本發(fā)明涉及一種泵、用于泵的閥組件和用于促進(jìn)打開泵中的閥的方法。本發(fā)明特別但是并不排他地涉及一種泥漿泵、水泥泵和用于促進(jìn)打開泥漿泵或者水泥泵中的排放閥的方法。

背景技術(shù)：

在構(gòu)造油井或者氣井期間在鉆出井孔的過程中，鉆頭布置在鉆柱的端部上，所述鉆柱旋轉(zhuǎn)以穿透地層而鉆出井孔。被稱為“鉆井泥漿”的鉆井流體被泵送通過鉆柱而抵達(dá)鉆頭以潤(rùn)滑鉆頭。鉆井泥漿還用于將由鉆頭產(chǎn)生的鉆屑以及將其它固體通過位于鉆柱和井孔之間的環(huán)空運(yùn)送到地面。嚴(yán)密控制鉆井泥漿的密度，以抑制井孔塌陷以及確保最優(yōu)地實(shí)施鉆井。鉆井泥漿的密度影響鉆頭的進(jìn)尺速度。通過調(diào)節(jié)鉆井泥漿的密度，進(jìn)尺速度在發(fā)生井孔塌陷的可能危害條件下發(fā)生變化。鉆井泥漿還可以運(yùn)送用于密封井孔的多孔段的堵漏材料。還可以根據(jù)鉆過的地層巖層的類型調(diào)節(jié)鉆井泥漿的酸性。鉆井泥漿本身包含昂貴的合成水或者油基潤(rùn)滑劑，并且因此通?；厥找约爸匦率褂糜眠^的鉆井泥漿，但是這本身需要從鉆井泥漿中移除固體。這通過處理返回的鉆井泥漿來實(shí)現(xiàn)。返回的鉆井泥漿從位于井頂部處的井口流經(jīng)流動(dòng)管路。該處理的第一部分是將固體從含固體的鉆井泥漿中分離出。這至少部分地通過使得返回的鉆井泥漿繼續(xù)流至振動(dòng)分離器的篩以從返回的鉆井泥漿中篩分出大的固體來實(shí)現(xiàn)。篩過的鉆井泥漿流入到在用泥漿罐中的一系列隔段中。例如離心機(jī)和水力旋流機(jī)的其它處理設(shè)備可以用于進(jìn)一步清潔固體的泥漿。每件其它處理設(shè)備位于在用泥漿罐的相應(yīng)隔段的頂部上，從而從前一隔段中抽出預(yù)先處理的泥漿并且將處理過的鉆井泥漿輸出到位于下方的隔段中。固體被處理、清潔以及用作集料等；或者特定固體(諸如堵漏材料)被返回到清潔的鉆井泥漿。這對(duì)在井孔中循環(huán)30m³至100m³的鉆井流體而言并不罕見。

清潔的鉆井泥漿被泵送到在用泥漿罐的添加單元(additionsunit)中。諸如增重劑、粘度控制劑和堵漏材料的添加劑被添加到添加單元中的清潔的鉆井泥漿中。制備好的鉆井泥漿現(xiàn)在被泵送到在用泥漿系統(tǒng)的其它測(cè)試單元中，而且在被泵送到在用泥漿泵的抽吸罐中之前進(jìn)行測(cè)試。

然后，泥漿泵用于將制備好且測(cè)試過的鉆井泥漿從抽吸罐泵送到鉆柱的頂部中，以使得鉆井泥漿循環(huán)通過鉆柱而抵達(dá)鉆頭而且通過環(huán)空返回到地面。泥漿泵包括泵送段和動(dòng)力段。動(dòng)力段可以包括驅(qū)動(dòng)泵送段中的往復(fù)活塞的電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)等。制備好且測(cè)試過的鉆井泥漿從抽吸泵通過供應(yīng)軟管或者管子、通過泥漿泵的泵送段中的入口閥而流入到腔中，并且通過往復(fù)泵的作用經(jīng)由排放閥從腔中推出而進(jìn)入到通往位于頂部驅(qū)動(dòng)器或者旋轉(zhuǎn)接頭的頂部上的鵝頸管的其它管子或者軟管中，并且進(jìn)入延伸到井孔中的鉆桿柱的頂部中。

井孔能夠?yàn)閿?shù)千米長(zhǎng)和數(shù)千米深，因此泥漿泵通常能夠以每分鐘300升和4800升之間在介于200bar和1000bar的條件下排放鉆井泥漿。

泥漿泵可以包括雙作用往復(fù)活塞或者單作用活塞。泥漿泵可以包括雙往復(fù)活塞、三個(gè)活塞或者任何其它數(shù)量的活塞。有利的是保持以恒定壓力通過鉆柱的鉆井泥漿的流量恒定。鉆井泥漿流量的波動(dòng)和壓力的波動(dòng)可能導(dǎo)致井下問題。這些問題可包括：鉆出固體的恒定返回；固體在環(huán)空中聚集；保持井中的壓力以抑制井孔塌陷；以及保持井中泥漿的重量恒定。

傳統(tǒng)地，在起下鉆和鉆井期間通常在將鉆桿的管段添加到鉆桿柱或者從鉆桿柱移除鉆桿的管段時(shí)，停止和開始鉆井泥漿流動(dòng)通過鉆柱的流動(dòng)。然而，起下鉆時(shí)的連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)和鉆井時(shí)的連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)變得更加受歡迎。利用這些系統(tǒng)，井下鉆井泥漿的流動(dòng)更為連續(xù)并且能夠更容易將壓力保持在恒定水平。

泥漿泵應(yīng)用在陸上鉆機(jī)或者離岸鉆機(jī)。泥漿泵通常位于陸上鉆機(jī)上或者陸上鉆機(jī)旁或者位于離岸鉆井平臺(tái)上。然而，泥漿泵可以位于海床上或者位于海床和海平面之間。

在深井或者可易于塌陷的地層中的井中，通常用套管嵌襯井孔。套管從井口懸垂下來。類似地，除了襯管從現(xiàn)有套管底部懸垂下來之外，襯管可以用于包圍井孔。通過將水泥向下泵送通過套管和向上通過套管和井孔之間的環(huán)空而用水泥將套管或者襯管粘結(jié)就位。頂部塞和底部塞用于促進(jìn)水泥粘結(jié)操作。水泥泵可以用于使得水泥流入到井中，然后底部塞后方的鉆井泥漿或水的流可以用于向下推動(dòng)底部塞并且迫使水泥向上通過環(huán)空。泥漿泵可以用于泵送底部塞后方的鉆井泥漿或者水。

水泥泵還可以用在泵送水泥的一般建筑工業(yè)中：地面下結(jié)構(gòu)，諸如地基；地面上結(jié)構(gòu)，諸如車庫(kù)、房屋、商業(yè)建筑和超高層建筑物；以及在海洋產(chǎn)業(yè)中構(gòu)造水上結(jié)構(gòu)和水下結(jié)構(gòu)，例如，碼頭或者油井平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)要求腔內(nèi)的壓力累積以使出口閥失控(crack)而打開。這種壓力累積隨后正?；椒€(wěn)定壓力，泵針對(duì)泥漿泵的活塞泵送段中往復(fù)活塞的沖程而引發(fā)所述穩(wěn)定壓力。壓力累積以及然后壓力突然恢復(fù)成正常水平產(chǎn)生了沖擊，這可引發(fā)泥漿泵中的振動(dòng)。該振動(dòng)可導(dǎo)致產(chǎn)生不想要的噪音；可使得泥漿泵中的緊固件變松；以及可引發(fā)泥漿泵或者周圍部件中的各部分出現(xiàn)疲勞故障。而且，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，鉆井泥漿的輸出流中更加一致的壓力有益于控制在歧管中組合來自幾個(gè)泵送段的輸出流之后的組合流，以產(chǎn)生從歧管流出的鉆井泥漿的輸出流中的恒定壓力。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，泵需要在出口處具有更順暢的流動(dòng)和更加一致的壓力，其在應(yīng)用于一般建筑行業(yè)中的水泥泵中也是有用的。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種泵，所述泵包括：殼體，所述殼體具有腔，所述腔設(shè)有入口閥；升壓設(shè)備，所述升壓設(shè)備用于升高腔內(nèi)流體的壓力；和排放閥，所述排放閥包括閥頭和閥座，所述閥頭能夠在打開位置和閉合位置之間移動(dòng)，其特征在于，所述泵還包括布置在增壓缸體中的增壓活塞，所述增壓活塞具有暴露于低壓區(qū)域中的第一面和暴露于腔內(nèi)的流體壓力中的第二面，所述增壓活塞和增壓缸體中的至少一個(gè)能夠相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，以將打開力增添到所述出口閥。通常，腔內(nèi)的壓力為大約500bar而低壓區(qū)域中的壓力為3bar。

優(yōu)選地，泵還包括轉(zhuǎn)移構(gòu)件，所述轉(zhuǎn)移構(gòu)件布置在閥頭和增壓活塞之間。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)移構(gòu)件是桿，所述桿可以是實(shí)心的或者中空的，并且可以具有任何適當(dāng)?shù)慕孛?，諸如圓形的、方形的或者六角形的截面。

有利地，轉(zhuǎn)移構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部固定到閥頭而第二端部是自由的?？商娲?，轉(zhuǎn)移構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部固定到增壓活塞而第二端部是自由的，以選擇性地抵接閥頭?？商娲兀D(zhuǎn)移構(gòu)件具有第一端部和第二端部，所述第一端部固定到增壓缸體而第二端部是自由的，以選擇性地抵接閥頭。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)移構(gòu)件經(jīng)過缸體進(jìn)入低壓區(qū)域，所述第二端部布置在增壓活塞在增壓缸體中的移動(dòng)路徑中。

有利地，增壓活塞在增壓缸體中自由浮動(dòng)。優(yōu)選地，增壓活塞在端部止動(dòng)件之間自由浮動(dòng)，以限制增壓活塞的移動(dòng)范圍，所述移動(dòng)范圍有利地在缸體的端部上的邊沿與抵接缸蓋的中空外增壓器之間，并且。有利地，將移動(dòng)范圍限制為介于2mm和30mm之間并且優(yōu)選地介于5mm至10mm之間。

優(yōu)選地，泵還包括入口，以用于允許流體流到入口閥，其中，增壓缸體在其中還包括開口，所述開口流體連接到所述入口，以允許入口中的流體流入和流出增壓缸體中的低壓區(qū)域。優(yōu)選使用來自入口的流體來填充增壓活塞組件中的低壓腔，使得如果有任何流體從增壓缸體泄露到腔中將不存在污染。而且，入口中的流體壓力處于適當(dāng)壓力條件下，通常為3bar。可替代地或者另外地，增壓缸體還包括位于其中、連接到低壓源的開口。低壓源可以是：流體容器，所述流體容器敞口到(opento)大氣壓；或者囊狀物，所述囊狀物敞口到大氣壓；或者聚集器，所述聚集器保持流體處于低壓條件下，諸如3bar。流體優(yōu)選地為水或者可以是液壓流體(諸如油)。

優(yōu)選地，泵是泥漿泵，用于使得鉆井泥漿循環(huán)通過井眼中的鉆柱，并且有利地低壓區(qū)域填充有鉆井泥漿。

有利地，泵是水泥泵，用于泵送水泥等。優(yōu)選地，用于在構(gòu)造油或氣井的過程中將水泥泵送到井眼中，諸如用于用水泥粘結(jié)井眼中的套管。

優(yōu)選地，用于升高腔內(nèi)流體壓力的升壓設(shè)備包括往復(fù)活塞。有利地，用于升高腔內(nèi)流體壓力的升壓設(shè)備包括馬達(dá)。優(yōu)選地，馬達(dá)是電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)可以是交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)。有利地，馬達(dá)是液壓馬達(dá)。優(yōu)選地，馬達(dá)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。優(yōu)選地，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)曲柄軸，以使得活塞桿往復(fù)移動(dòng)，其中，活塞頭附接到所述活塞桿。

有利地，用于升高腔內(nèi)流體壓力的升壓設(shè)備包括液壓泵。優(yōu)選地，液壓泵包括活塞和缸體，用于使得往復(fù)活塞往復(fù)移動(dòng)。

優(yōu)選地，出口閥的閥頭還包括星形架。優(yōu)選地，星形架布置在閥頭的腔側(cè)上。有利地，星形架包括多條支腿，所述多條支腿可以是兩條、三條、四條、五條或者更多條。有利地，閥座包括延伸到腔中的延伸部分，所述星形架布置在閥座的延伸部分上。有利地，延伸部分是圓筒狀，優(yōu)選地具有圓形截面，但是可以是橢圓、正方形、五角形、六角形或者具有更多條邊。優(yōu)選地，星形架提高了流經(jīng)出口閥的流體的流量，從而優(yōu)選地使得流動(dòng)正常化并且分配通過閥的流。有利地，星形架引導(dǎo)出口閥，從而保持閥頭和轉(zhuǎn)移構(gòu)件軸向?qū)?zhǔn)。

有利地，出口閥還包括彈簧，所述彈簧用于將閥頭偏壓抵靠在閥座上。優(yōu)選地，彈簧是以下中的一種：盤簧、貝氏墊圈(bellevillewasher)、片簧或者任何其它適當(dāng)?shù)膹椥詷?gòu)件。有利地，閥桿從閥頭延伸。優(yōu)選地，閥桿布置在閥引導(dǎo)件中。

優(yōu)選地，入口閥還包括閥頭和閥座并且有利地包括彈簧，所述彈簧用于將閥頭偏壓抵靠在閥座上。優(yōu)選地，彈簧是以下中的一種：盤簧、貝氏墊圈、片簧或者任何其它適當(dāng)?shù)膹椥詷?gòu)件。有利地，閥桿從閥頭延伸。優(yōu)選地，閥桿布置在閥引導(dǎo)件中。

本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用在本發(fā)明的泵中的閥組件，所述閥組件包括閥頭和閥座，所述閥頭能夠在打開位置和閉合位置之間移動(dòng)，其特征在于，閥組件還包括布置在增壓缸體中的增壓活塞，所述增壓活塞和所述增壓缸體中的至少一個(gè)能夠相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，以將打開力增添到閥頭。

本發(fā)明還提供了一種促進(jìn)打開閥的方法，所述閥包括閥頭和閥座，所述閥頭能夠在從位于閥座上的閉合位置移動(dòng)預(yù)定距離而抵達(dá)位于閥座遠(yuǎn)側(cè)的完全打開位置，所述方法包括：沿著預(yù)定距離的小部分將力添加到閥頭。優(yōu)選地，用于打開泵中的閥，并且最為優(yōu)選地用于打開位于泵中的排放閥以將鉆井泥漿泵送通過井眼中的鉆柱和水泥泵。

優(yōu)選地，所述小部分介于預(yù)定距離的1％和95％之間。有利地，所述小部分介于預(yù)定距離的5％和33％之間。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將僅僅以示例的方式參照附圖，在所述附圖中：

圖1是包括本發(fā)明的泥漿泵的鉆機(jī)的示意圖；

圖2是泥漿泵的泵送端的現(xiàn)有技術(shù)泵送段的示意圖，所述泥漿泵包括入口閥、腔和出口閥；

圖3是在打開圖2中示出的泵送段中的出口閥ⅰ期間腔中壓力的曲線圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的泥漿泵的泵送端的泵送段的示意圖，所述泥漿泵包括根據(jù)本發(fā)明的入口閥、腔、出口閥和增壓活塞組件；

圖5是示出了在打開圖4中示出的泵送段中的出口閥期間腔中壓力的曲線圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的增壓活塞組件的一部分的透視圖；

圖7是圖6中示出的增壓活塞組件的一部分的截面的側(cè)視圖；

圖8是圖6中示出的增壓活塞組件位于泵送段的腔中的一部分的俯視平面圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的泵送段的一部分處于第一使用階段中的側(cè)視圖，所述泵送段結(jié)合有圖6中示出的增壓活塞組件；

圖10是的圖9中示出的泵送段的所述一部分處于第二使用階段中的側(cè)視圖；

圖11是圖9中示出的泵送段的所述一部分處于第三使用階段中的側(cè)視圖；

圖12是圖9中示出的泵送段的所述一部分處于第四使用階段中的側(cè)視圖；和

圖13是根據(jù)本發(fā)明的泵送段的一部分的視圖的示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，示出了整體用附圖標(biāo)記1識(shí)別的鉆機(jī)。鉆機(jī)1具有井架2，所述井架2布置在支撐于支腿4上的鉆臺(tái)3上。支腿4就位于地面6上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5上。

水龍頭7在鋼絲繩9的動(dòng)滑車8上被升高和降低，所述鋼絲繩9經(jīng)過位于井架2的頂部處的天車10并且向下抵達(dá)位于鉆臺(tái)3上的絞車11。鉆桿12的管段從水龍頭7懸垂下來，通過轉(zhuǎn)盤13并且在下端部處連接到鉆柱14。鉆柱14經(jīng)過井口15進(jìn)入到地層17的井孔16中。井底組件18布置在鉆柱14的下端部處，所述鉆柱14在其下端處具有鉆頭19。環(huán)空21被限定在井孔16和鉆柱14之間。

流動(dòng)管路20在一個(gè)端部處在井口15處流體連接到環(huán)空21而在另一個(gè)端部處流體連接到在用泥漿系統(tǒng)22。返回的鉆井泥漿m從環(huán)空21流經(jīng)井口15進(jìn)入到流動(dòng)管路20并且抵達(dá)在用泥漿系統(tǒng)22。在用泥漿系統(tǒng)22包括在用泥漿罐23和一系列泥漿處理設(shè)備，諸如：泥漿振動(dòng)篩24、脫氣器25、泥漿調(diào)節(jié)器26、離心機(jī)27?？梢允褂闷渌酀{處理設(shè)備，諸如，粘泥分離器和水力旋流器。流動(dòng)管路20使得返回的鉆井泥漿m直接繼續(xù)流到泥漿振動(dòng)篩24的篩。篩過的鉆井泥漿s從泥漿振動(dòng)篩24進(jìn)入到隔段27中。每件其它泥漿處理設(shè)備均位于在用泥漿罐23的隔段27、28和29上方，所述在用泥漿罐23使用小的泵從前一隔段供料并且使得處理后的鉆井泥漿流入到位于其下方的隔段27、28和29中。

處理后的鉆井泥漿隨后流到添加段30，添加劑被添加到所述添加段30中，所述添加劑諸如膨潤(rùn)土、重晶石和堵漏材料。對(duì)處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)可接受時(shí)，將所述處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p泵送到抽吸罐31中或者允許其流入到抽吸罐31中。泥漿泵32位于抽吸罐31下游處。處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p從抽吸罐31流經(jīng)供應(yīng)軟管33抵達(dá)泥漿泵32。處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p流入到泥漿泵32中，在抽吸罐中的鉆井泥漿的壓頭提供的壓力的作用下從抽吸罐31直接向下流入到泥漿泵，或者可以利用小的泵泵送所述處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p，以便保持相對(duì)恒定的供應(yīng)壓力，所述供應(yīng)壓力通常介于1bar至5bar之間并且優(yōu)選地為3bar。然后，處理過且測(cè)試過的鉆井泥漿p由泥漿泵32泵送通過軟管34進(jìn)入到水龍頭7中，在所述水龍頭處，軟管流體連接到鉆桿12的頂部處并且從鉆桿流經(jīng)鉆柱14。

泥漿泵32包括：泵送端部35，所述泵送端部35包括入口歧管38和出口歧管39，所述出口歧管39連接到多個(gè)泵送段(諸如，圖4中示出的泵送段)；和動(dòng)力端36，所述動(dòng)力端36包括驅(qū)動(dòng)活塞桿(諸如，圖4中示出的泵送段140的活塞桿158)的至少一個(gè)馬達(dá)37。

在頂部驅(qū)動(dòng)器鉆機(jī)(未示出)中，轉(zhuǎn)盤用頂部驅(qū)動(dòng)器替代或者更換。在頂部驅(qū)動(dòng)器鉆機(jī)中，軟管34連接到鵝頸管和旋轉(zhuǎn)連接件，所述旋轉(zhuǎn)連接件與頂部驅(qū)動(dòng)器中的套筒流體相連，所述套筒繼而選擇性連接到鉆桿12和鉆柱14。

圖2示出了泥漿泵的泵送端部的由附圖標(biāo)記40整體識(shí)別的現(xiàn)有技術(shù)泵送段。泵送段40具有閥塊體41，其中入口閥43、往復(fù)活塞44和出口閥45限定出腔42。供應(yīng)管道46允許鉆井泥漿p從入口歧管38’流至閥塊體41中的入口連接件47。入口歧管38’接收來自抽吸罐(如圖1中示出的抽吸罐31)的鉆井泥漿p。閥塊體41中的流動(dòng)通道48通到入口閥43的大體圓形閥頭50的入口面49。閥頭50具有固定在入口閥43的后部面52上的閥桿51。閥桿51可滑動(dòng)地布置在桿引導(dǎo)件53中。閥頭50具有截頭圓錐狀外邊緣54。彈簧55將閥頭偏壓成離開突伸部56，從而將截頭圓錐狀外邊緣54推壓抵靠在閥塊體41的截頭圓錐狀閥座56上，以在它們之間形成基本液密密封。

活塞44可滑動(dòng)地布置在缸套57中。活塞桿58在一個(gè)端部處連接到活塞44而在另一個(gè)端部處連接到泥漿泵的動(dòng)力端(未示出)。泥漿泵的動(dòng)力端可以包括用于使得活塞44往復(fù)移動(dòng)的任何適當(dāng)設(shè)施，諸如，液壓驅(qū)動(dòng)的柱塞或者使得曲柄軸旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)鸟R達(dá)，例如，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)或者液壓馬達(dá)。

出口閥45包括在平面圖中呈大體圓形的閥頭60，所述閥頭60具有暴露于腔42中的出口面61。閥頭60具有后部面63，閥桿62固定到所述后部面63。閥桿62可滑動(dòng)地布置在桿引導(dǎo)件64中。閥頭60具有截頭圓錐狀外邊緣65。布置在排放通道68中的彈簧66將閥頭60偏壓成離開閥塊體41的頂部部分，從而將截頭狀圓錐外邊緣65推壓抵靠在閥塊體41的截頭圓錐狀閥座部67上。排放通道68設(shè)置成將鉆井泥漿流運(yùn)送到排放歧管39’中。

任何數(shù)量的泵送段40均與入口歧管和出口歧管(未示出)聯(lián)接在一起，使得能夠泵送大量鉆井泥漿。通?？梢月?lián)接任何適當(dāng)數(shù)量的泵送段：兩個(gè)(諸如雙泥漿泵)、三個(gè)(諸如三泥漿泵)或者六個(gè)(例如六泥漿泵)；但是可以是四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)。活塞44沿著每個(gè)缸套57的位置可以錯(cuò)列，以獲得鉆井泥漿流過出口歧管并且進(jìn)入到鉆柱中的順暢流動(dòng)。

在使用中，泵送周期開始，其中出口閥45關(guān)閉，鉆井泥漿p在低壓作用下(例如3bar)流經(jīng)供應(yīng)管道46，因活塞44縮回作用被吸入到腔42中，從而將鉆井泥漿p抽吸通過入口閥43。因此，腔42中的非常低的壓力和由泥漿在抽吸罐中的液面提供的鉆井泥漿的壓頭提供了足以打開入口閥43的力。一旦往復(fù)活塞44達(dá)到完全縮回位置，腔42中的鉆井泥漿p便不再處于非常低的壓力條件下。由彈簧55提供的彈簧力克服了閥頭50的入口面49上的由輸入通道48中的鉆井泥漿中的壓力提供的力，從而使得閥頭移動(dòng)以抵接閥座56，從而關(guān)閉入口閥43。

由使得活塞桿58移動(dòng)的動(dòng)力端推動(dòng)往復(fù)活塞44向前通過缸套57，從而減小了腔42的容積并且為腔中的鉆井泥漿加壓，這由圖3中的曲線圖中的痕跡線70的陡坡71示出。當(dāng)作用在出口面61上的力克服了作用在后部面63上的力時(shí)，出口閥45應(yīng)當(dāng)打開。由鉆井流體在出口面61的區(qū)域上的壓力提供作用在出口面61上的力。由排放通道68中的鉆井泥漿在后部面63的區(qū)域上的壓力以及由彈簧66提供的彈簧力提供作用在后部面63上的力，并且可以考慮閥頭60的重量的最小影響。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，需要出口閥45兩側(cè)的大壓差使得出口閥45失控(crack)而打開，如圖3的曲線圖中的痕跡線70的部分72中所示。在出口閥45打開之前記錄壓力p-crack，所述壓力p-crack通常為675bar。一旦出口閥45打開，則鉆井泥漿中的壓力正常化，由曲線圖中痕跡線70在壓力p1處的水平部分73表示。p1是輸出流中所需的鉆井泥漿壓力，p1通常為500bar，(盡管可以為介于100bar和2000bar之間的任何數(shù)值)。因此，p-crack通常比壓力p1高20％至30％。當(dāng)作用在閥頭60的后部面63上的力克服由腔42中的鉆井泥漿的壓力提供的作用在出口面61和截頭圓錐狀邊緣65上的力時(shí)，出口閥45將關(guān)閉。這通常將隨著入口閥43開始打開在活塞44抵達(dá)其沖程末端并且開始縮回時(shí)發(fā)生，重復(fù)泵送周期。

本發(fā)明人注意到的是，在腔42中和輸出流中都發(fā)現(xiàn)了壓力峰值p-crack，這會(huì)在泥漿泵和相關(guān)部件中引發(fā)不想要的振動(dòng)。本發(fā)明人已經(jīng)注意到的是，有益的是在腔42中和排放通道68中獲得恒定壓力p1。

參照?qǐng)D4，示出了本發(fā)明的泵送段，其中，類似的零件用處于100系列中的附圖標(biāo)記表示。

泵送段140具有閥塊體141，其中入口閥143、往復(fù)活塞144和出口閥145限定出腔142。供應(yīng)管道146允許鉆井泥漿p從歧管38流到閥塊體141中的入口連接件147。流動(dòng)通道148通到入口閥43的大致圓形閥頭150的入口面149。閥頭150具有固定在后部面152上的閥桿151。閥桿151可滑動(dòng)地布置在桿引導(dǎo)件153中。閥頭150具有截頭圓錐狀外邊緣154。彈簧155將閥頭150偏壓成離開突伸部156，從而將截頭圓錐狀外邊緣154推壓抵靠在閥塊體141的截頭圓錐狀閥座156上。

活塞144可滑動(dòng)地布置在缸套157中?；钊麠U158在一個(gè)端部處連接到活塞144而在另一個(gè)端部處連接到泥漿泵的動(dòng)力端(未示出)。動(dòng)力端可以為任何適當(dāng)?shù)膭?dòng)力端，諸如在此討論的任何動(dòng)力端。

出口閥145包括大體圓形的閥頭160，所述閥頭160具有暴露于腔42中的出口面161。閥頭160具有固定在后部面163上的閥桿162，所述后部面163暴露于輸出流中。閥桿162可滑動(dòng)地布置在桿引導(dǎo)件164中。閥頭160具有截頭圓錐狀外邊緣165。布置在排放通道168中的彈簧166將閥頭160偏壓成離開閥塊體141的頂部部分，從而將截頭圓錐狀外邊緣165推壓抵靠在閥塊體141的截頭圓錐狀閥座167上。閥頭160在閉合位置和完全打開位置之間移動(dòng)大約30mm。轉(zhuǎn)移桿169定位成與閥頭160基本同心，固定在出口面161上并且從出口面161伸出。轉(zhuǎn)移桿169的直徑優(yōu)選地為30mm，盡管所述直徑通常介于10mm至75mm之間，并且優(yōu)選地從出口面161延伸75mm而進(jìn)入到腔142中。轉(zhuǎn)移桿169是剛性并且能夠承受壓縮力，使得能夠?qū)⒘κ┘拥睫D(zhuǎn)移桿以繼續(xù)推動(dòng)閥頭160，以便促進(jìn)打開。

出口閥145設(shè)置有整體由附圖標(biāo)記181表示的增壓活塞組件，用于促進(jìn)將附加力施加到閥頭160以促進(jìn)打開，并且然后優(yōu)選地移除附加力。

增壓活塞組件181包括增壓活塞182，所述增壓活塞182可滑動(dòng)地布置在缸體183中。缸體183固定在保持器184的腔142中、在出口閥閥頭145下方并且與出口閥閥頭145同心地排成一列。保持器184包括三條臂(僅僅示出了一條臂185)，所述三條臂圍繞缸體183相互間隔開120度并且在一個(gè)端部處固定到缸體183而在另一個(gè)端部處固定到閥塊體141的腔壁186。位于三條臂185之間的三個(gè)空間允許鉆井泥漿p自由流動(dòng)通過腔142。

轉(zhuǎn)移桿169經(jīng)過缸體183的缸蓋188中的開口內(nèi)的密封件187。轉(zhuǎn)移桿169延伸到缸體中大約75mm。低壓區(qū)域189由缸蓋188、缸體壁190和活塞182的上部面191限定。低壓區(qū)域189經(jīng)由流體管路192與鉆井泥漿輸入流動(dòng)通道148流體連通，使得鉆井泥漿p能夠在它們之間自由流動(dòng)。流體管路192具有小直徑，諸如5mm，但是可以為任何適當(dāng)?shù)闹睆?，諸如介于3mm至20mm之間。流體管路192可以包括鉆通閥塊體141的通道或者包括任何適當(dāng)管子或者軟管。

活塞182具有布置在上部面191和下部面194之間的密封件193，這將腔142和低壓區(qū)域189隔離開并且允許活塞沿著缸體183順暢地滑動(dòng)?；钊?82通過邊沿195被保持在缸體183中?；钊?82具有大約2mm至10mm的移動(dòng)范圍，并且可以小于出口閥145的打開距離。優(yōu)選地，不超過出口閥145的打開距離的30％。有利地，移動(dòng)范圍介于2mm至5mm之間。

缸體中的開口196布置在活塞182的移動(dòng)范圍的外側(cè)，流體連接到流體管路192。

在使用中，泵送周期開始，其中出口閥145關(guān)閉并且鉆井泥漿p在低壓(諸如3bar)的作用下流動(dòng)通過供應(yīng)管道146，因活塞144縮回的作用將鉆井泥漿p抽入到腔142中，將鉆井泥漿p抽吸通過入口閥143。因此，腔142中非常低的壓力和由泥漿在抽吸罐31中的液面提供的鉆井泥漿的壓頭提供了足以打開入口閥143的力。一旦往復(fù)活塞144達(dá)到完全縮回位置，腔142中的鉆井泥漿p便不再處于非常低的壓力條件下。由彈簧155提供的彈簧力克服了由輸入通道148中的鉆井泥漿的壓力提供的作用在閥頭150的入口面149上的力，從而使得閥頭150移動(dòng)而抵接閥座156，以便關(guān)閉入口閥143。

往復(fù)活塞144通過使得活塞桿158移動(dòng)的動(dòng)力段推動(dòng)而向前通過缸套157，從而減小了腔142的容積并且為腔中的鉆井泥漿加壓，這由圖5中的曲線圖中的痕跡線170的陡坡171示出。當(dāng)作用在出口面161上的力克服了作用在后部面163上的力時(shí)，出口閥145應(yīng)當(dāng)打開。出口面61上的力由鉆井流體在出口面161的區(qū)域上的壓力提供，而且附加力通過轉(zhuǎn)移桿169的移動(dòng)而施加到出口面161。腔142中的鉆井泥漿中的例如500bar(但是可以介于100bar至1000bar之間)的大壓力作用在增壓活塞182的第二面194上，所述大壓力大于由低壓區(qū)域提供的作用在增壓活塞182的第一面191上的力(通常為3bar)。合成的附加力使得活塞182朝向桿169的端部移動(dòng)，從而將低壓流體從低壓區(qū)域189通過流體管路192排出?；钊?82碰觸轉(zhuǎn)移桿并且繼續(xù)推動(dòng)轉(zhuǎn)移桿169，從而將這個(gè)附加力施加到出口面161?；钊?82向前移動(dòng)大約4mm至10mm，從而推動(dòng)閥頭160打開大約2mm至8mm，在此時(shí)，轉(zhuǎn)移桿169離開活塞182并且在行進(jìn)大約30mm之后打開至完全打開位置。因此，在閥頭行進(jìn)的最后部分期間沒有將附加力施加到閥頭160。閥頭160在作用在出口面上的總力大于作用在后部面163上的力時(shí)開始離開其位置。作用在后部面163上的力由排放通道168中的鉆井泥漿中在后部面163的區(qū)域上的壓力和由彈簧166供應(yīng)的彈簧力提供。由增壓活塞組件181施加的附加力在鉆井泥漿中的壓力沒有大峰值的情況下提供了使得出口閥失控而打開所需的附加力，如由圖5的曲線圖中的從在腔142中的累積壓力到由水平線173示出的排放壓力p1的順暢過渡172所示。因此，在打開排放閥145期間，腔142中的壓力與隨后進(jìn)入排放通道168中的鉆井泥漿中的壓力基本相等。

一旦出口閥145打開，則鉆井泥漿中的壓力正?；?，這由曲線圖中痕跡線170的在壓力p1處的水平部分173示出。p1是在輸出流中所需的通常為500bar(盡管可以介于100bar和2000bar之間)的鉆井泥漿壓力。當(dāng)作用在閥頭160的后部面163上的力克服了由鉆井泥漿在腔142中的壓力提供的作用在出口面161和截頭圓錐邊緣165上的力時(shí)，出口閥145將關(guān)閉。這通常將隨著入口閥143開始打開而在活塞144抵達(dá)其沖程末端并且開始縮回時(shí)發(fā)生。增壓活塞182將回落到邊沿195，從而將鉆井泥漿從入口148抽吸到低壓區(qū)域189中。然后重復(fù)泵送周期。

在圖6、圖7和圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的增壓活塞組件的一部分，其與圖4的泵送段大致類似，其中，類似的零件用處于200系列中的附圖標(biāo)記表示。

自由浮動(dòng)的增壓活塞282可滑動(dòng)地布置在增壓缸體283中。增壓活塞282具有暴露于低壓區(qū)域289中的上部面291和暴露于腔242中的鉆井泥漿壓力中的下部面294。增壓缸體283在下端處包括邊沿295，以將增壓活塞282保持在增壓缸體283中。增壓缸體282包括主體283’，所述主體283’具有三條臂285、285’和285”，所述三條臂285、285’和285”從主體延伸到閥體241，以使得主體283’居中位于腔242中。臂285、285’和285”圍繞主體以大約120度間隔開并且限定出鉆井泥漿能夠流動(dòng)通過的流動(dòng)路徑242’、242”和242”’。三個(gè)突出的凸耳297、297’和297”圍繞主體283’間隔開，以將增壓活塞組件剛性固定到閥塊體241。

參照?qǐng)D9，出口閥245包括大體圓形閥頭260，所述圓形閥頭260具有暴露于腔242中的出口面261。閥頭260具有固定在后部面263上的閥桿262，所述后部面263暴露于輸出流中。后部面263包括平面環(huán)部分263’和凹陷部分263”。閥桿262可滑動(dòng)地布置在桿引導(dǎo)件(未示出)中。閥頭260具有截頭圓錐狀外邊緣265，所述截頭圓錐狀外邊緣265具有可以為彈性體、機(jī)械加工的金屬或者尼龍材料的截頭圓錐狀密封構(gòu)件265’。布置在排放通道268中的彈簧266將閥頭260偏壓成離開閥塊體的頂部部分(未示出)，從而將截頭圓錐狀密封構(gòu)件265’推壓抵靠在閥插入件241’的截頭圓錐狀閥座267上，這形成閥塊體241的一部分或者裝配在閥塊體241中。閥頭260在閉合位置和完全打開位置之間移動(dòng)約30mm。轉(zhuǎn)移桿269與閥頭160基本同心、固定在出口面261上并且從出口面261伸出。轉(zhuǎn)移桿269的直徑優(yōu)選地為15mm，盡管直徑通?？梢越橛?0mm至75mm之間，并且優(yōu)選地從出口面261延伸75mm進(jìn)入到腔242中。轉(zhuǎn)移桿269是剛性的并且能夠承受壓縮力，使得能夠?qū)⒘κ┘拥睫D(zhuǎn)移桿，以繼續(xù)推動(dòng)閥頭260，而促進(jìn)打開。轉(zhuǎn)移桿269行進(jìn)通過缸蓋288上的密封接頭287。密封接頭287包括環(huán)繞轉(zhuǎn)移桿269的帽287’。密封接頭287還包括多個(gè)密封元件287”和引導(dǎo)環(huán)，以便在壓差通常為500bar并且可以介于100bar和1000bar之間期間提供圍繞轉(zhuǎn)移桿269、在腔242和低壓區(qū)域289之間的鉆井流體緊密密封。

星形架298剛性固定在出口閥閥頭260上或者與出口閥閥頭260成一體，并且從出口閥閥頭懸垂到腔242中。星形架298能夠與出口閥閥頭260一起在形成于閥插入件241’的下部部分中的缸體241”中滑動(dòng)。星形架包括四條支腿298’、298”和298”’，所述四條支腿圍繞轉(zhuǎn)移桿269以90度間隔開。星形架298在打開和閉合期間幫助保持出口閥245和轉(zhuǎn)移桿269居中。而且，星形架使得鉆井泥漿更好地流動(dòng)通過出口閥245。

由缸蓋288、缸壁290、活塞282的上部面291限定低壓區(qū)域289。低壓區(qū)域289經(jīng)由流體管路292與鉆井泥漿入口流動(dòng)通道(未示出，但是與流動(dòng)通道148大致類似)流體連通，使得鉆井泥漿p能夠在它們之間以大約3bar的壓力自由流動(dòng)。

活塞282具有布置在上部面291和下部面294之間的密封件293，所述密封件293將腔242與低壓區(qū)域289隔離開并且允許活塞沿著缸體283順暢地滑動(dòng)?；钊?82具有大約2mm至10mm的移動(dòng)范圍并且可以小于出口閥245的打開距離。優(yōu)選地，不超過出口閥245的打開距離的30％。

在使用中，自由浮動(dòng)的增壓活塞282初始位于缸體283的邊沿295上，如圖10所示。隨著腔242中的鉆井泥漿的壓力累積，增壓活塞282兩側(cè)的壓差使得增壓活塞282向上移動(dòng)，以接觸轉(zhuǎn)移桿269的支腳，如圖10所示。隨著鉆井流體在腔242中的壓力達(dá)到鉆井流體在排放通道268中的壓力，由增壓活塞282作用在轉(zhuǎn)移桿269上的附加力促進(jìn)出口閥閥頭260從閥座267失控，如圖11所示。增壓活塞282可以將轉(zhuǎn)移桿269僅僅推動(dòng)2mm，以用于完成此目的。出口閥閥頭260兩側(cè)的壓差和流動(dòng)通過出口閥閥頭的鉆井流體流進(jìn)一步推動(dòng)出口閥閥頭260打開，在此時(shí)，轉(zhuǎn)移桿269的支腳與增壓活塞282的上部面291分開。出口閥閥頭260完全打開，通常打開大約30mm，如圖12所示。

所述開口296允許通過流體管路292使得低壓區(qū)域289和流動(dòng)通道(諸如，148)之間流體連通，所述開口296由活塞282覆蓋，盡管密封件293位于增壓活塞282的下部部分中使得防止密封件293被開口296損壞。

在泥漿泵周期的將鉆井流體抽吸到腔242中的一部分期間，腔242中的壓力減小至低于低壓區(qū)域289中的流體壓力的壓力。自由浮動(dòng)的增壓活塞282自身就位于邊沿295上。出口閥閥頭260返回到閉合位置，其中，密封件265’就位于閥座267上。

參照?qǐng)D13，示出了本發(fā)明的泵送段的一部分，這與圖4的泵送段大致類似，其中，類似的零件參照處于100系列中的附圖標(biāo)記。

示出了出口閥345和增壓活塞組件380。除了增壓活塞382之外，增壓活塞組件380與增壓活塞組件180大致類似，所述增壓活塞382具有轉(zhuǎn)移桿369，所述轉(zhuǎn)移桿369固定到增壓活塞，所述轉(zhuǎn)移桿369具有自由的上支腳399，所述自由上支腳399選擇性地接合出口閥閥頭360的下部面361。流體管路392在其中設(shè)置有水，所述水與低壓區(qū)域389流體連通。從恒定壓力源399a供應(yīng)水，所述恒定壓力源399a可以是蓄集器，所述蓄集器可以啟動(dòng)至優(yōu)選3bar的壓力。

設(shè)想其它改變和修改，諸如，使用固定的活塞和移動(dòng)的缸體，以用于推動(dòng)閥頭。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種泵，所述泵包括：殼體(141)，所述殼體具有腔(142)，所述腔具有入口閥(143)；和升壓設(shè)備(144)，所述升壓設(shè)備用于升高所述腔(142)中的流體的壓力；和排放閥(145)，所述排放閥(145)包括閥頭(160)和閥座(167)，所述閥頭能夠在打開位置和閉合位置之間移動(dòng)，其特征在于，所述泵還包括布置在增壓缸體(183)中的增壓活塞(182)，所述增壓活塞(182)具有暴露于低壓區(qū)域(189)的第一面(191)和暴露于所述腔(142)中的流體壓力的第二面(194)，所述增壓活塞(182)和所述增壓缸體(183)中的至少一個(gè)能夠相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，以將打開力增添到所述排放閥(145)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵，所述泵還包括轉(zhuǎn)移構(gòu)件(169)，所述轉(zhuǎn)移構(gòu)件布置在所述閥頭(160)和所述增壓活塞(182)之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵，其中，所述轉(zhuǎn)移構(gòu)件(169)具有第一端部和第二端部，所述第一端部固定到所述閥頭(160)，而所述第二端部是自由的。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵，其中，所述轉(zhuǎn)移構(gòu)件(169)通過所述增壓缸體(183)進(jìn)入到所述低壓區(qū)域(189)，所述第二端部布置于所述增壓活塞(182)在所述增壓缸體(183)中的移動(dòng)路徑中。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述增壓活塞(182)在所述增壓缸體(183)中自由浮動(dòng)。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，所述泵還包括入口(148)，以用于允許流體流至所述入口閥(143)，其中，所述增壓缸體(183)在其中還包括開口，所述開口流體連接到所述入口(148)，以允許所述入口中的流體流入和流出所述增壓缸體(183)中的所述低壓區(qū)域(188)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述增壓缸體(183)還包括位于其中且連接到低壓源的開口。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述泵用于使鉆井泥漿循環(huán)通過鉆柱。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述低壓區(qū)域填充有鉆井泥漿。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述泵用于泵送水泥。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述用于升高腔(142)中的流體壓力的升壓設(shè)備(144)包括往復(fù)活塞。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述用于升高腔(142)中的流體壓力的升壓設(shè)備(144)包括馬達(dá)。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述用于升高腔(142)中的流體壓力的升壓設(shè)備(144)包括液壓泵。

14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述排放閥(145)的所述閥頭(160)還包括星形架(298)。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的泵，其中，所述閥座(267)包括從閥座上延伸的延伸部分(241’)，所述星形架(298)布置在所述延伸部分中。

16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵，其中，所述出口閥(145)還包括彈簧(166)，用于將所述閥頭(160)偏壓抵靠在所述閥座(167)上。

17.一種應(yīng)用在根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的泵中的閥組件，所述閥組件包括：閥頭(160)和閥座(167)，所述閥頭能夠在打開位置和閉合位置之間移動(dòng)，其特征在于，所述閥組件還包括增壓活塞(182)，所述增壓活塞布置在增壓缸體(183)中，所述增壓活塞(182)和所述增壓缸體(183)中的至少一個(gè)能夠相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，以便將打開力增添到所述閥頭(160)。

18.一種用于促進(jìn)打開閥的方法，所述閥包括閥頭(160)和閥座(167)，所述閥頭(160)能夠從位于所述閥座(167)上的閉合位置移動(dòng)預(yù)定距離抵達(dá)位于所述閥座遠(yuǎn)側(cè)的完全打開位置，所述方法包括將由閥頭兩側(cè)的流體壓差提供的力施加到閥頭(160)的步驟，所述方法還包括沿著所述預(yù)定距離的小部分將附加力提供給所述閥頭(160)的步驟。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述小部分介于所述預(yù)定距離的1％和95％之間。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述小部分介于所述預(yù)定距離的5％和33％之間。