基于单向解耦法的等壁厚螺杆泵橡胶衬套热滞后研究

石昌帅，陈凯林，祝效华

(西南石油大学 机电工程学院，四川 成都 610500)

螺杆泵采油工艺自问世以来，在世界范围内得到了广泛的应用，其无杆举升的特点适合应用于稠油油藏开采，已然成为稠油开采常用的举升工艺之一[1-2]。现有螺杆泵定子衬套一般采用普通丁腈橡胶螺杆泵，在工作中容易发生热量集中，导致部分区域过早疲劳失效，发生烧心现象，失效后定子和转子无法形成有效过盈配合，密封腔随即发生泄漏，螺杆泵工作效率迅速降低[3]。因此亟需开展稠油开采中螺杆泵工作力学特性探究，揭示螺杆泵定子衬套老化及漏失机理，并通过对现有结构优化和参数匹配，实现延长螺杆泵使用寿命、提高机械转速和降低稠油开采成本的目的[4-5]。

目前，针对螺杆定转子和衬套橡胶研究方面，韩传军[6]、韩国有[7]、王明起[8]等设计了橡胶单轴拉伸试验方案并拟合了丁腈橡胶的本构模型；Zhang[9]、Borisova[10]、祖海英[11]等分析总结了螺杆定转子的失效原因；韩传军[12]、秦佳[13]、曹刚[14]等开展了螺杆泵定子有限元模拟方法研究，其中，Zhang[9]通过对比2维和3维螺杆泵模型内轮廓线变形规律确认了2维和3维模型结果的一致性。然而，基于常温橡胶的螺杆泵研究的模拟结果与工作一段时间老化后的螺杆泵工作状态存在一定误差，且普通丁腈螺杆泵无法适应稠油的高温开采环境。为改善常规定子橡胶衬套生热不均和散热慢导致的高温环境下衬套寿命低的问题，提出了耐高温氢化丁腈橡胶等壁厚定子衬套结构。……