基于FLUENT的钻井泵阀隙流场仿真计算

针对钻井泵阀冲蚀磨损严重的特点,利用FLUENT软件对钻井泵阀隙内流场分布进行了仿真计算,得到阀隙流场在某一时刻泥浆流速的分布规律.结合钻井泵阀的失效机理,通过对计算结果中泥浆流速的分析表明,阀盘两底角处速度最大,是该处密封圈容易被撕裂造成泄漏的主要原因;当锥阀下底面直径一定时,锥阀阀盘锥角的增加可以改善泵阀密封圈与泥浆的磨损状态.该结论与实际相吻合,对泵阀的优化设计及延长泵阀使用寿命有重要的指导意义.     

钻井泵泵阀使用寿命的数理统计分析

用数理统计方法对钻井泵泵阀阀体、阀座的使用寿命进行了分析,得到阀体、阀座的使用寿命分布规律服从于二参数威布尔分布。认为泵阀的失效过程通常是先产生冲击疲劳磨损,后形成冲蚀破坏,整个失效过程又是以冲击疲劳为主。     

钻井泵阀密封材料摩擦学性能的研究

钻井泵阀在含有固相微粒的泥浆中工作。因此，湿磨粒磨损和冲蚀磨损是导致泵阀及阀密封失效的主要磨损形式。为研究和优选钻井泵泵阀密封的摩擦副材料，文中通过４种聚合物材料与钢组成的摩擦副，在泥浆中磨损过程的试验研究，初步研究了其摩擦学性能，为选择钻井泵泵阀密封材料提供了重要参考。     

钻井泵“同步阀”机构设计

根据钻井泵泵阀失效机理，设计出新型钻井泵泵阀－“同步阀”机构，亲机构消除了泵阀关闭的滞后角，“同步阀”与滤砂阀的配合使用降低了泥浆对泵阀的冲蚀破坏，从根本上解决了泵阀失效的问题，“同步阀”是首次提出，它为提高钻井泵泵阀寿命及钻井泵的整机效率提供了一套新型机构。     

钻井泵阀结构参数与失效的关系

在现场调查的基础上，对失效钻井泵阀进行了分析，并检测了7个失效泵阀的阀橡胶尺寸。测试与分析结果表明，阀橡胶厚度是影响泵阀失效的重要因素，现用泵阀平均使用寿命较低的主要原因是阀橡胶厚度参数不合理。指明在不改变现用泵阀材料的条件下，通过优选阀橡胶厚度参数，以及提高阀橡胶密封锥面与阀体金属密封锥面装配后的同轴度，完全有可能大幅度延长国产泵阀平均使用寿命。     

非常规油气田压裂作业阀箱的结构创新

当前非常规油气田压裂作业对压裂泵阀箱提出了更高的性能要求,常规压裂泵阀箱因使用寿命短,可靠性偏低,已经难以满足非常规油气田的恶劣工况。针对这种情况,文章提出了通过采用新型双导向杆阀结构内腔设计来提高阀箱本体的有效壁厚,降低工作应力,进而提高阀箱的抗疲劳损坏能力,获得更高的使用寿命;此外还通过采用柱塞缸套与阀箱本体一体化的结构设计,移除了原分体式柱塞缸套与阀箱本体处的一道橡胶密封,从而减少阀箱工作时的渗漏点,有效提升阀箱工作时柱塞密封的可靠性。新型压裂泵阀箱已经在非常规油气田的实际工业使用中取得了良好的效果,阀箱的使用寿命及工作可靠性都得以明显提升,这些结构创新值得在压裂泵阀箱的制造中推广应用。     

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。     

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。     

钻井泵泵阀研究方向的探讨

作者从导出泵阀的阀体与阀座接触过程的能量方程式中,提出泵阀的研究应从冲击能的分析入手,进行冲击磨损和冲蚀磨损两方面综合研究的见解。研究的关键是阀的运动、动力及摩擦磨损等参数的测定问题。并认为泵阀的研究应和实验室试验、现场试验和泵阀的制造相结合。只对泵阀进行纯理论研究很难得出有实用价值的结论。     

往复式钻井泵旋转阀盘及其特性分析

针对往复钻井泵泵阀的主要破坏形式为冲蚀磨损和磨料磨损的特点，研制了一种可作二维运动的旋转阀盘。这种阀盘可有效地自行研磨工作面，使泵阀的寿命提高３倍以上。对其特性进行理论分析后认为，只有合理地设计叶片的进、出口结构角及叶片形状，才能充分发挥这种阀盘的优点和特性。     

钻井泵泵阀及缸套表面的增碳－钒化处理

针对钻井泵泵阀与缸套的侵蚀－三体磨料磨损导致拉伤、冲蚀成洞、刺成小道的失效形式，提出了对缸套、阀体及阀座工作面进行增破－钒化的处理措施。对２０号钢、２０Ｃｒ钢和２０ＣｒＭｏ钢工件，先渗碳，以增加其表面碳浓度，然后进行钒化处理，由于形成的细小ＶＣ硬质相弥散分布于基体，工件表面一定层深的硬度显著提高，耐磨耐蚀性能大为改善。试验表明，钻井泵泵阀和缸套经增碳－钒化处理后其使用寿命显著延长。     

钻井泵泵阀及缸套表面的增碳－钒化处理

针对钻井泵泵阀与缸套的侵蚀－三体磨料磨损导致拉伤、冲蚀成洞、刺成小道的失效形式，提出了对缸套、阀体及阀座工作面进行增破－钒化的处理措施。对２０号钢、２０Ｃｒ钢和２０ＣｒＭｏ钢工件，先渗碳，以增加其表面碳浓度，然后进行钒化处理，由于形成的细小ＶＣ硬质相弥散分布于基体，工件表面一定层深的硬度显著提高，耐磨耐蚀性能大为改善。试验表明，钻井泵泵阀和缸套经增碳－钒化处理后其使用寿命显著延长。     

阀内件磨损及材质选择

阀内件磨损程度直接关系到阀门的性能,特别是苛刻工况下阀内件的磨损尤其严重。全面地分析阀内件磨损形成的原因,并从阀内件的材料性能出发,论述了不同阀内件材质的性能和硬化处理方法,重点探讨了在苛刻工况下的阀内件材质的选择。事实表明,在选择好阀芯形式的基础上,通过合理地选择阀内件的材质,可以有效地减少阀内件的磨损,从而延长阀门的使用寿命、提高阀门的使用性能。     

程控球阀在S Zorb装置上的应用

闭锁料斗程控耐磨球阀故障频繁已成为S Zorb装置生产的共性问题,其使用工况苛刻,设计要求较高。介绍了该类球阀的结构特征,分析了装置运行中球阀故障的原因。以XV2408程控球阀为例,得出在工艺操作压力变化下,球阀反向受压迫使碟簧发生形变,吸附剂颗粒有机会进入阀球与阀座形成硬质粘附物是球阀故障的主要原因。分别从安装、操作及设备管理方面提出延长球阀使用寿命的方法,提出了安装方向的判别原则,减少输送介质带液的手段,开工时的注意事项等。     

液动切换阀高寿命设计的摩擦学依据

本文介绍一种日本液动切抉阀的结构及工作原理, 井用摩擦磨损理论对其中的恒弹力接头和阀板-阀座密封副进行了分析。作者认为这种切换阀的高寿命,主要是采用了碟形弹簧恒弹力接头、高强度黄铜弹性闸板和高刚度壳体。     

气井井下防砂工作筒冲蚀性能研究

为降低气井压裂后出砂对生产管柱及地面设备造成的危害,延长气井生产管柱使用寿命,提高生产安全性,研发了气井井下防砂工艺技术。研制的工作筒作为防砂筛管井下定位的关键部件,在压裂过程中受高速支撑剂颗粒冲蚀作用而磨损,其定位可靠性存在风险。为研究工作筒的冲蚀规律,运用数值模拟软件对工作筒在不同排量、砂比、粒径条件下的冲蚀情况进行分析。研究结果表明：支撑剂对工作筒的冲蚀磨损主要发生在筒内变径区域;随着施工排量的增加,工作筒的冲蚀速率随之增加,且成近似指数关系;在施工排量及砂比一定的条件下,颗粒直径变大,冲蚀磨损呈现出先增大后减小的趋势。分析结果可为防砂工作筒结构的优化设计提供依据。     

安全钻井钻柱内防喷系统止回阀工作机理及失效分析

钻柱内防喷系统止回阀以反应迅捷及可靠的封堵能力,在防井涌、井喷中起到举足轻重的作用,是安全钻井的重要保证。但止回阀在正常钻井过程中处于常开启状态而长时间遭受高压钻井液的冲蚀,极易导致止回阀密封失效或过早报废,存在安全隐患。针对其使用寿命短、耐蚀性差、水力特性不清楚、研究资料奇缺等亟需解决的关键问题,通过把流体力学影响因素与冲刷腐蚀磨损理论有机地结合起来,借助实验建立磨砺性腐蚀介质——钻井液的模型,利用CFD技术确定影响冲刷腐蚀磨损的流体力学参数,分析典型钻柱止回阀的工作机理,实现止回阀结构的优化;并选择性地对止回阀进行冲刷腐蚀磨损试验,筛选出阀体、阀座材料及主要耐磨件的强化处理方法。通过井下工作情况模拟实验与计算机仿真分析,找出井喷条件下钻柱内防喷系统止回阀的失效机理,寻求流体力学参数、介质性质、材料因素等对止回阀性能的影响关系,继而建立一种新的钻柱止回阀设计方法或准则,以推进我国钻柱止回阀研制的技术进步。