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 本文以采油用單螺桿泵的螺桿一襯套副為研究對象，利用理論分析和仿真模擬方法，綜合分析螺桿在襯套內(nèi)的運動特點，推導出了多頭短幅(普通)內(nèi)擺線型螺桿一襯套副間的齒凸接觸點和齒凹接觸點的相對滑動速度數(shù)學表達式，對現(xiàn)有的表達式進行了修正。將利用該解析式繪制出的滑動速度曲線與在螺桿泵建模系統(tǒng)中建模并進行運動仿真出的曲線對比，表明轉子接觸點的滑動速度數(shù)學表達式的正確性。將該方法應用于油田上廣泛使用的單頭普通內(nèi)擺線型螺桿泵，與現(xiàn)用方法相比，分析過程大大簡化。該方法同樣可以推廣應用于短幅外擺線型螺桿泵的研究。

本文開發(fā)了螺桿泵建模系統(tǒng)，該系統(tǒng)可針對各類不銹鋼螺桿泵，只要在界面輸入本文分析確定的螺桿泵基本結構參數(shù)，即可在SoildWorks軟件內(nèi)生成相應的螺桿泵三維實體模型。本文分析了螺桿泵壓力的形成和傳遞過程，并給出了壓力分布規(guī)律的表達式。

本文依據(jù)保溫螺桿泵的工況及相關試驗數(shù)據(jù)，建立了螺桿泵三維實體的有限元分析模型。定子橡膠的本構關系采用Mooney模型。進行了非線性接觸有限元模擬計算，得出螺桿一襯套副間的接觸壓力及其分布規(guī)律，以及定子橡膠所受的剪應力和等效應力的分布規(guī)律。將螺桿泵的平均接觸壓力的數(shù)值模擬分析結果與試驗分析結果對比誤差為7%，表明螺桿泵有限元模型的正確性。

螺桿泵采油作為一種新興的人工舉升方式，具有投資少、設備結構簡單、操作方便、節(jié)能效果明顯以及適應性強等特點，能有效降低采油成本，提高采油效益，由于擁有抽油機柱塞泵、潛油電泵、水力活塞泵等機采方式無法比擬的優(yōu)點，倍受國內(nèi)外油田重視，并有望成為油田主要的機采方式之一。

3G螺桿泵與其它機械采油設備相比，具有以下優(yōu)點：

(1)一次性投資少。單螺桿泵與電動潛油泵、水力活塞泵和游梁式(鏈條式)抽油機相比，結構簡單，一次性投資最低。

(2)泵效高，節(jié)能效果好，維護費用低。由于螺桿泵是螺旋舉升的容積泵，流量無脈動，軸向流動連續(xù)，流速平穩(wěn)，負載穩(wěn)定，機械損失小，泵效可高達90%，是現(xiàn)有機械采油設備中能耗最小、效率較高的機種之一。

(3)安裝方便，占地面積小。螺桿泵地面裝置簡單，安裝方便，可以直接安裝在井口套管四通上，除原井口外，幾乎不另占面積。

(4)適合稠油開采。保溫螺桿泵可開采的原油的粘度范圍較廣，適合于粘度為8000mPas(50℃)以下的原油開采，因此多數(shù)稠油井都可以應用。

(5)適用于高含砂井。理論上，不銹鋼螺桿泵可輸送含沙量達80%的砂漿，在原油中含砂量高達40%的情況下，螺桿泵仍可正常生產(chǎn)(沙埋情況除外)。

(6)適應高含氣井。螺桿泵不會氣鎖，因此較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣體會影響容積效率。

(7)適合于海上油田縱式井組和水平井。螺桿泵可下在斜直井段，而且設備占地面積小，因此適合于海上采油。

但螺桿泵在使用過程中也要受到如下條件的限制：

(1)排量限制。目前螺桿泵的最大排量一般低于400m3/d，雖然研究人員試圖通過結構參數(shù)優(yōu)化、增加運動比值等途徑提高螺桿泵的排量，但受到研究條件和其它條件的限制，目前實際效果并不明顯。

(2)揚程限制。三螺桿泵的揚程與轉子與定子的過盈值和級數(shù)密切相關，增大這兩項參數(shù)，勢必會導致扭矩的大幅度增加，工作環(huán)境更加惡劣，從而增加抽油桿柱斷裂的危險。另外，螺桿泵的加工工藝也限制了螺桿泵轉子和定子的長度。目前，國外螺桿泵的揚程最大可以達到2000m以上，而國內(nèi)最大只能達到1500m以下，限制了螺桿泵應用于深井的開采。

(3)工作溫度限制。螺桿泵定子襯套一般采用丁睛橡膠，因此螺桿泵的工作溫度決定于丁睛橡膠的耐熱性能。

(4)應用條件的限制。不同橡膠的配方對不同的原油物性適應性也不同，這主要是原油中烴的組分對橡膠性能的影響不同造成的。HZS含量高會使橡膠變硬、變脆，降低定子的使用壽命。在采油的增產(chǎn)措施(如三元復合驅等)中使用的化學藥劑對定子橡膠也會有影響，如溶脹、結垢等。

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