螺杆泵井扶正器结构优化与性能仿真

发布时间：2020-04-05 00:27

【摘要】：油田特高含水开发后期,各种新的生产问题不断涌现出来,其中有杆泵井杆管偏磨问题尤为突出。抽油杆扶正器作为一种防偏磨手段,对解决杆管偏磨问题起到了一定积极效果。但扶正器实际应用中,受油井类型、井况、扶正器结构、材质等因素影响,使得部分井内偏磨现象严重,依旧存在管断、管裂、管脱以及抽油杆断等情况,无法达到预期效果。因此,在针对前期调研发现的采油杆扶正器不足的基础上,研发了一种抽油机井和螺杆泵井通用新型扶正器。研究内容主要包括以下几个方面:基于ANSYS Workbench平台对新型扶正器的水力特性和机械特性进行了仿真,明确了扶正器流域流速、压强的变化规律,确定了沿程阻力大小及环境因素影响的主次顺序,揭示了扶正器应力、位移分布规律,并研究了扶正器结构参数对其水力特性与机械特性的敏感程度。基于ANSYS Workbench平台对杆径分别为Φ22mm、Φ25mm、Φ28mm管径不同的螺杆泵井3种规格扶正器的水力特性和机械特性进行了优化设计,获得了最佳结构参数,为改进扶正器结构提供了理论依据。同时,基于正交实验法对扶正器材料进行了优化,研究了碳纤维、玻璃纤维不同配比下的最佳配方,并验证了新材料的机械性能、水力学性能、耐碱、耐酸与耐油侵等性能。建立了螺杆泵井扶正体运动规律的力学模型和数学模型,对扶正体在油井内的运动规律进行了仿真,确定了扶正体导流角的合理取值范围,确定了螺杆泵井中扶正体驱动力矩和阻力矩的计算公式。基于能量磨损理论,建立了螺杆泵井扶正体、衬套磨损规律的数学模型,预测了扶正器磨损寿命,为进一步改进完善扶正器结构提供了技术支撑。
【图文】：

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第 1 章绪论瓣尼龙扶正器的缺点，将扶正器整体浇筑在抽油杆短节上，扶正器整体可以绕抽油杆旋转。虽然能够布置在抽油杆任意精确位置，但是需要调整抽油杆长度，增加了工序，并且存在扶正环磨薄后被挤碎的情况，扶正效果不好。2005 年邹群[17]研制了内摩擦副式抽油杆扶正器，如图 1-1 所示。该扶正器上扶正套和下扶正套由添加碳纤维的尼龙浇筑成型，扶正套与抽油杆接触面进行了精磨与喷焊处理，接触面摩擦阻力小，，磨损慢。在胜利油田实际应用中，检泵周期延长了 200 天。

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接触面摩擦阻力小，磨损慢。在胜利油田实际应用中，检泵周期延长了 200 天。图 1-1 内摩擦副式抽油杆扶正器2008 年王海文[18]等研制了支撑式抽油杆扶正器，如图 1-2 所示。该扶正器支撑件不旋转，液流通道位置相对固定，承磨圆筒与承磨层相互磨损。在胜利油田生产作业一年多后，经检验扶正器基本完好，磨损较小。现场试验后发现，承磨圆筒与支撑件连接方式、承磨圆筒与承磨层间隙和摩擦副材料需要进一步改善。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE93

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