外摆线型采油螺杆泵举升性能研究

发布时间：2019-01-04 07:59

【摘要】：螺杆泵采油是油田生产的主要方式之一,目前大庆油田已进入三次采油阶段,对螺杆泵的举升性能和寿命提出了更高的要求。油田采油广泛使用的是内摆线型采油螺杆泵,且理论研究大部分也是针对内摆线型的。内摆线型螺杆泵存在寿命短,更换泵的成本高等缺点,而外摆线型螺杆泵转子是易损件,这样作业成本会大大降低,因此本文从改变螺杆泵的线型入手对外摆线型螺杆泵的举升性能进行研究,为外摆线型螺杆泵应用到油田生产奠定理论基础。根据短幅外摆线定、转子的骨线方程,运用Matlab软件编程获得定转子骨线坐标,在SolidWorks中用取点法绘出骨线并等距出型线,并对不同结构参数的外摆线型螺杆泵进行几何建模。根据螺杆泵采油的实际工况,将试验数据与五种本构模型进行拟合,选择Ogden模型作为转子外衬橡胶的本构模型并确定了模型参数,再通过选择单元类型、网格划分、接触对的建立与边界条件的设置等,建立了三分之一导程(包含两个完整腔室)的有限元分析模型。利用ANSYS软件模拟计算密封带上的接触压力,根据螺杆泵密封失效准则,判断出密封薄弱位置在长螺旋带的中部,以该区域作为研究对象,研究螺杆泵腔室间的密封和泄漏。在有限元模型的各腔室间施加不同的压力和压差,来模拟螺杆泵有限个腔室的工况,分别计算得出螺杆泵有限个相邻腔室间的临界接触压力。利用Matlab软件将有限个数据点拟合出临界接触压力随低压腔压力变化的曲线。再根据螺杆泵内各腔室压力传递规律,计算出压力场分布和螺杆泵的举升压力。采用控制变量法分别研究偏心距、导程及过盈量对外摆线型螺杆泵举升压力的影响,得出偏心距、导程和过盈量的合理取值范围。综合考虑摩擦应力、等效应力和排量,给出各类油井螺杆泵的优选原则,并以较大排量较深井为例对外摆线型单螺杆泵的结构参数进行了优选。
[Abstract]:Screw pump production is one of the main production methods in oil field. At present, Daqing oilfield has entered the stage of tertiary oil recovery, which puts forward higher requirements for lifting performance and life of screw pump. The inner cycloid screw pump is widely used in oil field production, and most of the theoretical studies are also aimed at the inner cycloid type. The inner cycloid screw pump has the disadvantages of short life and high cost of replacing the pump. The rotor of the outer cycloid type screw pump is easily damaged, so the operating cost will be greatly reduced. Therefore, the lifting performance of the external cycloidal screw pump is studied by changing the profile of the screw pump, which lays a theoretical foundation for the application of the external cycloid type screw pump to oilfield production. According to the bone line equation of short amplitude epicycloid stator and rotor, the coordinate of bone line of stator and rotor is obtained by using Matlab software. The bone line and isometric profile are drawn by taking points in SolidWorks, and the geometric model of cycloidal screw pump with different structure parameters is established. According to the actual working conditions of screw pump, the test data are fitted with five constitutive models, and the Ogden model is selected as the constitutive model of rotor-lined rubber, and the parameters of the model are determined. The finite element analysis model of 1/3 lead (including two complete cavities) is established for the establishment of contact pairs and the setting of boundary conditions. The contact pressure of seal belt is simulated by ANSYS software. According to the failure criterion of screw pump seal, the weak position of seal is judged in the middle of long spiral belt. Taking this area as the research object, the seal and leakage between the cavity of screw pump are studied. Different pressure and pressure difference are applied to the finite element model to simulate the working conditions of the finite number of cavity chambers of the screw pump. The critical contact pressure between the finite adjacent chambers of the screw pump is calculated respectively. A finite number of data points were fitted by Matlab software to fit the curve of critical contact pressure changing with the pressure of low pressure cavity. The pressure field distribution and lift pressure of the screw pump are calculated according to the pressure transfer law of each chamber in the screw pump. The influence of eccentricity, lead and interference on lifting pressure of cycloid type screw pump is studied by means of control variable method, and the reasonable range of eccentricity, lead and interference is obtained. Taking friction stress, equivalent stress and displacement into account, the optimum selection principle of various kinds of oil well screw pumps is given, and the structural parameters of the external cycloidal single screw pump with large displacement are selected as an example.
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE933.3

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本文编号：2400009