一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法.pdf

1、10申请公布号CN104133937A43申请公布日20141105CN104133937A21申请号201410306475322申请日20140630G06F17/5020060171申请人沈阳工程学院地址110136辽宁省沈阳市沈北新区蒲昌路18号72发明人罗旋王世杰张陈孟广波张凯吕晓仁陈丽华孙长青刘劲涛王琳王宝石孟海星54发明名称一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法57摘要一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，通过对螺杆泵的使用条件和定子橡胶的成本价格的分析，确定定子橡胶的基本性能；然后利用智能优化方法对橡胶配方进行参数化建模；经过计算求解后进行参数的优化评估，确定其收敛后最终得到

2、螺杆泵定子橡胶配方的最优值。本发明综合考虑影响采油螺杆泵定子橡胶使用寿命的因素，建立一个融合多参数于一体的螺杆泵定子橡胶配方优化设计模型，实现油井工况条件与定子橡胶类型的合理匹配，适时、适量地调整和修正部分参数变量，确保螺杆泵采油系统的正常运转，显著地降低定子橡胶的失效速度并延长采油系统的经济使用寿命。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104133937ACN104133937A1/1页21一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于提供一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，可

3、以显著地降低定子橡胶的失效速度并延长采油系统的经济使用寿命。2根据权利要求1所述一种采油螺杆泵定子橡胶优化设计方法，其特征在于所述优化设计方法可实现油井工况条件与定子橡胶类型的合理匹配，达到螺杆泵高效节能的目的。3一种如权利要求12中任一项所述采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述方法包括以下步骤步骤1根据螺杆泵的使用条件和定子橡胶的成本价格分析结果，确定橡胶的基本性能；步骤2遵循橡胶配方设计的原则和程序，利用智能优化方法对橡胶配方进行参数化建模；步骤3对定子橡胶配方优化设计模型进行计算求解，并进行后处理；步骤4根据实际情况进行参数的优化评估，利用目标函数确定其收敛性；步骤5获得螺

4、杆泵定子橡胶配方的最优值。4所述步骤4中，如果模型计算结果收敛，即进入步骤5；所述步骤4中，如果模型计算结果不收敛，进行部分参数变量的修正；修正参数变量结束后，返回步骤2。5根据权利要求3所述采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述螺杆泵的使用条件是指包括油井的工况条件（泵两端的压差、原油黏度、含砂量、井下原油温度、油气比等）、螺杆泵自身物理和几何参数（泵的转子和定子材料、定子过盈量、泵的级数等）以及螺杆泵的机械效率和容积效率。6这些参数融合在一起，共同对定子橡胶衬套产生影响，决定了螺杆泵的使用寿命。7根据权利要求3所述采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述智能优化方法，

5、是指涉及自然机理和生物智能的各种“模拟”型优化方法。8根据权利要求3所述采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述参数的优化评估，是指根据油井的工况条件、螺杆泵自身物理和几何参数以及螺杆泵的机械效率和容积效率等实际情况的变化，对优化模型进行参数的优化评估，并利用目标函数确定其收敛性。9根据权利要求3所述采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述最优值，是指定子橡胶配方优化设计模型求解后满足目标函数收敛条件的计算值（理论值），并不能直接用于形成螺杆泵定子橡胶产品。10若实现最终形成螺杆泵定子橡胶产品的目标，还需要经过实验室的配方鉴定试验和台架试验，不断对试验结果进行分析和修正，最

6、终满足工程设计的要求。权利要求书CN104133937A1/3页3一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法技术领域0001本发明涉及一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，尤其指一种采油螺杆泵定子橡胶配方的优化设计能够适用于不同的油井工况并延长系统使用寿命的方法。背景技术0002采油螺杆泵是单螺杆式水利机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。相比于其它人工举升技术，具有结构简单、高效节能、机组占地面积小等特点，尤其适宜于高粘度、高含砂量、高油气（水）比原油开采，已经在国内外的油田生产中普遍使用。采油螺杆泵常处于高温、高压、腐蚀性介质、周期性挤压等苛刻工况下工作，通过螺杆泵定子橡胶实物的现场

7、分析与研究，将引起定子橡胶实物失效的因素分为三种类型分别是溶胀、化学侵蚀、机械磨损。这三种因素分别从不同方面引起定子橡胶物理、化学、机械性能的变化，同时又相互影响，加剧了定子橡胶的失效速度。由于橡胶定子材料受多种因素影响导致物理性质发生改变，加速了橡胶老化，缩短了螺杆泵的使用寿命，限制了螺杆泵的使用范围。0003为解决上述问题，通常采用的方法是对定子橡胶配方进行设计。目前，国外的螺杆泵制造商常要求用户提供当地油井的油样，根据油样化验的石油成分和含有的腐蚀介质，来选择相应的定子橡胶配方，以确保潜油螺杆泵采油系统的使用寿命。由于国外有关橡胶配方设计的内容对我国进行技术封锁，无法查到相关的专利和文献

8、。而国内的螺杆泵制造商常在未对油样进行化验分析的情况下，笼统地选用丁腈橡胶且配方单一，因此很难适应各种油井工况，往往导致螺杆泵采油系统过早失效、造成严重的经济损失，严重阻碍了螺杆泵的应用。同时国内的科研机构对定子橡胶材料的选择和配方研究较少，有关此方面的研究鲜有报道。因此，急需针对不同的油井工况，进行橡胶基材（生胶）选择和配方设计，确定合理的橡胶制备工艺，经配方鉴定测试后满足螺杆泵对定子橡胶的要求，使螺杆泵使用寿命达到设计值。0004为此，提供一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，改善上述技术的缺失，能够全面的考虑工况条件与橡胶类型的合理匹配，显著地降低了定子橡胶的失效速度并延长了采油系统的

9、经济使用寿命。发明内容0005本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，可以显著地降低定子橡胶的失效速度并延长采油系统的经济使用寿命；本发明的另一目的在于提供一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，可实现油井工况条件与定子橡胶类型的合理匹配，达到螺杆泵高效节能的功能。0006一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法，其特征在于所述方法包括以下步骤。0007步骤1根据螺杆泵的使用条件和定子橡胶的成本价格分析结果，确定橡胶的基本性能；说明书CN104133937A2/3页4所述螺杆泵的使用条件是指包括油井的工况条件（泵两端的压差、原油黏度、含砂量、

10、井下原油温度、油气比等）、螺杆泵自身物理和几何参数（泵的转子和定子材料、定子过盈量、泵的级数等）以及螺杆泵的机械效率和容积效率。这些参数融合在一起，共同对定子橡胶衬套产生影响，决定了螺杆泵的使用寿命。0008步骤2遵循橡胶配方设计的原则和程序，利用智能优化方法对橡胶配方进行参数化建模。所述智能优化方法，是指涉及自然机理和生物智能的各种“模拟”型优化方法，主要研究内容包括稳定性、收敛性和快速性等，通过对原始算法的改进使优化模型全局收敛或局部收敛。0009步骤3对定子橡胶配方优化设计模型进行计算求解，并进行后处理。0010步骤4根据实际情况进行参数的优化评估，利用目标函数确定其收敛性。0011所述

11、参数的优化评估，是指根据油井的工况条件、螺杆泵自身物理和几何参数以及螺杆泵的机械效率和容积效率等实际情况的变化，对优化模型进行参数的优化评估，并利用目标函数确定其收敛性。0012步骤5获得螺杆泵定子橡胶配方的最优值。0013所述最优值，是指定子橡胶配方优化设计模型求解后满足目标函数收敛条件的计算值（理论值），并不能直接用于形成螺杆泵定子橡胶产品。若实现最终形成螺杆泵定子橡胶产品的目标，还需要经过实验室的配方鉴定试验和台架试验，不断对试验结果进行分析和修正，最终满足工程设计的要求。0014所述步骤4中，如果模型计算结果收敛，即进入步骤5。0015所述步骤4中，如果模型计算结果不收敛，进行部分参数

12、变量的修正；修正参数变量结束后，返回步骤2。0016综上所述，相比于其它的采油螺杆泵定子橡胶配方设计方法，本发明的采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法可综合考虑螺杆泵使用条件和定子橡胶成本的因素，建立一个融合多参数于一体的螺杆泵定子橡胶配方优化设计模型，通过适量修改橡胶配方的参数变量，改善上述现有技术的缺点和不足，使采油螺杆泵正常运转，可以显著地降低定子橡胶的失效速度并延长了采油系统的经济使用寿命。0017附图说明图1为本发明的运行流程图。0018具体实施方式下面结合具体实例和附图对本发明进行详细说明。0019图1为本发明的运行流程图，如图所示，本发明涉及的一种采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法

13、，包括以下步骤。0020步骤1根据螺杆泵的使用条件和定子橡胶的成本价格分析结果，确定橡胶的基本性能。0021步骤2遵循橡胶配方设计的原则和程序，利用智能优化方法对橡胶配方进行参数化建模。0022步骤3对定子橡胶配方优化设计模型进行计算求解，并进行后处理。0023步骤4根据实际情况进行参数的优化评估，利用目标函数确定其收敛性。0024步骤5获得螺杆泵定子橡胶配方的最优值。说明书CN104133937A3/3页50025所述步骤4中，如果模型计算结果收敛，即进入步骤5。0026所述步骤4中，如果模型计算结果不收敛，进行部分参数变量的修正；修正参数变量结束后，返回步骤2。0027在实验中，取输入层为

14、橡胶配方（分别为硫磺、促进剂、炭黑及丙烯腈的用量），而输出层为橡胶的性能（分别为拉伸强度、撕裂强度及耐油性等特性），通过智能优化方法进行参数化建模，分析优化结果与理论实测值的误差是否满足目标值。如果优化结果收敛于目标值，则确定螺杆泵定子橡胶配方的最优值；否则，对定子橡胶配方优化设计模型的部分参数变量进行调整，重新进行迭代计算，使优化结果收敛于目标值，最终实现螺杆泵定子橡胶配方的优化设计。0028综上所述，相比于其它的采油螺杆泵定子橡胶配方设计方法，本发明的采油螺杆泵定子橡胶配方优化设计方法可综合考虑螺杆泵使用条件和定子橡胶成本的因素，建立一个融合多参数于一体的螺杆泵定子橡胶配方优化设计模型，能够实现定子橡胶配方的优化设计，且优化结果准确，优化步骤简单。不仅改善了现有技术的缺点和不足，大大降低了定子橡胶配方优化设计的成本；而且显著地降低定子橡胶的失效速度并延长了采油系统的经济使用寿命。说明书CN104133937A1/1页6图1说明书附图CN104133937A