钻井泵泵阀失效的动力学分析及泵阀变螺距弹簧设计

从动力学角度阐明了钻井泵泵阀失效的原因。由于各种参数的相互影响，使阀盘产生纵向振谐窜动和径向失稳漂移，这不但延长了阀隙存在时间，还会使三体（阀盘、阀座、磨粒）产生不均匀磨粒磨损（偏磨），最终导致泵阀早期失效。鉴于此，笔者试图设计泵阀的变螺距弹簧，以消除阀盘的纵向振谐窜动和径向失稳漂移，提高泵阀工作寿命。还叙述了变螺距弹簧的设计原则和程序，并进行了设计计算。     

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.     

压裂泵泵阀失效分析

对U类和O类泵阀的失效分析表明,压裂泵泵阀受高压冲击载荷和高含砂高酸度压裂酸化液冲蚀作用,产生磨料磨损、冲蚀磨损和疲劳磨损,导致密封失效,使用寿命低。为提高泵阀使用寿命,应优化阀锥角、阀盘结构及密封胶圈形状;选用合适的泵阀材料和热处理工艺,提高泵阀心部硬度,增加高硬度层厚度,改善其使用性能。     

基于MATLAB的钻井泵阀运动特性分析

利用MATLAB软件对钻井泵阀阿道尔夫微分方程进行了数值求解,并构造了描述阀盘关闭阶段的简化模型,准确地分析了阀盘的运动特性.通过对不同阀盘锥角的锥阀进行仿真计算得出,当阀盘下底面直径一定时,随着阀盘锥角的增加,阀盘的关闭速度及关闭冲击力都相应地减小,进而可以有效改善阀盘冲击阀座形成的冲击疲劳.该结论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.     

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。     

往复泵泵阀参数的计算

合理的往复泵泵阀设计应同时满足泵阀无冲击，阀隙液流流速Ｖｘ不大于其许用值〔Ｖｘ〕，阀盘直径ｄｖ不大于其许用值〔ｄｖ〕这三个条件。讨论了泵阀参数间的关系，建立了最高往复泵冲次和最大阀盘的最大升程的计算方法，并进行了实例计算。     

钻井泵阀弹簧刚度对阀部件工作影响的研究

乌拉尔重型机器制造厂曾对确定钻井泵泵阀弹簧的最佳性能进行了研究,以使阀在无冲击条件下工作时有最小的阻力损失H,从而通过阀隙的液流流速最小,减小阀盘与阀座的冲蚀磨损。     

弹簧复位阀罩导向抽油泵泵阀的设计研究

针对目前在用的几种斜井泵泵阀存在结构复杂、密封元件较多、使用寿命不长、弹簧受力不合理和应用范围受到限制等缺点 ,设计了一种弹簧复位阀罩内筋导向式泵阀。这种泵阀的固定阀和游动阀的结构大致相同 ,固定阀主要由阀罩、弹簧、挡环、阀球、阀座和下接头组成。该泵阀可不受井斜角的限制 ,并具有弹簧限位保护功能 ,弹簧受力合理 ,阀球可自由旋转而均匀磨损 ,从而大大提高了其使用寿命。     

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。     

恒流量往复泵泵阀工作理论研究

泵阀是往复泵的关键部件，对恒流量往复泵的性能有着重要影响。由于泵阀的工作过程极其复杂，一般不能用简单的方法来反映其运动规律，在忽略阀盘质量的 情况下，分别建立了在稳定状态下，非稳定状态以及是否考虑魏斯特法尔现象时阀盘运动微分方程，并给出了其解析解，分析了阀盘运动位移，速度和加速度变化规律。     

中压炉4#给水泵平衡盘缺陷分析及改进

针对中国石化北京燕化石油化工股份有限公司化工一厂动力车间中压炉矿给水泵平衡盘出现磨损的同题，对轴向力进行了分析，找出平衡盘磨损故障的原因，并对平衡盘进行改进、实施．运行周期由改造前的1500h增加到目前的8000h，取得了良好的使用效果。     

防磨降耗抽油泵研制及应用

针对抽油机井偏磨及高能耗的实际现状,提出了兼备偏磨治理与节能降耗双重作用的防磨降耗抽油泵。该泵在泵筒上部增设环形阀,取消常规泵的固定阀,能够减小下行程时抽油杆受到的浮力,降低中和点的位置,使抽油杆挠曲难度增大,延缓偏磨。同时由于下行程时浮力的降低,抽油杆自重被进一步释放,增加了下行悬点载荷,减少电机对重物做功份额,实现节能。现场应用表明:在平均抽吸参数不变的条件下,抽油机下行悬点载荷显著降低,系统效率提高了8个百分点,具有良好的推广应用价值。     

旁通阀液力反馈抽油泵研究及应用

在稠油井以及偏磨井,由于抽油杆工作条件恶劣,在上冲程时抽油杆的拉应力增加; 而下冲程时阻力大,抽油杆柱的中和点之下处于受压状态,存在交变载荷,造成泵效低、杆管偏磨严重。通过分析井下抽油设备受力状态,对常规抽油泵结构进行了创新和改进,研制了一种旁通阀液力反馈抽油泵。该泵型采用液力反馈技术,为杆柱下行提供动力,克服稠油井、偏磨井井中杆柱下行摩阻,避免下行杆柱弯曲,同时提高泵的充满度,延长有杆泵系统的正常生产周期。泵阀采用弹簧复位球阀,柱塞两端设计防砂结构,适用于斜井、稠油井,并提高了泵效。     

钻井泵阀隙钻井液流速分布初探

依据工程流体力学的理论，提出了钻井泵阀隙流场的概念；分析了泵阀流场变截面、窄缝隙及钻井液流速随时间和空间位置变化的特点；建立了间隙钻井液流速分布的简化数学模型。通过计算，得到了问隙钻井液流速沿泵阀密封锥面母线方向和在任一截面上随曲柄转角的变化规律。对泵阀间隙钻井液流速分布规律的分析认为，当间盘处于＂跳升＂段和问隙较小时，钻井液对问座和间盘产生剧烈的冲刷作用。     

海底泥浆举升叶片圆盘泵轴向力预测

为计算海底泥浆举升叶片圆盘泵的轴向力,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对模型泵内全流道三维湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到轮毂轴端及叶轮表面的静压力分布,并预测叶轮轴向力。结果表明：叶轮内表面静压分布较均匀,前、后盘静压分布基本相同,叶轮内表面压力分布不均所产生的轴向力占总的轴向力比例很小;叶轮前、后盘外表面压力分布存在明显的不一致,特别是在泵出口附近,叶轮后盘压力要明显大于前盘压力,叶轮所受总的轴向力主要由叶轮前、后盘外表面压力分布不均产生。     

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。     

环空射流泵排采工艺在煤层气井中的适用性研究

目前,煤层气井的排水采气工艺采用了油田的有杆泵系统,存在泵阀打不开、卡泵、杆管偏磨等问题,制约了煤层气的开发。环空射流泵排采工艺具有许多优点,已在油田成功应用,特别适用于煤层气井。应结合煤层气井特点,简化地面设备,降低初期投资;改进射流泵结构,提高在小排量时的效率。     

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。