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1概论1

1.1引言1

1.2螺杆泵采油系统概述2

1.2.1螺杆泵采油系统组成2

1.2.2螺杆泵分类2

1.2.3螺杆泵采油系统主要特点3

1.3螺杆泵采油系统研制与应用现状4

1.3.1地面驱动螺杆泵采油系统研制现状4

1.3.2潜油螺杆泵采油系统研制现状6

1.3.3国外螺杆泵采油系统应用现状10

1.3.4我国螺杆泵采油系统应用现状14

1.4螺杆泵采油系统新进展与发展趋势16

1.4.1新材料17

1.4.2新结构设计17

1.4.3新组件及配套技术19

1.4.4螺杆泵采油技术的发展趋势21

1.5采油螺杆泵的转速控制及优化24

1.5.1采油螺杆泵转速控制的意义24

1.5.2采油系统的软启动24

1.5.3供采平衡25

1.5.4采油螺杆泵的转速优化30

参考文献31

2单螺杆泵理论基础与选型设计34

2.1单螺杆泵的工作原理34

2.2单螺杆泵的流量计算与基本参数确定37

2.2.1单螺杆泵的流量计算公式37

2.2.2单螺杆泵基本尺寸的确定38

2.3单螺杆泵定转子型线方程式40

2.3.1螺杆的轴向型线及其方程式40

2.3.2衬套的轴向型线及其方程式42

2.4单螺杆泵的运动学分析44

2.4.1单螺杆的自转和公转44

2.4.2单螺杆在衬套中的运动特点46

2.5单螺杆泵的能量损失与效率计算48

2.5.1容积损失48

2.5.2机械损失49

2.6单螺杆泵定转子尺寸最优配比50

2.6.1初始过盈最优值的确定50

2.6.2螺杆偏心距对其半径最优比值的确定52

2.6.3衬套导程对螺杆半径最优比值的确定53

2.6.4螺杆-衬套副长度的选择53

2.7单螺杆泵轴向力计算54

2.7.1Gc的确定56

2.7.2Gf的确定56

2.7.3Gp的确定58

2.8螺杆泵的选型设计61

2.8.1螺杆泵的井下容积61

2.8.2螺杆泵的压头62

2.8.3泵型选择及参数设计63

2.8.4配套抽油管的选择68

参考文献71

3螺杆泵定子橡胶及其磨损分析72

3.1螺杆泵定子橡胶72

3.1.1橡胶材料基本特征72

3.1.2螺杆泵定子橡胶应具有的性能72

3.1.3常用的螺杆泵定子橡胶材料73

3.2实际工况下定子橡胶的选择76

3.2.1常规浅井77

3.2.2深井或超深井77

3.2.3水平井77

3.2.4特殊工况78

3.3螺杆泵定子橡胶实物磨损分布规律79

3.4螺杆泵定子橡胶磨损分析研究现状79

3.4.1从自身结构参数角度分析定子橡胶磨损79

3.4.2从受力角度分析定子橡胶磨损81

3.4.3从机构构形角度分析定子橡胶磨损83

3.4.4从有限元角度分析定子橡胶磨损86

3.4.5从磨损机理角度分析定子橡胶磨损88

3.4.6从流体动力学和结构力学角度分析定子橡胶磨损90

3.5橡胶摩擦学92

3.5.1摩擦学简介92

3.5.2研究橡胶磨损的重要意义93

3.5.3磨损的基本特征94

3.5.4摩擦学系统简介95

3.5.5橡胶摩擦的特点96

3.5.6橡胶磨损的特点97

3.5.7影响橡胶摩擦磨损性能的因素100

3.6采油螺杆泵摩擦学系统分析102

参考文献104

4采油螺杆泵转速影响因素107

4.1油井供液能力107

4.2采油螺杆泵结构参数108

4.2.1橡胶定子与金属转子之间的过盈量108

4.2.2螺杆泵内部结构参数110

4.3泵以上的环形空间111

4.4油井工况111

4.4.1原油黏度111

4.4.2井下温度112

4.4.3泵端压差113

4.4.4原油中的含砂量114

4.4.5原油中的含气量114

4.4.6原油中的含蜡量115

4.5螺杆泵定子橡胶的磨损115

4.6螺杆泵的容积效率和机械效率116

4.6.1螺杆泵的容积效率116

4.6.2螺杆泵的机械效率117

4.6.3泵两端压差对效率的影响117

4.6.4油的温度和黏度对容积效率的综合影响118

参考文献123

5螺杆泵转速优化模型构建及预测125

5.1常用的非线性优化方法125

5.1.1遗传算法125

5.1.2人工神经网络127

5.1.3灰色理论129

5.1.4小波分析131

5.1.5模糊系统理论134

5.2采油螺杆泵转速优化模型的构建与预测135

5.2.1BP神经网络建模与预测136

5.2.2RBF神经网络建模与预测140

5.2.3Elman神经网络建模与预测143

5.2.4基于遗传算法的神经网络建模与预测146

5.2.5基于四种人工神经网络的螺杆泵转速优化效果比较分析151

参考文献152

6螺杆泵转速优化系统开发156

6.1螺杆泵转速优化系统开发平台及支撑软件156

6.1.1Delphi系统开发平台156

6.1.2Matlab支撑软件157

6.2Delphi与Matlab混合编程158

6.2.1使用Matlab引擎159

6.2.2利用Mideva软件平台160

6.2.3利用文件传输方式161

6.2.4利用DDE（动态数据交换）162

6.2.5利用Active162

6.3基于文件传输方式实现的混合编程163

6.3.1Matlab的M语言163

6.3.2Matlab数据的输入输出方法163

6.3.3执行可执行文件（exe）的方式164

6.3.4Delphi将数据传递给Matlab164

6.3.5Matlab接受传递数据并进行计算164

6.3.6矩阵运算的实现165

6.4螺杆泵转速优化系统总体设计及组成模块167

6.4.1螺杆泵转速优化系统总体设计167

6.4.2螺杆泵转速优化系统组成模块168

6.5螺杆泵转速优化系统的软件设计168

6.5.1数据采集程序169

6.5.2螺杆泵转速神经网络模型与Delphi实现169

6.5.3控制输出程序170

6.6螺杆泵转速优化系统的模拟硬件构成170

6.7螺杆泵转速优化系统运行界面171

6.7.1开机界面171

6.7.2主界面171

6.7.3试验主界面177

6.7.4试验结果与报告界面180

6.7.5数据分析界面181

6.7.6曲线分析界面182

6.7.7报表设置界面183

参考文献184

7螺杆泵转速优化试验平台构建185

7.1摩擦磨损试验方法185

7.1.1实验室试件试验185

7.1.2模拟性台架试验185

7.1.3实际使用试验186

7.1.4摩擦磨损试验的三个阶段186

7.2摩擦磨损试验机的设计准则187

7.3摩擦磨损试验机分类与影响因素188

7.3.1摩擦磨损试验机分类188

7.3.2摩擦磨损试验机的影响因素188

7.4螺杆泵转速优化模型参数在试验平台的实现192

7.4.1温度192

7.4.2原油黏度192

7.4.3泵端压差192

7.4.4排量192

7.5试验平台总体技术要求192

7.6试验平台整体结构布局与工作原理193

7.6.1整体结构布局193

7.6.2工作原理193

7.7试验平台系统组成194

7.7.1试验部分196

7.7.2传动部分196

7.7.3加载部分197

7.7.4控制部分197

7.7.5测量部分198

7.7.6加热部分198

7.8试验平台的功能199

7.9试验平台验证试验199

参考文献200

8螺杆泵转速优化试验测试201

8.1引言201

8.2试验材料及试验机调试201

8.2.1试验材料201

8.2.2试验机调试201

8.3试验步骤202

8.4试验方案202

8.4.1变时间-变转速试验方案203

8.4.2定时间-变转速试验方案203

8.5试验结果及分析203

8.5.1变时间-变转速试验结果与分析203

8.5.2定时间-变转速试验结果与分析207