摘要:

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.

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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.

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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.

摘要:

利用目前成熟的平面机构分析理论和SCILAB软件,结合压裂泵动力端结构和运动参数,建立动力学模型,并对其进行数值分析,得到该机构在持续运转过程中的受力情况和运动规律曲线,为主要零部件的刚度、强度分析和优化设计提供了计算依据.

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目前压裂泵曲轴强度计算大多仅采用有限元分析方法,而鲜有人将连续梁法和有限元分析方法结合起来进行对比计算.笔者以输入功率为3300 hp的五缸压裂泵为例,首先采用连续梁法对曲轴进行强度计算,然后基于Simulation对压裂泵曲轴进行有限元分析,通过两种方法的对比计算,为压裂泵曲轴的科学设计提供理论依据.

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利用现有成熟的理论和软件,对哈利伯顿1400型压裂泵动力端进行动力学虚拟仿真研究,得到柱塞的运动速度及加速度等运动学参量和各连接副间的动载荷,同时计算出在该组工况下所需的驱动功率.为该机构各主要零部件的强度、刚度分析及优化设计奠定了基础.

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针对压裂泵流量脉动较大带来的问题，在分析压裂泵脉动产生机理及其特点的基础上，设计可用于高压大流量场合中的气缸式蓄能器，建立气缸式蓄能器回路数学模型，得到脉动流量的幅频特性，仿真研究脉动抑制特性的影响因素，并对压裂泵安装气缸式蓄能器前后的脉动流量进行对比分析，结果表明：气缸式蓄能器可用于高压大流量场合中，其脉动抑制特性随气缸预充气压力、气缸直径、蓄能器连接管长度的增加而减弱，随气缸行程、蓄能器连接管直径的增加而增强；气缸式蓄能器能显著抑制压裂泵流量脉动，可将机械式三缸压裂泵的流量脉动由23.07%降至2.42%，将液压驱动式三缸压裂泵的流量脉动由33.33%降至3.22%；研究结果为高压蓄能器的设计和使用提供了一种新的思路和方法。

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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.

摘要:

用流体动压润滑理论的观点,研究了OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副,在强制润滑下的润滑机理(即磨擦界面油膜形成的原因),并建立了摩擦界面间最小油膜厚度的计算公式.

摘要:

为了对新型压裂泵的特性进行研究,在AMESim中建立某型压裂泵的系统仿真模型,对柱塞的位移,吸入、排出阀启闭特性与腔内压力关系进行了分析,为压裂泵进一步的优化分析提供借鉴.