一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，通過對螺桿泵的使用條件和定子橡膠的成本價格的分析，確定定子橡膠的基本性能；然后利用智能優(yōu)化方法對橡膠配方進(jìn)行參數(shù)化建模；經(jīng)過計算求解后進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，確定其收斂后最終得到螺桿泵定子橡膠配方的最優(yōu)值。本發(fā)明綜合考慮影響采油螺桿泵定子橡膠使用壽命的因素，建立一個融合多參數(shù)于一體的螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型，實現(xiàn)油井工況條件與定子橡膠類型的合理匹配，適時、適量地調(diào)整和修正部分參數(shù)變量，確保螺桿泵采油系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，顯著地降低定子橡膠的失效速度并延長采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
【專利說明】一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，尤其指一種采油螺桿泵定子橡膠配方的優(yōu)化設(shè)計能夠適用于不同的油井工況并延長系統(tǒng)使用壽命的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]采油螺桿泵是單螺桿式水利機(jī)械的一種，是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。相比于其它人工舉升技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、高效節(jié)能、機(jī)組占地面積小等特點，尤其適宜于高粘度、高含砂量、高油氣(水)比原油開采，已經(jīng)在國內(nèi)外的油田生產(chǎn)中普遍使用。采油螺桿泵常處于高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)、周期性擠壓等苛刻工況下工作，通過螺桿泵定子橡膠實物的現(xiàn)場分析與研究，將引起定子橡膠實物失效的因素分為三種類型:分別是溶脹、化學(xué)侵蝕、機(jī)械磨損。這三種因素分別從不同方面引起定子橡膠物理、化學(xué)、機(jī)械性能的變化，同時又相互影響，加劇了定子橡膠的失效速度。由于橡膠定子材料受多種因素影響導(dǎo)致物理性質(zhì)發(fā)生改變，加速了橡膠老化，縮短了螺桿泵的使用壽命，限制了螺桿泵的使用范圍。
[0003]為解決上述問題，通常采用的方法是對定子橡膠配方進(jìn)行設(shè)計。目前，國外的螺桿泵制造商常要求用戶提供當(dāng)?shù)赜途挠蜆?，根?jù)油樣化驗的石油成分和含有的腐蝕介質(zhì)，來選擇相應(yīng)的定子橡膠配方，以確保潛油螺桿泵采油系統(tǒng)的使用壽命。由于國外有關(guān)橡膠配方設(shè)計的內(nèi)容對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，無法查到相關(guān)的專利和文獻(xiàn)。而國內(nèi)的螺桿泵制造商常在未對油樣進(jìn)行化驗分析的情況下，籠統(tǒng)地選用丁腈橡膠且配方單一，因此很難適應(yīng)各種油井工況，往往導(dǎo)致螺桿泵采油系統(tǒng)過早失效、造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重阻礙了螺桿泵的應(yīng)用。同時國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)對定子橡膠材料的選擇和配方研究較少，有關(guān)此方面的研究鮮有報道。因此，急需針對不同的油井工況，進(jìn)行橡膠基材(生膠)選擇和配方設(shè)計，確定合理的橡膠制備工藝，經(jīng)配方鑒定測試后滿足螺桿泵對定子橡膠的要求，使螺桿泵使用壽命達(dá)到設(shè)計值。
[0004]為此，提供一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，改善上述技術(shù)的缺失，能夠全面的考慮工況條件與橡膠類型的合理匹配，顯著地降低了定子橡膠的失效速度并延長了采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，可以顯著地降低定子橡膠的失效速度并延長采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命；本發(fā)明的另一目的在于提供一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，可實現(xiàn)油井工況條件與定子橡膠類型的合理匹配，達(dá)到螺桿泵高效節(jié)能的功能。
[0006]一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟。
[0007]步驟1.根據(jù)螺桿泵的使用條件和定子橡膠的成本價格分析結(jié)果，確定橡膠的基本性能； 所述螺桿泵的使用條件是指包括油井的工況條件(泵兩端的壓差、原油黏度、含砂量、井下原油溫度、油氣比等)、螺桿泵自身物理和幾何參數(shù)(泵的轉(zhuǎn)子和定子材料、定子過盈量、泵的級數(shù)等)以及螺桿泵的機(jī)械效率和容積效率。這些參數(shù)融合在一起，共同對定子橡膠襯套產(chǎn)生影響，決定了螺桿泵的使用壽命。
[0008]步驟2.遵循橡膠配方設(shè)計的原則和程序，利用智能優(yōu)化方法對橡膠配方進(jìn)行參數(shù)化建模。所述智能優(yōu)化方法，是指涉及自然機(jī)理和生物智能的各種“模擬”型優(yōu)化方法，主要研究內(nèi)容包括穩(wěn)定性、收斂性和快速性等，通過對原始算法的改進(jìn)使優(yōu)化模型全局收斂或局部收斂。
[0009]步驟3.對定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型進(jìn)行計算求解，并進(jìn)行后處理。
[0010]步驟4.根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，利用目標(biāo)函數(shù)確定其收斂性。
[0011]所述參數(shù)的優(yōu)化評估，是指根據(jù)油井的工況條件、螺桿泵自身物理和幾何參數(shù)以及螺桿泵的機(jī)械效率和容積效率等實際情況的變化，對優(yōu)化模型進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，并利用目標(biāo)函數(shù)確定其收斂性。
[0012]步驟5.獲得螺桿泵定子橡膠配方的最優(yōu)值。
[0013]所述最優(yōu)值，是指定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型求解后滿足目標(biāo)函數(shù)收斂條件的計算值(理論值)，并不能直接用于形成螺桿泵定子橡膠產(chǎn)品。若實現(xiàn)最終形成螺桿泵定子橡膠產(chǎn)品的目標(biāo)，還需要經(jīng)過實驗室的配方鑒定試驗和臺架試驗，不斷對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和修正，最終滿足工程設(shè)計的要求。
[0014]所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果收斂，即進(jìn)入步驟5。
[0015]所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果不收斂，進(jìn)行部分參數(shù)變量的修正；修正參數(shù)變量結(jié)束后，返回步驟2。
[0016]綜上所述，相比于其它的采油螺桿泵定子橡膠配方設(shè)計方法，本發(fā)明的采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法可綜合考慮螺桿泵使用條件和定子橡膠成本的因素，建立一個融合多參數(shù)于一體的螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型，通過適量修改橡膠配方的參數(shù)變量，改善上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，使采油螺桿泵正常運轉(zhuǎn)，可以顯著地降低定子橡膠的失效速度并延長了采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的運行流程圖。
[0018]【具體實施方式】:
下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]圖1為本發(fā)明的運行流程圖，如圖所示，本發(fā)明涉及的一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟。
[0020]步驟1.根據(jù)螺桿泵的使用條件和定子橡膠的成本價格分析結(jié)果，確定橡膠的基本性能。
[0021]步驟2.遵循橡膠配方設(shè)計的原則和程序，利用智能優(yōu)化方法對橡膠配方進(jìn)行參數(shù)化建模。
[0022]步驟3.對定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型進(jìn)行計算求解，并進(jìn)行后處理。
[0023]步驟4.根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，利用目標(biāo)函數(shù)確定其收斂性。
[0024]步驟5.獲得螺桿泵定子橡膠配方的最優(yōu)值。
[0025]所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果收斂，即進(jìn)入步驟5。
[0026]所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果不收斂，進(jìn)行部分參數(shù)變量的修正；修正參數(shù)變量結(jié)束后，返回步驟2。
[0027]在實驗中，取輸入層為橡膠配方(分別為硫磺、促進(jìn)劑、炭黑及丙烯腈的用量)，而輸出層為橡膠的性能(分別為拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐油性等特性)，通過智能優(yōu)化方法進(jìn)行參數(shù)化建模，分析優(yōu)化結(jié)果與理論實測值的誤差是否滿足目標(biāo)值。如果優(yōu)化結(jié)果收斂于目標(biāo)值，則確定螺桿泵定子橡膠配方的最優(yōu)值；否則，對定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型的部分參數(shù)變量進(jìn)行調(diào)整，重新進(jìn)行迭代計算，使優(yōu)化結(jié)果收斂于目標(biāo)值，最終實現(xiàn)螺桿泵定子橡膠配方的優(yōu)化設(shè)計。
[0028]綜上所述，相比于其它的采油螺桿泵定子橡膠配方設(shè)計方法，本發(fā)明的采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法可綜合考慮螺桿泵使用條件和定子橡膠成本的因素，建立一個融合多參數(shù)于一體的螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型，能夠?qū)崿F(xiàn)定子橡膠配方的優(yōu)化設(shè)計，且優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確，優(yōu)化步驟簡單。不僅改善了現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，大大降低了定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計的成本；而且顯著地降低定子橡膠的失效速度并延長了采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:提供一種采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，可以顯著地降低定子橡膠的失效速度并延長采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采油螺桿泵定子橡膠優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述優(yōu)化設(shè)計方法可實現(xiàn)油井工況條件與定子橡膠類型的合理匹配，達(dá)到螺桿泵高效節(jié)能的目的。
3.—種如權(quán)利要求1-2中任一項所述采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1.根據(jù)螺桿泵的使用條件和定子橡膠的成本價格分析結(jié)果，確定橡膠的基本性倉泛; 步驟2.遵循橡膠配方設(shè)計的原則和程序，利用智能優(yōu)化方法對橡膠配方進(jìn)行參數(shù)化建模； 步驟3.對定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型進(jìn)行計算求解，并進(jìn)行后處理； 步驟4.根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，利用目標(biāo)函數(shù)確定其收斂性； 步驟5.獲得螺桿泵定子橡膠配方的最優(yōu)值。
4.所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果收斂，即進(jìn)入步驟5;所述步驟4中，如果模型計算結(jié)果不收斂，進(jìn)行部分參數(shù)變量的修正；修正參數(shù)變量結(jié)束后，返回步驟2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述螺桿泵的使用條件是指包括油井的工況條件(泵兩端的壓差、原油黏度、含砂量、井下原油溫度、油氣比等)、螺桿泵自身物理和幾何參數(shù)(泵的轉(zhuǎn)子和定子材料、定子過盈量、泵的級數(shù)等)以及螺桿泵的機(jī)械效率和容積效率。
6.這些參數(shù)融合在一起，共同對定子橡膠襯套產(chǎn)生影響，決定了螺桿泵的使用壽命。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述智能優(yōu)化方法，是指涉及自然機(jī)理和生物智能的各種“模擬”型優(yōu)化方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述參數(shù)的優(yōu)化評估，是指根據(jù)油井的工況條件、螺桿泵自身物理和幾何參數(shù)以及螺桿泵的機(jī)械效率和容積效率等實際情況的變化，對優(yōu)化模型進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化評估，并利用目標(biāo)函數(shù)確定其收斂性。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述采油螺桿泵定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:所述最優(yōu)值，是指定子橡膠配方優(yōu)化設(shè)計模型求解后滿足目標(biāo)函數(shù)收斂條件的計算值(理論值)，并不能直接用于形成螺桿泵定子橡膠產(chǎn)品。
10.若實現(xiàn)最終形成螺桿泵定子橡膠產(chǎn)品的目標(biāo)，還需要經(jīng)過實驗室的配方鑒定試驗和臺架試驗，不斷對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和修正，最終滿足工程設(shè)計的要求。
【文檔編號】G06F17/50GK104133937SQ201410306475
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】羅旋, 王世杰, 張陳, 孟廣波, 張凱, 呂曉仁, 陳麗華, 孫長青, 劉勁濤, 王琳, 王寶石, 孟海星 申請人:沈陽工程學(xué)院