F—2200HL钻井泵易损件可靠性试验研究

针对F—2200HL钻井泵在油田工业性试验中暴露出易损件使用寿命不稳定的问题,为进一步改进设计,对该型钻井泵进行了1309h的厂内模拟油田工况台架运转试验,主要是对泵柱塞盘根、活塞缸套、阀总成、密封件等进行多方案的可靠性试验。结果表明,研制的缸套活塞结构可以用于52MPa以上工作压力的往复泵;双金属缸套活塞组成的密封副是最佳密封结构,陶瓷缸套耐磨性很好,但其组成的密封副结构并非最佳密封结构;泵阀胶皮损坏导致阀体、阀座刺漏是泵阀总成失效的主要形式,提高阀胶皮质量是延长泵阀使用寿命的关键。     

适用于非常规油气田作业压裂泵阀箱(2300、2500、2800型)

适用于非常规油气田作业压裂泵阀箱(2300、2500、2800型)广泛应用于川渝地区页岩气田开发的压裂施工作业。该系列新型压裂泵阀箱通过材料、结构、制造工艺的创新,内腔结构采用适合双导向杆阀,整体式结构取代分体式结构,并应用了静压自增强处理技术、滚压处理技术、喷丸强化处理技术,具有耐(超)高压、工作稳定、安全性能高、使用寿命长等特点。在高压力、大排量、长时间持续施工作业的恶劣工况中,能够良好抵抗腐蚀及交变疲劳应力,在70~105MPa工作压力下使用寿命提高到200小时以上,工作时间超过国内同类产品30%以上,有效降低了作业成本。     

压裂泵柱塞密封的改进设计

压裂泵柱塞密封性能好坏与使用寿命的长短直接影响压裂酸化作业的正常实施，密封不良将带来很大的维护工作量。为适应油气井增产的需要，对OPI 1800AWS型压裂泵柱塞密封的结构特点进行了分析，并结合生产和应用实际分析了柱塞密封失效和泄漏的原因，提出了一种油田压裂用柱塞密封的结构改造方案，即通过提高柱塞表面质量，优选密封圈材质，改进密封圈的结构，增加擦拭环，保证柱塞往复运动时与缸套的同轴度，可以提高摩擦副的密封效果和延长柱塞密封的使用寿命。柱塞密封结构改造后，柱塞寿命提高到15个月，密封圈寿命延长了２倍。     

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。     

高压柱塞泵阀箱失效分析及抗疲劳设计

高压往复柱塞泵在油田的压裂、酸化和固井等作业过程中常发生失效,特别是作为泵送介质的核心部件阀箱常发生疲劳开裂。为解决柱塞泵阀箱的疲劳失效问题,通过大量的开裂案例分析,系统归纳出油田用高压柱塞泵阀箱发生疲劳开裂的主要诱因,主要包括关键区域的应力集中、阀座区域的冲击作用及泵送介质造成的点蚀等。从结构设计和材料合金设计等2个方面分别进行分析得知,通过优化结构改善阀箱内腔的应力分布情况,以及在阀箱的高强度合金材料的选取上进行改进可延长柱塞泵阀箱的使用寿命。     

压裂泵泵阀失效分析

对U类和O类泵阀的失效分析表明,压裂泵泵阀受高压冲击载荷和高含砂高酸度压裂酸化液冲蚀作用,产生磨料磨损、冲蚀磨损和疲劳磨损,导致密封失效,使用寿命低。为提高泵阀使用寿命,应优化阀锥角、阀盘结构及密封胶圈形状;选用合适的泵阀材料和热处理工艺,提高泵阀心部硬度,增加高硬度层厚度,改善其使用性能。     

1050型高压压裂泵阀箱的有限元分析

阀箱疲劳开裂失效是当前国内外压裂泵存在的主要问题,随着工作压力提高,这个矛盾更加突出。为此,应用ADINA结构分析软件对YLB-1050型高压压裂泵阀箱进行了三维有限元计算,获得了阀箱各部位的应力和变形分布规律,为高压泵阀箱的合理设计提供了理论依据和改进意见。     

压裂泵阀箱可靠性计算

基于压裂泵阀箱的失效分析,建立了在三向应力作用下计算阀箱可靠性的模型,设计了计算程序。以YLB—1000型压裂泵阀箱为例,计算了破坏概率和可靠性,并指出了危险点。计算结果与实际工况完全相符。     

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。     

一种新型注水泵泵阀

油田现有注水泵泵阀为吸入阀和排出阀2套独立的泵阀,维修很不方便。鉴于此,研制了一种整体泵阀,即将2套独立的泵阀合二为一,以优化泵阀结构,方便维修。这种新型泵阀主要由组合阀体、组合进液阀片、组合进液阀片体、组合排液阀、弹簧座、销子和弹簧等组成。阐述了泵阀的结构特点、工作原理以及试验情况。现场应用表明,新型泵阀的使用寿命比原有泵阀至少延长了1倍,有效地解决了原泵阀存在的问题,提高了注水系统的可靠性和注水工作效率。     

压裂泵阀箱强度及寿命分析

对阀箱进行有限元强度和寿命计算,找到危险截面和应力分布状态,对于阀箱可靠性评估、改进设计和正确使用具有重要意义。采用与Pro/E无缝结合的有限元分析工具Pro/Mechanica对某70MPa压裂泵阀箱进行了有限元强度和疲劳寿命分析。通过对应力图动态查询可知,最大应力为694.7MPa,位于缸腔与柱塞腔相贯部位拐角处,内腔平均应力为347.6MPa。整体上阀箱的疲劳寿命为1×1020次,阀箱整体强度足够,但薄弱环节的最低疲劳寿命仅为1×104.803次。为此设计时应加大关键部位的圆角半径,以减小应力集中。为了延长泵头的工作寿命,可采用自增强、复合强化、喷丸处理等工艺措施。     

压裂泵泵阀导向结构的改进设计

针对常见的压裂泵泵阀导向结构的特点和存在的问题,介绍了经改进设计的泵阀将阀盘和导向翼分别加工成形,再用摩擦焊焊接成一体的过程和工艺。这种结构改善了泵阀的导向性能,增大了阀盘下的有效过流通道面积,提高了泵阀的使用寿命。     

钢带式超长冲程抽油装置用特种抽油泵

为满足超长冲程的需要，采用两个或更多个相互间距离为１００～１５０ｍ的柱塞串联成特种抽油泵的多节柱塞，用油管作为特种抽油泵的泵筒。多节柱塞一油管副间的密封能力由特殊结构的柱塞密封元件——封隔器保证。新型大通道泵阀的采用，增大了特种抽油泵的排量，延长了使用寿命。还综述了柱塞冲程、速度和加速度的计算，为特种抽油泵结构和工作参数的正确选择提供了依据。     

高温铁素体对17-4PH钢压裂泵阀箱寿命的影响分析

采用17-4PH钢制造的压裂泵阀箱,工况相同,材料的化学成分、力学性能相近,但是使用寿命差异巨大。利用失效分析方法,对正常寿命、不正常寿命件取样,进行试验对比分析,证实了高温铁素体的平均含量对于17-4PH钢压裂泵阀箱的使用寿命存在影响,特定位置的局部富集以及高温铁素体的晶粒大小也是17-4PH钢压裂泵阀箱的使用寿命的重要影响因素。对高温铁素体因为腐蚀因素造成压裂泵阀箱加速疲劳失效的原因进行了分析。建议对压裂泵阀箱用17-4PH钢中高温铁素体的指标进行规范。     

高压压裂泵阀箱的强化处理

高压压裂泵阀箱工作时，内腔表面产生很高的应力。对ＹＬＢ—１４００型压裂泵阀箱的应力分析表明，在两孔相贯线的顶部，峰值应力可达１１６８ＭＰａ，超过了阀箱钢材的屈服极限σｓ，这种阀箱只有在强化处理后才能使用。液压自增强处理和爆炸处理的关键是利用高的液压或爆炸压力对阀箱内腔预压，使阀箱内表面发生塑性变形而外表面发生弹性变形，并通过弹性恢复在内表层形成高而深的残余压应力层。ＹＬＢ—１４００型压裂泵阀箱经强化处理，在内腔表面危险区域形成－４５０～－５３０ＭＰａ的残余压应力，可大幅度提高疲劳寿命。     

三缸单作用泥浆泵阀箱密封的改进

本文分析了三缸单作用泥浆泵阀箱密封失效的原因,介绍了阀箱密封结构的改进方案。根据改进后阀箱密封的使用情况,提出了进一步改进的几点意见。     

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。     

大斜度井抽油泵结构改进及应用

在大斜度井中,常规管式泵采油系统存在管杆偏磨严重、泵阀关闭滞后、效率低等问题。改进了泵的结构,即:固定阀采用弹簧结构,实现强制关闭;游动阀设计有半球阀-中心连杆结构,使阀球复位准确;采用3级密封柱塞,密封可靠;改进扶正器结构,减少偏磨。研制的大斜度井抽油泵可适用于井斜为0～90°的定向井,泵效提高约7%,减少了柱塞及管杆偏磨。     

影响500压裂泵易损件寿命的因素及应采取的措施(中)

<正> 前面讨论了影响易损件寿命的各种因素和泵阀的运动规律,下面就阀胶皮、阀盘、阀体、阀座、柱塞和盘根等的结构设计、材料和现场维修保养等应采取的措施加以讨论。 (一) 阀胶皮 1.结构设计 目前,国内外压裂泵阀胶皮结构分为两种:一种为平面型;另一种为圆弧型(图8)。引进的美国BJ公司佩斯梅克泵和道威尔公司压裂泵及国产500型、850型、1200型均采用     

双支承结构压裂泵阀

<正> 从一九八一年起,长庆油田钻采工艺研究所经过两年的努力,研制成功了新型的双支承结构压裂泵阀(图1)。新型的压裂泵阀结构新颖,使用寿命长。