压裂泵往复密封性能及机理研究

根据流体动压润滑理论，对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程，柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件，即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封，从而达到减小摩擦提高寿命的目的；建立了摩擦界面油膜厚度和泄漏量的计算公式。利用有限元法理论，对密封圈的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了模拟计算。对往复密封圈沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行了测试；试验结果表明，建立的计算模型具有较高的计算精度，揭示了压裂泵的密封机理。     

压裂泵柱塞密封副研究

对压裂泵柱塞密封副失效原因进行了分析研究,对密封圈进行了有限元计算分析,在此基础上,对密封圈的材料和结构进行了改进设计。通过 磨损,对柱塞表面强化材料进行了筛选,制订了相应的柱塞表面强化工艺。．     

压裂泵柱塞密封副轴向压力分布的研究

V形密封是油田用压裂泵液力端的关键零件之一一,其密封的好坏直接影响泵整机的正常运行和工作效率,是泵性能好坏的一个重要指标.文章对压裂泵液力端V形密封轴向压力分布从理论和试验两方面进行分析和测试,并由轴向压力分布曲线探讨V形密封失效和圈数确定的问题。结果表明,当柱塞往复运动时,在密封圈工作范围内,最大压降发生在最外一道密封圈,而且在靠牵气侧的一小段上急剧下降。这种密封结构适合较高压力的密封,而不适合低压密封。V形密封圈数的增加或减少,不能改变最外一道密封圈的损坏情况。为柱塞密封副的设计提供理论依据。     

压裂车柱塞泵曲轴箱窜入酸液原因及改进措施

700型压裂车的3PCF300型三缸单作用卧式柱塞泵存在酸液窜入曲轴箱的现象。为此，对柱塞泵柱塞和密封圈的结构进行了改造，即将密封圈的唇口V形张角由90。增至120，背部尖角形改为半圆形，安装时将由填充聚四氯乙烯和26型氟橡胶制成的密封圈交互排列；将原三位一体的柱塞改为整体柱塞，柱塞表面渗硼调质后再抛光。近2年的使用实践证明，经改造密封圈和柱塞的柱塞泵，未发生柱塞与泵头碰撞和酸液窜入曲轴箱的现象，且柱塞寿命由原来的3－4个月提高到10－12个月，密封圈寿命由500小时提高到1100小时。     

万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明, 高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为：扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。     

用于压裂的1400大气压增压泵

压裂泵是进行油井酸化和加砂两种压裂工艺以增产原油的关键设备。目前高冲次压裂泵存在的最大问题是在砂粒的作用下,泵阀和柱塞寿命较短。尽管有些国家在改善泵阀等结构及其材质和处理工艺方面做了一定的工作,相应延长了泵的使用寿命,但问题仍未彻底解决。美国哈利伯顿(Halliburton)公司针对上述问题提出了一种长冲程低冲次增压泵,可以大大延长泵阀和柱塞的寿命,同时还在很大程度上改善了系的各种工作性能,可供参考。     

柱塞式注水泵技术改进与应用分析

针对油田现场注水泵易损件寿命短的问题,对柱塞式注水泵进行了技术改进。主要改进措施包括:1柱塞填料密封结构及材料的改进,即在柱塞填料密封函体结构中增设密封介质腔,通过密封腔介质对柱塞产生润滑作用,减小柱塞与填料间的摩擦,同时采用带有自补偿功能的组合填料密封结构,以延长柱塞和填料的使用寿命;2对柱塞喷涂材料进行改进,即选用45#钢基材表面超音速喷涂Ni60/WC复合金属涂层柱塞,并采用柱塞自动调心结构,提高柱塞的耐磨蚀性能,同时减小柱塞与密封件的偏磨;3采用螺旋导向复合密封锥型组合阀组替代原立式上下分体阀,延长泵阀的使用寿命。现场应用结果表明,改进后的注水泵柱塞、填料和泵阀平均寿命普遍延长,泵机组效率显著提高,注水泵运行成本降低,经济效益明显。     

TPA-600型三缸单作用卧式往复柱塞泵液力端改造

针对TPA-600型三缸单作用卧式往复柱塞泵液力端（泵头）柱塞密封盘根结构设计上存在的缺陷．进行了改进．新泵头舍去了原来的可换式盘根底座,将柱塞盘根密封室延长到泵体深处,缩小了原安装盘根座的内孔尺寸,并增设了一个铜环,一个铁环,把柱塞盘根（除润滑油环保留在原位外）整体前移,相应的增加了柱塞的长度;为了保证泵头强度不受影响,还将泵头作相应的加厚。此外柱塞盘根压帽也进行了改进,柱塞盘根润滑油孔和调节盘根用的工具查孔,由六孔改为八孔。改造制作的新泵头,降低了盘根所受压力,利于盘根密封的调整,提高了柱塞盘根密封的可靠性,延长了柱塞密封及泵头的使用寿命。     

压裂泵柱塞密封副优化技术的发展与展望

为了打破压裂泵柱塞密封副优化技术的瓶颈、进一步提升压裂设备的工作性能、实现油气增产,从压裂泵柱塞密封系统的实际工况和密封机理出发,概述了压裂泵柱塞密封副失效的研究现状,梳理和总结了现有的压裂泵柱塞密封副优化技术;在此基础上,结合摩擦学和材料学等相关领域的最新研究成果,对我国压裂泵柱塞密封副优化技术未来的发展提出了建议和展望。研究结果表明:(1)表面织构技术已被证实能显著降低柱塞密封副的摩擦磨损,应积极设计和开展压裂泵实际工况下的全尺寸织构化柱塞密封系统试验,以推动表面织构化柱塞的应用进程;(2)针对橡胶密封件的性能短板以及压裂泵柱塞密封系统的工作要求,亟需采用材料改性技术来进一步增强密封橡胶的综合性能;(3)表面织构技术、表面涂层技术、材料改性技术在减摩抗磨等方面的协同效应决定了将其复合成压裂泵柱塞密封副优化新技术的可行性和必要性,未来应着手解决复合技术在压裂泵工况下的实际应用问题。结论认为,我国油气资源的勘探开发现状对压裂设备的工作性能提出了更高的要求,压裂泵柱塞密封副的优化必须结合自身实际,对多学科领域的相关理论和方法进行借鉴、消化、吸收与再创新,进而形成一套符合我国实际的压裂泵柱塞密封副优化技术。     

人工举升新技术

应用于严重出砂环境的有杆泵 德克萨斯州沃斯堡的哈比一菲舍尔研制成功适用于硬砂生产环境的Sand-Pro有杆泵。该泵采用独特的方法，从压力密封的金属喷镀柱塞前缘分离出砂，通过不断从柱塞及柱塞套筒之间分离出硬砂粒，使得柱塞和套筒表面能保持更久的密封压力，从而延长使用寿命。该泵用2个串联的柱塞把上部砂处理柱塞与下部压力密封柱塞分开。在上层，软密封的柱塞没有压差，不会将砂粒带入，     

液压反馈自封高效节能柱塞泵的研究与应用

针对目前采用的柱塞泵摩阻大、漏失大、寿命短等问题，提出了一种新型液压反馈高效节能自封柱塞泵（HSP）。该泵的柱塞芯由中部开有若干个径向槽孔的金属管制成，柱塞上装有一个弹性伸缩套，套在中心筛管柱塞芯上，在弹性伸缩套外面套有若干个耐磨的密封环。上行程时柱塞内部的流体压力作用到胶套内表面上使之向外膨胀，使密封环始终压在泵筒内壁上，形成良好的密封；下行程时弹性伸缩套恢复原状，柱塞和泵筒之间产生间隙。通过有限元力学分析，证明该泵克服了常规柱塞泵摩阻大、效率低、寿命短等不足。室内试验表明该泵实现了下行“无”摩阻，上行自封“无”漏失，专用耐磨环实现了长寿命的目的。现场试验表明，在供液条件充足的情况下，该泵泵效达到60%~80%，可高效节能连续工作2 年以上。     

长塞环封防气防砂抽油泵的研制

针对目前解决普通抽油泵采油时产生气阻、气锁及砂卡现象的不足,研制了一种新型长塞环封防气防砂抽油泵。该泵采用长柱塞短泵筒结构,柱塞上端设计成机械强启闭防气出油阀总成,密封段采用刮砂环、补偿式金属环及非金属环间隔排列的形式防砂。大庆油田的现场试验表明,该泵能够在各种油气比的油井中高效可靠地工作,与普通抽油泵相比,平均泵效提高15%~20%,平均单井检泵周期延长90 d以上。     

高硬度环抽油泵的研究与应用

针对原抽油泵在高含水、高含砂、高矿化度介质中工作,寿命降低的问题,对其结构和材质进行了改进,活塞在原结构基础上增加了高硬度刮砂环。改进后的抽油泵现场可对比的14口井的泵效同比高于上次的泵效。其中3352井下高硬高环抽油泵稳定生产150 d,泵效仍达71％,与上次施工同比高10个百分点,证明高硬度环抽油泵的抗砂耐磨能力有所提高。     

压裂液快速返排泵的研制及应用

针对传统油井压裂工艺残液返排率低,造成地层污染严重,压裂效果不理想的问题,研制了系列压裂液快速返排泵。该泵主要由特制泵筒总成、柱塞总成、特制固定阀总成等组成,可满足油田压裂和酸化施工要求。使用时,该泵可作为压裂管柱下入井中,措施完成后,下入特制固定阀,无需重新起下油管,即可实现快速排液及抽油,减少一次起下泵及油管的作业措施。同时,残液得以及时返排,减少了压裂液对地层的二次污染,压裂效果提高10%左右,增效10余万元。节约作业费和入井工具费约3万元,具有较好的应用前景。     

压裂用大功率五缸柱塞泵的研制

随着油田压裂工艺的发展,大功率的柱塞泵越来越成为压裂作业的发展趋势,为此,研制了SJ2500五缸柱塞泵。这种泵具有压力高、排量大、性能可靠、结构紧凑、操作灵活等特点,采用一种柱塞的性能参数(压力、排量)可覆盖目前所有固井、压裂用三缸柱塞泵在各种柱塞时的性能参数,是油田酸化压裂作业的理想设备。该泵于2006年7月在美国德克萨斯州井场工作,其噪声等级低于现场其它泵,经过354h的现场施工,整个泵运行状态良好,美国用户对泵的整个操作很满意。     

一种压裂液橇装配制装置及其应用

真空抽汲是压裂液普遍采用的配制工艺技术。通常使用700型压裂车柱塞泵作为液体喷射泵，这样不仅造成大功率设备的极大浪费，而且新研制的橇装配制必然导致配液成本偏高，经济上极不合算。为此，文章介绍了一种压裂液橇装配制装置及其现场应用实验。试验表明：新研制的橇装配制装置完全能够替代700型压裂车进行压裂液的配制，运行稳定，质量可靠，经济效益十分明显。     

用于2000型压裂车的三缸泵和五缸泵试验研究

供2000型压裂车选择的柱塞泵有三缸泵和五缸泵2种。为了验证压裂车和柱塞泵的性能，进行了台架试验、出厂试验和现场工业试验。经试验研究表明，五缸泵压裂车的参数覆盖范围较三缸泵压裂车有明显优势，五缸泵的泵效优于三缸泵。     

抽油泵柱塞减少磨损的方法

传统的抽油泵柱塞外表面垂直轴向开有矩形防砂槽，容易造成外表面过早磨损、腐蚀剥落、拉伤漏失而失效，因此提出改进抽油泵柱塞外表面密封结构设计的两点设想：（1）在柱塞外表面上、中下设置三道截面为半圆形的螺旋防砂槽，上、下两道为左旋，中间为右旋；（2）在上部螺旋槽底开设导砂孔。采用以上两种设计形式，预计可减少抽油泵柱塞与泵筒的磨损，改善抽油泵的密封和润滑，减少泵工作过程的漏失量，避免出现泵砂卡和抽油杆脱扣，从而延长检泵周期。