全金属螺杆泵间隙漏失模型

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1、石油科学通报2018年9月第3卷第3期：320-331全金属螺杆泵间隙漏失模型1,21,2*1,231,21,2郑磊，吴晓东，韩国庆，徐军，史殊哲，李准1中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京1022492中国石油大学—盐城世宏石油装备有限公司采油装备联合研究中心，北京1022493盐城世宏石油装备有限公司，盐城224500*通信作者,wuxd308@163.com收稿日期:2017-12-20国家自然科学基金资助项目(51574256)和国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2015CB250900)联

2、合资助摘要全金属螺杆泵的定子与转子采取间隙配合方式，其间隙漏失规律无法沿用传统过盈配合螺杆泵的方法予以分析。基于间隙配合方式下螺杆泵腔室间的漏失机理，借鉴线接触润滑理论计算漏失间隙结构参数，应用缝隙流动原理建立了综合考虑不同漏失方向的压差—剪切流动漏失模型。通过模型计算结果与室内实验数据的对比，验证了间隙漏失模型的准确性。研究表明，特定结构全金属螺杆泵的排量特性主要受压差漏失的影响，剪切漏失影响甚微；工作压差越大，转速、介质黏度越小，间隙漏失对排量的影响越严重；全金属螺杆泵更适用于介质黏度较高的油井举升，实际应用中可通过合

3、理选择泵级数、转速等途径保证其举升性能。关键词全金属螺杆泵；间隙配合；漏失机理；缝隙流动；压差—剪切漏失模型0引言(1)金属定子的成型工艺技术难度大，间隙配合方式下定转子的整体加工精度要求高，泵产品的生产成本难螺杆泵举升技术具有成本低、结构简单、安装方以降低；(2)油井出砂时，停井后泵内可能出现砂埋、[1-2]砂卡等问题，目前有待进一步研究适合全金属螺杆泵便、适应复杂工况等诸多优点，目前已得到广泛的研究与应用。但由于传统橡胶定子螺杆泵的定转子采的防砂工艺。但总体而言，全金属螺杆泵因其突出优用过盈配合方式，定子衬套为橡胶材料

4、制成，其在耐点仍具备巨大的发展潜力，尤其在稠油开采过程中。[3-4]目前国内外已陆续展开全金属螺杆泵举升技术的磨、耐温、工作寿命等方面存在一定的不足。新型[5][6-9]全金属螺杆泵应运而生，其定子与转子均由金属材油田现场试验，但由于全金属螺杆泵的诞生相对较料构成，且采用合理的间隙配合。全金属螺杆泵继承晚，其理论研究仍处于初步阶段。与此同时，由于定了螺杆泵的诸多优点，同时相比传统螺杆泵也具有更转子配合方式的差异性，全金属螺杆泵的漏失规律及[10-11]强的工作适应性：(1)耐高温，不存在定子温胀问题，排量特性无法沿用传统螺

5、杆泵的相关认识，目前可适用于稠油热采；(2)耐磨性能好，工作寿命长；(3)有待建立成熟的全金属螺杆泵间隙漏失模型。不少学[12-16]井下二次安装、检泵等工序简单，易损件为转子，互者通过室内实验与数值模拟研究了全金属螺杆泵换性强；(4)间隙配合工作状态下可适应较高转速，且的排量特性，但均难以从间隙漏失机理角度对漏失量[17-18]启动更容易，运行更节能。与此同时，全金属螺杆泵予以具体分析。Gamboa等结合全金属螺杆泵样作为一种新型举升方式，目前也存在一定的技术难点：品的举升实验结果，提出了间隙配合方式下的漏失量引用格式：

6、郑磊,吴晓东,韩国庆,徐军,史殊哲,李准.全金属螺杆泵间隙漏失模型.石油科学通报,2018,03:320-331ZHENGLei,WUXiaodong,HANGuoqing,XUJun,SHIShuzhe,LIZhun.Theclearanceleakagemodelforallmetalprogressivecavitypumps.PetroleumScienceBulletin,2018,03:320-331.doi:10.3969/j.issn.2096-1693.2018.03.029©2016中国石油大学(北京)

7、清华大学出版社有限公司http://sykxtb.cup.edu.cn全金属螺杆泵间隙漏失模型321计算方法，方法中阻力系数和漏失间隙结构参数的不−−vvty1y2(),直线CD段确定性导致计算误差较大；Paladino等[19-20]在Gamboavty()=(2)vvty1−y2()，直线AF段的基础上建立了全金属螺杆泵间隙漏失简化模型，πn[21]vD=(3)Nguyen等将此模型拓展到了多头全金属螺杆泵，但y160两者均未考虑螺杆与定子相对运动引起的剪切漏失影ππnentvty2()=sin(4)响。同时

8、值得注意的是，Paladino与Nguyen模型仍1530未真正实现漏失间隙结构参数的严格计算，其中漏失间隙长度来源于数值模拟的拟合结果。国内冯兆[22][23]生与孟凡国提出了全金属螺杆泵漏失量计算方法，但在配合间隙结构与剪切速度的精确计算方面存在疑问。结合螺杆泵定转子间的啮合理论与间隙配合特点，针对