目前,国外螺杆泵的扬程大可以达到2000m以上,而国内大只能达到1500m以下,限制了螺杆泵应用于深井的开采。

(3)工作温度限制。螺杆泵定子衬套一般采用丁睛橡胶,因此螺杆泵的工作温度决定于丁睛橡胶的耐热性能。

(4)应用条件的限制。不同橡胶的配方对不同的原油物性适应性也不同,这主要是原油中烃的组分对橡胶性能的影响不同造成的。HZS含量高会使橡胶变硬、变脆,降低定子的使用寿命。在采油的增产措施(如三元复合驱等)中使用的化学药剂对定子橡胶也会有影响,如溶胀、结垢等。

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