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1.1　概述1

第1章　潜油螺杆泵采油技术及装备概述1

1.2　潜油螺杆泵采油技术的研究与应用现状2

1.2.1 国外潜油螺杆泵采油系统的开发研制2

1.2.2 国外潜油螺杆泵采油系统的应用4

1.2.3 我国潜油螺杆泵采油系统的研制与应用7

1.3　潜油螺杆泵采油成套设备的组成及特征8

1.3.1 潜油螺杆泵采油系统的组成8

1.3.2 潜油螺杆泵采油系统的技术经济特征9

1.3.3　ESPCP系统要解决的关键技术问题10

1.4　潜油螺杆泵采油技术的发展趋势及动向12

1.4.1　传动系统的零部件结构设计12

1.4.4　螺杆泵的结构设计与制造13

1.4.2　建立ESPCP系统的远程智能控制网13

1.4.3 建立基于PDMS的ESPCP系统CAD/CAPP软件包13

1.4.5　定子橡胶的选择与配方设计14

1.4.6　螺杆泵检测技术15

1.4.7　确定合适的定转子之间的配合关系15

1.4.8　金属定子、塑料转子螺杆泵15

第2章　单螺杆泵的理论基础16

2.1　单螺杆泵的工作原理16

2.2　单螺杆泵的流量计算与基本参数确定18

2.2.1 单螺杆泵的流量计算公式18

2.2.2　单螺杆泵基本尺寸的确定19

2.3.1 螺杆的轴向型线及其方程式21

2.3　单螺杆泵定转子型线方程式21

2.3.2　衬套的轴向型线及其方程式22

2.4　单螺杆泵的运动学分析25

2.4.1 单螺杆的自转和公转25

2.4.2 单螺杆在衬套中的运动特点26

2.5　单螺杆泵的能量损失与效率计算28

2.5.1 容积损失28

2.5.2　机械损失28

2.6　单螺杆泵定转子尺寸最优配比30

2.6.1　初始过盈最优值的确定30

2.6.2　螺杆偏心距对其半径最优比值的确定31

2.6.4　螺杆-衬套副长度的选择32

2.6.3　衬套导程对螺杆半径最优比值的确定32

2.7　单螺杆泵轴向力计算34

2.7.1　Gc的确定34

2.7.2　Gf的确定35

2.7.3　Gp的确定36

第3章　螺杆泵采油供采协调与选型设计40

3.1　螺杆泵的流体特性曲线40

3.1.1 扭矩特性曲线40

3.1.2 排量特性曲线40

3.1.3　螺杆泵的功率与效率41

3.2　油井渗流特性42

3.2.1 单相流流入动态计算42

3.2.2 油气两相渗流流入动态计算44

3.2.3 油、气、水三相流体流入动态计算48

3.2.4 水平井与定向井流入动态计算50

3.3　垂直管流特性54

3.3.1 气、液混合物在垂直管中的流动特性54

3.3.2 计算气-液两相垂直管流压力梯度的摩擦损失系数法55

3.3.3 混合液密度？m、流速？m及总质量Wt的计算方法56

3.4　供采匹配协调58

3.4.1 供采匹配协调原则58

3.4.2　螺杆泵井的节点分析方法59

3.5　螺杆泵的选择61

3.5.1　螺杆泵的排量61

3.5.2　螺杆泵的压头62

3.5.3 影响螺杆泵排量、压头的其他因素63

3.5.4　泵型选择及参数设计65

3.5.5　配套抽油管的选择68

第4章　潜油螺杆泵采油系统减速器设计71

4.1　机械传动系的总成71

4.1.1 传动系统运行环境及总体性能指标71

4.1.2 引用标准71

4.1.3 型式、等级及结构尺寸72

4.1.4　机械传动装置总成的型号设计73

4.2　减速器的选型与结构设计73

4.2.1 潜油减速器的基本设计目标73

4.2.2　结构形式选择74

4.2.3　尺寸及速比系列化74

4.3.1　行星齿轮传动效率的组成与计算依据76

4.3　行星齿轮传动的效率计算76

4.3.2　转化机构的效率计算77

4.3.3　计算2K-H型行星齿轮传动效率的啮合功率法79

4.3.4　2K-H型行星齿轮传动效率的计算80

4.4　行星齿轮传动的啮合计算80

4.4.1 确定2K-H型行星齿轮传动各轮齿数应满足的条件80

4.4.2　行星齿轮传动齿数的匹配方法82

4.4.3　行星齿轮传动的角度变位83

4.4.4　2K-H型行星传动几何计算83

4.5　行星齿轮传动的承载能力计算85

4.5.1 2K-H型行星齿轮传动的受力分析85

4.5.2　计算方法与依据85

4.5.3 行星传动齿轮主要尺寸的初步确定87

4.5.4　齿面接触疲劳强度校核计算88

4.5.5 轮齿弯曲疲劳强度校核计算88

4.6　NGW型行星减速器的可靠性优化设计89

4.6.1 可靠性优化数学模型建立89

4.6.2　计算机优化求解93

4.7　潜油行星减速器生产试验97

第5章　潜油螺杆泵采油系统联轴装置98

5.1　联轴装置的创新设计98

5.1.1　联轴装置的需求分析与功能98

5.1.2　联轴装置总体结构设计99

5.1.3　接口规范100

5.1.4　联轴装置的技术特征分析100

5.2　零齿差内啮合渐开线齿轮传动齿廓啮合过程的理论分析102

5.2.1 啮合点沿内外齿轮齿廓的变化过程分析103

5.2.2　齿廓实际工作段的确定105

5.3　零齿差内啮合渐开线齿轮机构连续传动条件的分析108

5.3.1　连续传动条件的确定与重合度的定义108

5.3.2　单双齿啮合区段长的确定110

5.4　渐开线零齿差内啮合齿轮机构传动效率的计算112

5.4.1 内外齿轮齿面的滑移特征113

5.4.2　传动效率计算114

5.5　渐开线零齿差内啮合齿轮副强度的理论分析116

5.5.1 齿廓接触疲劳强度的理论计算116

5.5.2 齿根弯曲疲劳强度的理论计算117

5.6.1 变位系数选择的基本原则119

5.5.3　对切向变位影响系数的推导说明119

5.6　零齿差内啮合齿轮副变位系数的选择119

5.6.2 变位系数的选择过程123

5.7　齿轮联轴节几何尺寸计算及强度校核举例126

5.7.1　基本参数的确定126

5.7.2 径向变位系数和切向变位系数的选择126

5.7.3 外齿轮几何尺寸计算126

5.7.4 内齿轮几何尺寸计算127

5.7.5 考虑切向变位后内外齿轮齿厚计算128

5.7.6　螺纹强度与筒体强度校核128

6.1.2　油井动液面的环空测量法131

6.1.1 井底压力信号的实时采集131

第6章　螺杆泵转子转速制约因素综合分析131

6.1　油井渗透率对螺杆泵转速的影响131

6.2　容积效率与转速的关系及容积效率的关联影响因素132

6.2.1 螺杆泵的容积效率和机械效率132

6.2.2　泵的压力计算及泵两端的压差对效率的影响133

6.2.3　油的温度和黏度对容积效率的综合影响134

6.3　定子衬套的磨蚀情况与转速的关系139

6.4　泵的结构参数与转速的关系139

6.4.1 定子橡胶随温度的变化140

6.4.2 定子橡胶随流体性质的变化141

第7章　潜油螺杆泵采油作业监控技术143

7.1　系统的控制需求143

7.2.2　采油系统的软启动144

7.2　控制策略与实施144

7.2.1 宝塔式控制策略144

7.2.3　供采平衡状态下电机输入频率的设计准则145

7.2.4　控制方式145

7.2.5　控制过程148

7.2.6　数据处理150

7.3　控制系统的硬件平台与变频调速151

7.3.1　调速原理与调速方式的确定151

7.3.2 变频调速对电动机的要求152

7.3.3　变频器的容量152

7.3.4 负功率处理153

7.3.5 变频器的选型153

7.4.1　井下传感器155

7.4　信号采集155

7.4.2 井下环空动液面的测量158

7.5　信号处理与通信控制163

7.5.1　信号的传递过程163

7.5.2　信号的转换164

7.5.3　基于Windows98的串行通信控制模块165

7.5.4 自校正PID调节器的设计与实现167

第8章　保护器169

8.1　保护器的作用及种类169

8.1.1　保护器的作用169

8.2　保护器的结构及原理170

8.2.1　保护器的结构及原理170

8.1.2　保护器的种类170

8.2.2　沉淀式保护器171

8.2.3　胶囊式保护器172

8.2.4　保护器呼吸量的计算173

8.3　保护器的机械密封173

8.3.1　机械密封的基本结构和作用原理174

8.3.2　机械密封的特点175

8.3.3　机械密封的磨损形式175

8.3.4　机械密封的性能参数176

8.4　保护器的应用180

8.4.1　保护器的使用效果180

8.4.2　常见故障及处理方法180

8.5.3　保护器的试验181

8.5.2　保护器的拆检181

8.5.1　保护器的组装181

8.5　保护器的组装、检修及试验181

第9章　潜油电缆182

9.1　潜油电缆的结构特点和潜油电缆材料182

9.1.1 潜油电缆的结构特点182

9.1.2　潜油电缆的材料183

9.2　潜油电缆的技术参数及测试185

9.2.1　潜油电缆的技术参数185

9.2.2　潜油电缆技术参数的测试188

9.3　潜油电缆的连接194

9.3.1 潜油电缆的连接材料194

9.3.2 潜油电缆的连接方法196

9.4.1　插入式电缆头197

9.4　潜油电缆头的结构197

9.4.2　缠绕式电缆头198

9.4.3 电缆头的规格及机组配套198

9.5　潜油电缆头的性能指标及测试199

9.5.1 潜油电缆头的电气性能指标199

9.5.2　潜油电缆头的各项性能指标测试199

9.6　潜油电缆的选择200

9.6.1 电缆耐温等级和电缆载流量的选择200

9.6.2 电缆降压、损失功率和经济性的选择200

9.7　潜油电缆的故障及检测201

9.7.1 潜油电缆的故障原因201

9.7.2　潜油电缆的故障检测202

参考文献205