螺杆钻具双等壁厚金属定子外高压成形方法研究

为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题,建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型,研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律,通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明:管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比;成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响;定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域;当成形液压力为210 MPa,管坯内径为88 mm,定子成形质量最优。

微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管充液压制成形方法研究

为了解决常规螺杆钻具寿命短与微小尺寸螺杆钻具等壁厚定子难加工的问题,本文采用充液压制成形工艺加工微小尺寸等壁厚螺旋管,基于304不锈钢拉伸实验,建立了充液压制成形等壁厚螺旋管有限元模型,用数值模拟方法研究管件外径、壁厚、液压力大小、液压力加载路径、压制速度、摩擦系数对螺旋管质量的影响。结果表明,管件外径为51.8 mm,壁厚为5.3 mm时,螺旋管质量较好,最大液压力为650 MPa,液压力加载路径为路径5,模具挤压速度为0.429 m/s,摩擦因数不超过0.125时,螺旋管加工质量较好,导程误差近似为0,壁厚误差小于8%,平均厚度为5 mm,螺旋管中部壁厚误差小于3%。研究结果可为生产实际中微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管的成形工艺提供参考。

等壁厚螺杆泵密封性能有限元分析

利用有限元分析软件建立等壁厚螺杆泵的二维模型,分析计算等壁厚螺杆泵在承受不同内压力和压差作用下的接触压力,得出等壁厚螺杆泵的临界接触压力曲线,并与普通螺杆泵进行对比。结果表明:随着内压力的增加接触压力相应减小,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵接触压力大,减小速度慢;随着压差的增加接触压力相应增加,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵接触压力大;临界接触压力随着密封腔内压力的增加而减小,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵的临界接触压力大,减小速度慢。

等壁厚螺杆钻具研制与现场试验

等壁厚螺杆钻具是近年来研制成功的一种新型螺杆钻具,具有单级密封压力高、转速低、扭矩大、曲率半径小、使用寿命长、耐高温和使用更加安全可靠等技术优势,适合在常规生产井、深井、斜井和定向井中使用,但国内刚处于试验研究阶段。在介绍等壁厚螺杆钻具国内外发展现状、基本结构与设计要点的基础上,指出了等壁厚螺杆的技术特点及与常规螺杆的主要区别,并在2个区块、相同井型进行了2种不同形式螺杆钻具的应用试验。现场数据分析表明,等壁厚螺杆钻具在不维修情况下,累计下井使用时间平均193h,比常规螺杆提高40%以上,机械钻速提高22%。等壁厚螺杆钻具的使用寿命比常规螺杆钻具长,且能有效提高机械钻速、缩短建井周期,可以推广应用。

等壁厚定子螺杆泵的有限元分析

针对常规螺杆泵的受力、散热和溶胀不均匀等技术问题,设计开发了等壁厚定子螺杆泵。通过改变泵体结构,保证定子橡胶层为均匀厚度,从而改善了螺杆泵工作性能。利用有限元分析软件ABAQUS对等壁厚定子进行研究,得出等壁厚定子在不同工况下的受力状态和变形规律;建立了等壁厚定子温度场有限元分析模型,用ANSYS有限元分析软件进行分析计算,获得了等壁厚定子内部的温度场分布情况,为等壁厚定子螺杆泵发展提供了理论依据。室内试验和现场试验表明,等壁厚定子螺杆泵具有良好的工作性能,是一项很有前途的新技术。

等壁厚螺杆钻具定子衬套变形规律研究

研究了静压和压差对等壁厚螺杆钻具定子橡胶衬套变形规律的影响,并与常规螺杆钻具定子衬套做了比较。分析结果表明,静压和压差作用对等壁厚定子衬套变形规律的影响与常规定子衬套相比有很大区别,如等壁厚定子衬套弧底位移最大,弧顶位移最小,与常规定子衬套相反;等壁厚定子衬套变形受内压作用影响比常规定子衬套小,且随着压力增加,等壁厚定子衬套内轮廓线各点法向位移增加较均匀;与常规定子衬套相比,等壁厚定子衬套具有更高的抗压能力和更好的密封性能。因此,采用等壁厚定子衬套可提高螺杆钻具的工作效率和延长其使用寿命。

等壁厚螺杆泵定子的有限元分析

重点研究了等壁厚螺杆泵定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律,对其应力和应变分布情况作了辅助性分析;研究均匀内压作用情况下,考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化。利用有限元分析软件Abaqus,对等壁厚螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律,以及定子材料参数对变形规律的影响。利用此规律可对等壁厚螺杆泵进行优化设计,提高其工作效率。

等壁厚与常规井下螺杆泵对比分析

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀致使其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,而等壁厚定子螺杆泵通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能。采用ANSYS对常规螺杆泵和等壁厚螺杆泵的定子衬套进行受力和变形研究,找出了2种螺杆泵定子橡胶衬套在不同工况下的受力状态和变形规律,并进行了对比分析,得出了2种螺杆泵的截面型线的变形规律,为型线的设计提供了依据。最后对2种螺杆泵进行了室内性能对比试验,结果表明,在相同压力下,等壁厚螺杆泵的容积效率更高,且在许可的容积效率下,其承压能力更强。

等壁厚定子螺杆泵研究及应用前景探讨

为了改善常规螺杆泵的使用性能和提高其系统效率 ,开发研究了等壁厚定子螺杆泵。国内外等壁厚定子螺杆泵的研究与应用表明 ,与常规螺杆泵相比等壁厚定子螺杆泵具有以下优点 :( 1)良好的散热特性 ,提高了泵的工作寿命 ;( 2 )均匀的橡胶膨胀 ,提高了泵的工作稳定性 ;( 3)单级承压高 ,提高了系统效率 ;( 4 )可提高泵效 ,降低采油成本 ,具有良好的技术经济指标。这种螺杆泵的技术关键是定子泵筒的加工工艺及焊接问题。

等壁厚定子螺杆泵研究及应用前景探讨

为了改善常规螺杆泵的使用性能和提高其系统效率，开发研究了等壁厚定子螺杆泵。国内外等壁厚定子螺杆泵的研究与应用表明，与常规螺杆泵相比等壁厚定子螺杆泵具有以下优点：（1）良好的散热特性，提高了泵的工作寿命；（2）均匀的橡胶膨胀，提高了泵的工作稳定性；（3）单级承压高，提高了系统效率；（4）可提高泵效，降低采油成本，具有良好的技术经济指标。这种螺杆泵的技术关键是定子泵筒的加工工艺及焊接问题。

等壁厚螺杆钻具橡胶衬套失效研究

与常规壁厚螺杆钻具相比,等壁厚螺杆钻具以其输出功率大,输出扭矩稳定等优点获得业内认可。随着等壁厚螺杆钻具的逐步推广使用,等壁厚橡胶衬套失效问题也日益突出。橡胶衬套失效以后,螺杆钻具输出性能降低,使用寿命也减小,这对钻井速度和钻井效益都有较大影响。基于热力学原理、Principal strain疲劳算法,建立螺杆马达定转子数值模型,研究了井深、过盈量及粗糙度对橡胶衬套热力学行为的影响,并运用Fe-safe疲劳分析预测橡胶衬套寿命。研究结果表明,等壁厚橡胶衬套主要失效形式为疲劳失效;通过等壁厚与常规壁厚橡胶衬套对比分析可知,等壁厚橡胶衬套较常规壁厚橡胶衬套有更好的密封性能,且对静液柱压力敏感程度更低。对等壁厚橡胶衬套进行设计时,应重点考虑过盈量对橡胶衬套磨损的影响,以确保螺杆钻具安全高效工作。

多头螺杆钻具等壁厚定子衬套的性能分析

研究了多头螺杆钻具定子及其衬套的变形规律和应力分布,对其应力和应变的分布情况作了理论分析;研究了静压和压差耦合作用(实际工况)下,定子与转子啮合引起橡胶衬套的变形和应力的变化。对等壁厚定子及其衬套进行有限元分析,并与常规定子衬套的有限元结果对比,得出了其力学性能和密封性能优势的量化。结果表明:均匀压力下,等壁厚衬套的法相变形比常规衬套减小约50%且变化均匀;静压和压差耦合作用下,等壁厚定子衬套比常规定子衬套的临界接触压力大,减小速度慢;提高了螺杆钻具的工作性能和密封能力,为等壁厚定转子的优化设计提供了理论基础。

新型等壁厚螺杆钻具定子结构设计及力学分析

等壁厚螺杆钻具定子以其独特的性能受到国内外专家学者的推崇,但是其细长内螺旋曲面的存在带来了加工上的困难。提出了套装式螺杆钻具马达定子结构设计方案,变定子整体加工为分层加工,降低加工难度。通过有限元法对其在不同过盈量、均匀内压下的力学性能进行分析,获得套装式定子结构的应力分布规律,为套装式等壁厚螺杆钻具定子设计与应用提供理论依据。

材料及滚压方式对等壁厚螺杆钻具定子滚压成形的影响

对外径Φ73 mm,壁厚6.5 mm的等壁厚螺杆钻具定子进行滚压成形试验,使用双因素方差分析法和主效应图定量研究不同坯管材料及滚压方式对等壁厚定子成形质量的影响。采用DEFORM-3D软件模拟滚压成形过程,分析了坯管材料为45钢和42Cr Mo钢时滚压力、轴向力、加工应力和残余应力分布情况。结果表明：滚压方式对定子管导程影响较大,手动滚压后的导程误差均在15%以上,自动滚压后的导程误差均小于5%;坯管材料对定子管壁厚分布影响较大,45钢坯管滚压成形后的定子管壁厚分布较42Cr Mo钢均匀;45钢和42Cr Mo钢坯管滚压时所需的滚压力相差较大,分别在125和140 k N附近波动;轴向力数值基本相同,均在15 k N附近波动;45钢和42Cr Mo钢坯管的最大加工应力分别为580和1200 MPa,残余压应力峰值分别为87.88和104.52 MPa,且均分布在管壁外表面。因此,滚压成形等壁厚螺杆钻具定子时,坯管建议选用加工性能较好的45钢,滚压方式选用自动滚压。

等壁厚螺杆钻具橡胶衬套设计分析和试验

根据螺杆钻具定子线型方程确定结构尺寸,建立定转子接触模型。采用Mooney-Rivlin双参数模型作为橡胶衬套本构关系,橡胶作不可压缩处理,确定弹性模量、剪切模量等相关材料参数。在常规衬套性能研究的基础上,研究了等壁厚衬套对螺杆钻具定子性能的影响。通过等壁厚螺杆钻具马达试验,测得当压差由1.93MPa变化到5.90MPa时转矩、转速、容积效率、总效率的变化规律,研究结果可为提高螺杆钻具性能提供技术支持。

等壁厚关键参数对螺杆钻具衬套性能影响研究和试验分析

根据Mooney-Rivlin双参数模型建立橡胶衬套本构关系,取橡胶泊松比为0.5,做不可压缩处理,确定弹性模量、剪切模量等相关材料参数。根据定子轮廓方程确定结构尺寸,建立定转子接触模型,完成等壁厚衬套厚度由5mm变化到12mm、马达头数为3:4、5:6、7:8条件下等壁厚衬套性能对比分析,完成等壁厚衬套厚度、马达头数变化对螺杆钻具性能影响研究。根据计算结果优化钻具结构参数并完成等壁厚衬套试验分析,试验数据给出了压差由1.93MPa变化到5.90MPa时,扭矩、转速、容积效率、总效率的变化规律。等壁厚结构关键参数对衬套性能影响的计算结果,为确定制造参数、提高钻具性能提供基础。

新型螺旋等壁厚空心螺杆泵定子橡胶衬套成型设备

介绍新型螺旋等壁厚空心螺杆泵定子橡胶衬套成型设备,该设备采用经过特殊设计的冷喂料挤出机进行挤出,可增强螺杆塑化能力,降低出胶温度。实验结果表明,此种成型方法克服了现有技术存在熔接痕的缺点,提高了成型产品的质量,降低了一次性投资成本以及生产成本,并且提高了产品合格率以及工作效率。

螺杆钻具等壁厚定子的电解加工技术

介绍了石油开采使用的螺杆钻具等壁厚定子的电解加工工艺方法。相比非等壁厚螺杆钻具定子,等壁厚的螺杆钻具定子衬套受力均匀、耐磨损、寿命长。电解加工此类结构成本低、效率高,是理想的加工方法。其关键技术在于电极的设计和制造,以及电解加工设备及其相应完善的配套设施。

高强钛合金等壁厚弯管制备研究

传统的弯曲工艺由于属于等径弯曲,弯管壁厚存在外侧减薄、内侧增厚的现象。扩径弯曲工艺可以从根本上解决弯管成形中的壁厚不均问题,实现等壁厚,但工艺复杂,成形质量受多种因素影响。高质量钛弯管在要求高强度的同时要求内、外侧壁厚均匀。在理论分析的基础上,进行了高强钛合金热推扩径弯曲试验,研究了成形过程中的金属流动规律,给出了弯曲变形量与扩径量之间的比例关系,制备出了1300MPa级的高强钛合金等壁厚弯管,壁厚相对壁厚公差约为6%。该研究对于钛合金的弯曲加工有一定指导价值。

高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明:在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。