專利名稱：新型鉆井泵泵頭及其增壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型鉆井泵泵頭及其增壓方法。
背景技術(shù)：
往復(fù)泵在石油工業(yè)中的應(yīng)用很廣泛，石油礦場(chǎng)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(duì)不大，從各種泵的工作特點(diǎn)對(duì)比中表明，往復(fù)泵比較適用于這種情況。往復(fù)泵在鉆井時(shí)用作循環(huán)泥漿和注入固井水泥。在采油時(shí)，用作原油輸送、洗井、注水及地層壓裂。抽油設(shè)備中的深井泵也是一種特殊結(jié)構(gòu)的往復(fù)泵。所以，往復(fù)泵是石油通用的和關(guān)鍵的設(shè)備之一。根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)特征和作用的不同，可分為三個(gè)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(qiáng)行排出。(2)葉輪式泵:依靠旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)液體的動(dòng)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(guò)壓出室將大部分速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。其他類型泵。隨著鉆采深度的增加，對(duì)鉆機(jī)以及與其相配套的其它設(shè)備要求越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)外鉆井泵結(jié)構(gòu)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(nèi)，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(nèi)，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(gòu)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(jìn)不斷發(fā)展。鉆井泵的發(fā)展歷史以1901年美國(guó)德克薩斯州的Spindletop鉆出的336m深的有商業(yè)價(jià)值的石油井為起點(diǎn)。這也是近代油氣井旋轉(zhuǎn)鉆井史的起點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，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(mén)為泥漿泵設(shè)計(jì)的，而是一般的供水泵。1917年生產(chǎn)的蒸汽泵已經(jīng)是專門(mén)設(shè)計(jì)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(diǎn)在于當(dāng)時(shí)的泵閥還是平板閥。這種泵一直使用到30年代。蒸汽泵的動(dòng)力來(lái)自鍋爐產(chǎn)生的蒸汽。但在礦場(chǎng)，鍋爐的使用和運(yùn)輸都不方便。因此，蒸汽鉆井泵逐漸被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)泵所代替。在二十世紀(jì)三十年代中最大的雙缸雙作用機(jī)動(dòng)泵為1926年生產(chǎn)的。其活塞直徑為170mm，沖程為457mm，功率為110_147Kw，最高泵壓可達(dá)(100-125) X 105Pa。這種泵的設(shè)計(jì)和現(xiàn)在的雙缸雙作用泵已經(jīng)相當(dāng)接近了。其液力端已經(jīng)使用了錐形閥，傳動(dòng)端內(nèi)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(rùn)滑，液力端排出管裝有空氣包。但連桿大端還使用滑動(dòng)軸承。到30年代中期，由于泵的載荷越來(lái)越大，鉆井泵才采用了全滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有大直徑的滾動(dòng)軸承，所以主軸多采用懸臂式曲拐軸方案，連桿大端的滾動(dòng)軸承內(nèi)圈定在曲拐銷(xiāo)上。
隨著鉆井井深的增加和套管層次的增多，對(duì)鉆井泵的排量和泵壓提出了愈來(lái)愈高的要求。二戰(zhàn)后，泥漿性能有所改進(jìn)，同時(shí)開(kāi)展了噴射鉆井技術(shù)的研究和發(fā)展工作。這時(shí)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(shí)踐提出了150-210X105Pa的泵壓要求。40年代末鉆井泵的功率，達(dá)到了 600Kw。同時(shí)，大部分公司把泵的最大沖程長(zhǎng)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(dāng)時(shí)在雙缸泵的設(shè)計(jì)上較大的改進(jìn)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(zhì)合金制造；減小泵寬是應(yīng)用大直徑的滾動(dòng)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(jiǎn)支的偏心輪軸設(shè)計(jì)。這樣，兩缸中心距明顯縮小。60年代初，急需設(shè)計(jì)和制造一種泵壓能適應(yīng)噴射鉆井工藝要求，同時(shí)體積小、重量輕，能滿足當(dāng)時(shí)海洋、沙漠鉆井的安裝運(yùn)輸條件的鉆井泵。各公司都作了大量的研究工作。其中目標(biāo)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?yàn)樗媚軡M足上述要求。在研制的開(kāi)始階段，問(wèn)題仍然發(fā)生在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的為邊界面上一在泥漿介質(zhì)中柱塞及柱塞密封的壽命過(guò)低。在這時(shí)，一組“單作用活塞-敞口缸套-噴淋水”的設(shè)計(jì)起了關(guān)鍵的作用。它使鉆井泵史上代表一個(gè)新時(shí)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(dòng)小以及拆裝維修方便；由于三缸單作用泵，曲柄互成120°，動(dòng)力端受力均勻。排量系數(shù)為0.141，小于雙缸和四缸單作用泵，排量均勻，并且有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在廣泛的應(yīng)用中顯示出良好的經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的深井鉆進(jìn)中逐漸取代雙缸雙作用泵。經(jīng)過(guò)30年代至80年代幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鉆井泵與國(guó)外同為臥式三缸單作用往復(fù)式活塞泵，基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)與美國(guó)National Oilwell公司相近。泵的產(chǎn)品系列為500HP、800HP、1000ΗΡ、1300HP、1600HP、2000HP，其中 1600HP 鉆井泵是目前國(guó)內(nèi)鉆井泵中功率最大的一種泵型。主要生產(chǎn)廠家有蘭石國(guó)民油井設(shè)備有限公司(以下簡(jiǎn)稱“蘭石”)、寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“寶石”)、益都石油機(jī)械廠等。90年代國(guó)內(nèi)蘭石和寶石生產(chǎn)鉆井泵的整體技術(shù)水平與美國(guó)National Oilwell公司很接近，但大功率的2200HP鉆井泵目前在國(guó)內(nèi)仍為空白。國(guó)產(chǎn)泵在結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)、制造質(zhì)量等方面均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中，寶石廠生產(chǎn)的F系列泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)較先進(jìn)合理，與美國(guó)Emsco公司相近，制造工藝先進(jìn)，質(zhì)量較好。蘭石泵的優(yōu)點(diǎn)是液力端密封可靠性較高，壽命較長(zhǎng)，在油田使用效果較好；缺點(diǎn)是動(dòng)力端結(jié)構(gòu)繁復(fù)。21世紀(jì)初期我國(guó)鉆井泵的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出F-2200HL鉆井泵，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)加拿大等國(guó)?？傮w上我國(guó)目前仍然存在鉆井泵閥體、活塞等易損件壽命低的問(wèn)題，對(duì)于液壓鉆井泵還需要加大開(kāi)發(fā)力度?，F(xiàn)有的泵頭的布置通常有三種，I型直通式布置方案有利于液缸的吸入。但對(duì)于高速三缸泵，吸入充滿問(wèn)題，比較突出，且不方便維修。L型布置方案可使液流比較平穩(wěn)，減少振動(dòng)與壓力波動(dòng)。且吸入閥可以單獨(dú)拆卸，便于維修。T型布置方案，結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)如下:(I)泵頭結(jié)構(gòu)比較緊湊，取消了吸入室，其體積和質(zhì)量均減少25% -30% ； (2)易于加工制造，便于探傷和檢查，可確保泵頭產(chǎn)品的質(zhì)量；(3)水平吸入泥漿，泵頭液缸內(nèi)余隙容積較小，提高了鉆井泵的吸入效率和容積效率；(4)液流平穩(wěn)，減少了壓力的波動(dòng)和振動(dòng)，減少鉆井泵沖擊載荷；(5)更換吸入閥非常方便，節(jié)省時(shí)間，拆裝更換的工作量較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種新型鉆井泵泵頭，該新型鉆井泵泵頭有利于液缸的吸入，液力端密封可靠性較高，壽命較長(zhǎng)，在油田使用效果較好。本發(fā)明的另一目的是提供了 一種基于上述新型鉆井泵泵頭的增壓方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):新型鉆井泵泵頭，主要由中空結(jié)構(gòu)的閥箱、安裝在閥箱一端且與閥箱內(nèi)部相通的吸入法蘭、與吸入法蘭相連接的吸入閥、以及與吸入閥相連通的壓出管構(gòu)成，還包括與吸入閥和壓出管均連通的活塞裝置。所述活塞裝置主要由與吸入閥相通的氣缸、設(shè)置在氣缸內(nèi)部的活塞、以及安裝在活塞一端端面上的活塞桿構(gòu)成。所述氣缸的外壁上設(shè)置有缸套壓帽。所述吸入閥通過(guò)吸入閥壓板固定在閥箱箱體上。所述壓出管與吸入閥之間還設(shè)置有排出閥。所述閥箱安裝在泵殼上?；谏鲜鲂滦豌@井泵泵頭的增壓方法，包括以下步驟:(a)首先，開(kāi)啟吸入閥，液體由吸入法蘭，經(jīng)吸入閥進(jìn)入閥箱；(b)然后，活塞裝置啟動(dòng)，通過(guò)其活塞的往返運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)吸入的液體增壓；(C)增壓后的液體由排出閥進(jìn)入壓出管，最終排出。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:有利于液缸的吸入，液力端密封可靠性較高，壽命較長(zhǎng)，在油田使用效果較好。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例:如圖1所示，本發(fā)明涉及的新型鉆井泵泵頭，主要由中空結(jié)構(gòu)的閥箱1、安裝在閥箱I 一端且與閥箱I內(nèi)部相通的吸入法蘭2、與吸入法蘭2相連接的吸入閥3、以及與吸入閥3相連通的壓出管4構(gòu)成，還包括與吸入閥3和壓出管4均連通的活塞裝置。所述活塞裝置主要由與吸入閥3相通的氣缸5、設(shè)置在氣缸5內(nèi)部的活塞6、以及安裝在活塞6 —端端面上的活塞桿7構(gòu)成。所述氣缸5的外壁上設(shè)置有缸套壓帽8。所述吸入閥3通過(guò)吸入閥壓板9固定在閥箱I箱體上。所述壓出管4與吸入閥3之間還設(shè)置有排出閥10。所述閥箱I安裝在泵殼11上?；谏鲜鲂滦豌@井泵泵頭的增壓方法，包括以下步驟:
(a)首先，開(kāi)啟吸入閥3，液體由吸入法蘭2，經(jīng)吸入閥3進(jìn)入閥箱I ;(b)然后，活塞裝置啟動(dòng)，通過(guò)其活塞6的往返運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)吸入的液體增壓；(c)增壓后的液體由排出閥10進(jìn)入壓出管4，最終排出。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.新型鉆井泵泵頭，其特征在于，主要由中空結(jié)構(gòu)的閥箱(I)、安裝在閥箱(I)一端且與閥箱⑴內(nèi)部相通的吸入法蘭(2)、與吸入法蘭⑵相連接的吸入閥(3)、以及與吸入閥(3)相連通的壓出管(4)構(gòu)成，還包括與吸入閥(3)和壓出管(4)均連通的活塞裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鉆井泵泵頭，其特征在于，所述活塞裝置主要由與吸入閥(3)相通的氣缸(5)、設(shè)置在氣缸(5)內(nèi)部的活塞(6)、以及安裝在活塞(6) —端端面上的活塞桿(X)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型鉆井泵泵頭，其特征在于，所述氣缸(5)的外壁上設(shè)置有缸套壓帽(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鉆井泵泵頭，其特征在于，所述吸入閥(3)通過(guò)吸入閥壓板(9)固定在閥箱⑴箱體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鉆井泵泵頭，其特征在于，所述壓出管(4)與吸入閥(3)之間還設(shè)置有排出閥(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鉆井泵泵頭，其特征在于，所述閥箱(I)安裝在泵殼(11)上。
7.基于上述新型鉆井泵泵頭的增壓方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，開(kāi)啟吸入閥(3)，液體由吸入法蘭(2)，經(jīng)吸入閥(3)進(jìn)入閥箱(I)； (b)然后，活塞裝置啟動(dòng)，通過(guò)其活塞(6)的往返運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)吸入的液體增壓； (c)增壓后的液體由排出閥(10)進(jìn)入壓出管(4)，最終排出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型鉆井泵泵頭。該新型鉆井泵泵頭主要由中空結(jié)構(gòu)的閥箱(1)、安裝在閥箱(1)一端且與閥箱(1)內(nèi)部相通的吸入法蘭(2)、與吸入法蘭(2)相連接的吸入閥(3)、以及與吸入閥(3)相連通的壓出管(4)構(gòu)成，還包括與吸入閥(3)和壓出管(4)均連通的活塞裝置。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述新型鉆井泵泵頭的增壓方法。本發(fā)明有利于液缸的吸入，液力端密封可靠性較高，壽命較長(zhǎng)，在油田使用效果較好。
文檔編號(hào)F04B53/00GK103104475SQ20111038515
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者陳凱 申請(qǐng)人:陳凱