專利名稱：應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵及其工作方法。
背景技術：
根據泵的結構特征和作用的不同，可分為三個基本類型。(I)容積式泵:依靠包容液體的密封工作空間周期性的變化，把能量周期性地傳遞給液體，使液體的壓力增加到將液體強行排出。(2)葉輪式泵:依靠旋轉的葉輪對液體的動力作用，把能量連續(xù)地傳遞給液體，使液體的速度能和壓力能的能量增加，隨后通過壓出室將大部分速度能轉換為壓力能。其他類型泵。往復泵在石油工業(yè)中的應用很廣泛，石油礦場上常需要在高壓下輸送高粘度、大比重和高含沙量的液體，而流量相對不大，從各種泵的工作特點對比中表明，往復泵比較適用于這種情況。往復泵在鉆井時用作循環(huán)泥漿和注入固井水泥。在采油時，用作原油輸送、洗井、注水及地層壓裂。抽油設備中的深井泵也是一種特殊結構的往復泵。所以，往復泵是石油通用的和關鍵的設備之一。隨著鉆采深度的增加，對鉆機以及與其相配套的其它設備要求越來越高。目前國內外鉆井泵結構按高壓吸入閥與排出閥的位置可以劃分為三種:一是吸入閥與排出閥都安裝在閥箱內，且兩閥處于同一軸線上，與缸套的軸線垂直。此類閥箱叫I型。二是一閥安裝在閥箱內，一閥安裝在閥箱外，且兩閥與缸套的軸線垂直。此類閥箱叫L型。三是吸入閥與排出閥安裝位置的軸線相互垂直，且吸入閥與缸套處于同一軸線上，構成T字型液流通道。利用鉆井泵鉆井已有100多年的歷史。在這100多年中鉆井泵不斷改進不斷發(fā)展。鉆井泵的發(fā)展歷史以1901年美國德克薩斯州的Spindletop鉆出的336m深的有商業(yè)價值的石油井為起點。這也是近代油氣井旋轉鉆井史的起點。當時，鉆井使用的鉆井泵是雙缸雙作用活塞式蒸汽泵，泵壓為17.3X105Pa。這種泵不是專門為泥漿泵設計的，而是一般的供水泵。1917年生產的蒸汽泵已經是專門設計的鉆井泵了。這種泵的泵頭即是今天雙缸雙作用鉆井泵液力端的雛型。其主要不同之點在于當時的泵閥還是平板閥。這種泵一直使用到30年代。蒸汽泵的動力來自鍋爐產生的蒸汽。但在礦場，鍋爐的使用和運輸都不方便。因此，蒸汽鉆井泵逐漸被內燃機驅動的機動泵所代替。在二十世紀三十年代中最大的雙缸雙作用機動泵為1926年生產的。其活塞直徑為170mm，沖程為457mm，功率為110_147Kw，最高泵壓可達(100-125) X 105Pa。這種泵的設計和現在的雙缸雙作用泵已經相當接近了。其液力端已經使用了錐形閥，傳動端內有斜齒的減速齒輪、偏心軸、連桿和十字頭，采用了密閉的飛濺潤滑，液力端排出管裝有空氣包。但連桿大端還使用滑動軸承。到30年代中期，由于泵的載荷越來越大，鉆井泵才采用了全滾動軸承設計。但當時沒有大直徑的滾動軸承，所以主軸多采用懸臂式曲拐軸方案，連桿大端的滾動軸承內圈定在曲拐銷上。
隨著鉆井井深的增加和套管層次的增多，對鉆井泵的排量和泵壓提出了愈來愈高的要求。二戰(zhàn)后，泥漿性能有所改進，同時開展了噴射鉆井技術的研究和發(fā)展工作。這時鉆井作業(yè)者主要要求提高泵壓。從40年代末到50年代中期，噴射鉆井的研究和實踐提出了150-210X105Pa的泵壓要求。40年代末鉆井泵的功率，達到了 600Kw。同時，大部分公司把泵的最大沖程長度降回到457mm(18in)。50年代雙缸泵隨著泵功率的急劇加大，泵的重量和外形尺寸也隨之增加。為減輕泵重，當時在雙缸泵的設計上較大的改進是以鋼代鐵和減小泵寬。以鋼代鐵是用鋼板焊接的泵殼，并將一些零件改用優(yōu)質合金制造；減小泵寬是應用大直徑的滾動軸承作連桿大端支承，拚棄懸臂曲拐軸的方案而采用兩端簡支的偏心輪軸設計。這樣，兩缸中心距明顯縮小。60年代初，急需設計和制造一種泵壓能適應噴射鉆井工藝要求，同時體積小、重量輕，能滿足當時海洋、沙漠鉆井的安裝運輸條件的鉆井泵。各公司都作了大量的研究工作。其中目標比較集中的是將用于固井壓裂的三缸柱塞泵改型為鉆井泵，因為它正好能滿足上述要求。在研制的開始階段，問題仍然發(fā)生在機械能轉換為液體壓力能的為邊界面上一在泥漿介質中柱塞及柱塞密封的壽命過低。在這時，一組“單作用活塞-敞口缸套-噴淋水”的設計起了關鍵的作用。它使鉆井泵史上代表一個新時代——三缸單作用活塞式鉆井泵的誕生。與雙缸雙作用泵相比，三缸單作用泵具有體積小、重量輕、效率高、流量均勻、壓力波動小以及拆裝維修方便；由于三缸單作用泵，曲柄互成120°，動力端受力均勻。排量系數為0.141，小于雙缸和四缸單作用泵，排量均勻，并且有結構簡單等優(yōu)點。在廣泛的應用中顯示出良好的經濟效益，已經在國內外的深井鉆進中逐漸取代雙缸雙作用泵。經過30年代至80年代幾十年的發(fā)展，國內生產的鉆井泵與國外同為臥式三缸單作用往復式活塞泵，基本參數和結構與美國National Oilwell公司相近。泵的產品系列為500HP、800HP、1000ΗΡ、1300HP、1600HP、2000HP，其中 1600HP 鉆井泵是目前國內鉆井泵中功率最大的一種泵型。主要生產廠家有蘭石國民油井設備有限公司(以下簡稱“蘭石”)、寶雞石油機械有限責任公司(以下簡稱“寶石”)、益都石油機械廠等。90年代國內蘭石和寶石生產鉆井泵的整體技術水平與美國National Oilwell公司很接近，但大功率的2200HP鉆井泵目前在國內仍為空白。國產泵在結構和技術參數、制造質量等方面均存在各自的優(yōu)缺點。其中，寶石廠生產的F系列泵的優(yōu)點是結構和技術參數較先進合理，與美國Emsco公司相近，制造工藝先進，質量較好。蘭石泵的優(yōu)點是液力端密封可靠性較高，壽命較長，在油田使用效果較好；缺點是動力端結構繁復。21世紀初期我國鉆井泵的研究已經取得了很大的進展，現已開發(fā)出F-2200HL鉆井泵，產品遠銷加拿大等國。總體上我國目前仍然存在鉆井泵閥體、活塞等易損件壽命低的問題，對于液壓鉆井泵還需要加大開發(fā)力度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，該應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵由于包容液體的密封工作空間容積由于活塞的往復運動而產生周期性變化，從而能把活塞或柱塞運動的機械能轉變?yōu)橐后w的壓能。本發(fā)明的另一目的是提供了 一種基于上述三缸鉆井泵的工作方法。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現:應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，主要由三個活塞裝置、與三個活塞裝置分別相連的三個傳動結構、以及與三個傳動結構均相連的動力裝置構成。所述活塞裝置主要由液缸、設置在液缸內部的活塞、以及與活塞一端相連的活塞桿構成。所述傳動結構主要由與活塞桿相連的大齒輪、與大齒輪相嚙合的小齒輪、貫穿設置在小齒輪上的傳動軸、套裝在傳動軸上的大帶輪、與大帶輪形成皮帶傳動的小帶輪構成，所述小帶輪與動力裝置相連。所述動力裝置為電機。所述小帶輪設置在電機的轉軸上?；谏鲜鋈足@井泵的工作方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)首先,開啟動力裝置,動力裝置帶動小帶輪轉動,進而帶動大帶輪轉動；(b)然后，大帶輪帶動傳動軸轉動，進而帶動小齒輪轉動；(C)小齒輪帶動與其嚙合的大齒輪轉動，進而帶動活塞桿運動；(d)活塞桿帶動活塞在液缸內部做往返運動，從而將機械能轉變?yōu)橐后w的壓能。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:由于包容液體的密封工作空間容積由于活塞的往復運動而產生周期性變化，從而能把活塞或柱塞運動的機械能轉變?yōu)橐后w的壓能。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。實施例:如圖1所示，本發(fā)明涉及的應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，主要由三個活塞裝置、與三個活塞裝置分別相連的三個傳動結構、以及與三個傳動結構均相連的動力裝置I構成。所述活塞裝置主要由液缸2、設置在液缸2內部的活塞3、以及與活塞3 —端相連的活塞桿4構成。所述傳動結構主要由與活塞桿4相連的大齒輪5、與大齒輪5相哨合的小齒輪6、貫穿設置在小齒輪6上的傳動軸7、套裝在傳動軸7上的大帶輪8、與大帶輪8形成皮帶傳動的小帶輪9構成，所述小帶輪9與動力裝置相連。所述動力裝置I為電機。所述小帶輪9設置在電機的轉軸上。基于上述三缸鉆井泵的工作方法，包括以下步驟:(a)首先,開啟動力裝置,動力裝置帶動小帶輪轉動,進而帶動大帶輪轉動；(b)然后，大帶輪帶動傳動軸轉動，進而帶動小齒輪轉動；(C)小齒輪帶動與其嚙合的大齒輪轉動，進而帶動活塞桿運動；(d)活塞桿帶動活塞在液缸內部做往返運動，從而將機械能轉變?yōu)橐后w的壓能。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，其特征在于，主要由三個活塞裝置、與三個活塞裝置分別相連的三個傳動結構、以及與三個傳動結構均相連的動力裝置(I)構成。
2.根據權利要求1所述的應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，其特征在于，所述活塞裝置主要由液缸(2)、設置在液缸(2)內部的活塞(3)、以及與活塞(3) —端相連的活塞桿(4)構成。
3.根據權利要求2所述的應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，其特征在于，所述傳動結構主要由與活塞桿(4)相連的大齒輪(5)、與大齒輪(5)相嚙合的小齒輪(6)、貫穿設置在小齒輪(6)上的傳動軸(7)、套裝在傳動軸(7)上的大帶輪(8)、與大帶輪(8)形成皮帶傳動的小帶輪(9)構成，所述小帶輪(9)與動力裝置相連。
4.根據權利要求3所述的應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，其特征在于，所述動力裝置(I)為電機。
5.根據權利要求4所述的應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵，其特征在于，所述小帶輪(9)設置在電機的轉軸上。
6.基于上述三缸鉆井泵的工作方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，開啟動力裝置(I)，動力裝置(I)帶動小帶輪(9)轉動，進而帶動大帶輪(8)轉動； (b)然后，大帶輪(8)帶動傳動軸(7)轉動，進而帶動小齒輪(6)轉動； (c)小齒輪(6)帶動與其嚙合的大齒輪(5)轉動，進而帶動活塞桿(4)運動； (d)活塞桿(4)帶動活塞(3)在液缸(2)內部做往返運動，從而將機械能轉變?yōu)橐后w的 倉泛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵。該應用于石油行業(yè)的三缸鉆井泵主要由三個活塞裝置、與三個活塞裝置分別相連的三個傳動結構、以及與三個傳動結構均相連的動力裝置(1)構成。本發(fā)明還公開了一種基于上述三缸鉆井泵的工作方法。本發(fā)明由于包容液體的密封工作空間容積由于活塞的往復運動而產生周期性變化，從而能把活塞或柱塞運動的機械能轉變?yōu)橐后w的壓能。
文檔編號F04B9/02GK103104429SQ20111038500
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權日2011年11月14日
發(fā)明者陳凱 申請人:陳凱