發(fā)布時(shí)間：2018-01-16 23:13

  本文關(guān)鍵詞：含砂原油介質(zhì)中螺桿泵定子橡膠摩擦磨損行為研究　出處：《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》2013年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：潛油螺桿泵采油系統(tǒng)作為一種實(shí)用有效的機(jī)械采油設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗能低、投資少，以及使用、安裝、維修、保養(yǎng)方便等特點(diǎn)，它兼有離心泵和柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)，適宜于斜井、水平井、沼澤地區(qū)以及海上平臺(tái)采油作業(yè)，且不存在斷桿和管漏故障等，并在高粘度稠油、大油氣比油和含砂油的開(kāi)采作業(yè)中體現(xiàn)出了較好的性能和效益。目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外油田已得到了普遍重視，并有望成為油田主要機(jī)采方式之一。橡膠材料因具有良好的耐油、耐磨和耐高溫等性能，被用來(lái)作為采油螺桿泵的定子材料，由于油井實(shí)際工況環(huán)境常為摻雜磨粒的腐蝕性介質(zhì)，使動(dòng)態(tài)密封過(guò)程中的橡膠材料易發(fā)生過(guò)早的磨損失效，極大地影響了螺桿泵橡膠定子的使用性能和工作壽命，這也是導(dǎo)致螺桿泵失效的主要原因之一。然而，迄今為止尚缺乏為選擇此類(lèi)橡膠材料所必須的磨損機(jī)理研究和普適性指導(dǎo)原則。因此，研究采油螺桿泵定子橡膠的磨損機(jī)理，不僅對(duì)生產(chǎn)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也將十分有益于豐富和發(fā)展橡膠摩擦學(xué)理論與實(shí)踐知識(shí)。 針對(duì)現(xiàn)今采油螺桿泵定子橡膠磨損機(jī)理研究不足的問(wèn)題，本文以采油螺桿泵的金屬轉(zhuǎn)子與橡膠定子摩擦配副為研究對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室中模擬螺桿泵實(shí)際工況，建立定子橡膠磨損試驗(yàn)分析程序，構(gòu)建試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)橡膠試塊在除砂原油潤(rùn)滑介質(zhì)、含砂原油介質(zhì)及液體石蠟潤(rùn)滑等條件下進(jìn)行磨損試驗(yàn)。從磨粒磨損、侵蝕磨損以及腐蝕磨損等方面對(duì)采油螺桿泵定子橡膠摩擦磨損行為進(jìn)行較全面的研究。 首先基于對(duì)采油螺桿泵工作特性的充分認(rèn)識(shí)，詳細(xì)分析了螺桿泵螺桿在橡膠襯套副中的運(yùn)動(dòng)特性，推導(dǎo)出單螺桿泵轉(zhuǎn)子與定子間的最大滑動(dòng)速度以及接觸壓力計(jì)算公式。根據(jù)采油螺桿泵運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析方法及計(jì)算公式，以GLB120-27型采油螺桿泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)為例，確定金屬轉(zhuǎn)子和橡膠定子間的滑動(dòng)速度和載荷數(shù)據(jù)范圍，進(jìn)而確定了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬螺桿泵工況條件的磨損試驗(yàn)中鋼輪的轉(zhuǎn)速和載荷參數(shù)值。 論文闡述了橡膠摩擦磨損的復(fù)雜性，，探討了原油在螺桿泵定子橡膠摩擦磨損過(guò)程中的影響及基本潤(rùn)滑機(jī)理，并深入分析了橡膠摩擦磨損理論，明確了除砂原油介質(zhì)中螺桿泵定子橡膠的摩擦磨損行為、橡膠摩擦磨損主要機(jī)理、磨損類(lèi)型及其影響因素。在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)采油螺桿泵定子橡膠本身的材料性能和使用環(huán)境進(jìn)行分析，系統(tǒng)地研究含砂原油介質(zhì)中螺桿泵定子橡膠的磨損行為及其機(jī)理。 研究發(fā)現(xiàn)，采油螺桿泵正常工作中的磨損形式主要有磨粒磨損、侵蝕磨損、疲勞磨損及腐蝕磨損等。針對(duì)這些磨損行為，采用MPV-600型微機(jī)控制磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)，選取常用的丁腈橡膠（NBR）和氟橡膠（FPM）試塊與45#鋼在除砂原油潤(rùn)滑、原油含砂介質(zhì)以及液體石蠟潤(rùn)滑條件下進(jìn)行采油螺桿泵定子橡膠襯套副的摩擦磨損模擬試驗(yàn)，測(cè)定其摩擦系數(shù)和磨損量，分析得到摩擦系數(shù)和磨損量隨法向載荷的變化規(guī)律，再利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線(xiàn)能量色散光譜分析儀（EDX）以及紅外光譜分析儀（FT-IR）對(duì)橡膠磨損后的磨痕表面、化學(xué)元素含量和官能團(tuán)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)定。綜合試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，分析橡膠的摩擦磨損行為，觀(guān)察除砂原油潤(rùn)滑條件下橡膠的物性變化，考慮含砂原油中磨粒濃度、尺寸、形狀在不同法向載荷作用下對(duì)橡膠的磨損規(guī)律，以及關(guān)注腐蝕性介質(zhì)對(duì)橡膠磨損的影響，進(jìn)而得到橡膠定子在原油介質(zhì)中的磨粒磨損機(jī)理以及溶脹腐蝕和機(jī)械磨損的交互作用的表達(dá)關(guān)系，并針對(duì)現(xiàn)有的橡膠磨損試驗(yàn)機(jī)的不足進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)新的含砂料漿橡膠磨粒磨損測(cè)試裝置。通過(guò)上述研究，能夠較全面地闡述采油螺桿泵定子橡膠的磨損機(jī)理，為定子橡膠在實(shí)際工程應(yīng)用中的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、材料選擇、性能評(píng)價(jià)提供指導(dǎo)性原則。
[Abstract]:As a practical and effective mechanical oil production equipment , the oil - submersible screw pump oil production system has the advantages of simple structure , small volume , low energy consumption , less investment , and good performance and benefit in the production of high - viscosity heavy oil , horizontal well , marsh area and offshore platform . Aiming at the problem of insufficient research on rubber wear mechanism of oil production screw pump stator rubber , this paper studies the friction and wear behavior of stator rubber of oil production screw pump by simulating the actual working condition of screw pump , establishing test analysis program of rubber wear test of stator , constructing test platform , testing the rubber test block under the condition of sand removing crude oil lubricating medium , sand - containing crude oil medium and liquid paraffin , etc . Firstly , based on the full understanding of the working characteristics of the sucker rod pump , the motion characteristics of the screw in the rubber bush pair are analyzed in detail , the maximum sliding speed and the contact pressure calculation formula between the rotor and the stator of the single screw pump are deduced . According to the analysis method and the calculation formula of the kinematics of the oil extraction screw pump , the sliding speed and the load data range between the metal rotor and the rubber stator are determined , and the rotating speed and the load parameter value of the steel wheel in the wear test of the simulated screw pump working condition in the laboratory environment are determined . The paper expounds the complexity of rubber friction and wear , discusses the influence of the crude oil in the friction and wear process of the stator rubber of screw pump and the basic lubrication mechanism , analyzes the friction and wear behavior of rubber friction and wear , analyzes the main mechanism , the wear type and the influencing factors of rubber friction and wear , and systematically studies the wear behavior and mechanism of the screw pump stator rubber in the medium containing sand crude oil by analyzing the material properties and the use environment of the oil production screw pump stator rubber itself . In this paper , the friction and wear behavior of rubber bush of oil recovery screw pump is studied by using the microcomputer controlled abrasive wear testing machine . The friction coefficient and wear quantity of rubber are analyzed . The wear mechanism of rubber in oil medium and the wear of rubber are analyzed .

【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH327

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1435242