固井压裂泵阀理论研究与应用

固井压裂泵是固井压裂设备的核心部件,固井车、压裂车及其撬装设备要实现其功能主要依靠其上装的柱塞泵。固井压裂泵泵送的液体排量具有脉动性,受柱塞数目和入值影响,同时泵阀的开启和关闭是动态的,且相对曲轴（或柱塞）具有轻微的滞后即开启和关闭滞后。固井压裂泵阀系统主要设计参数有：泵阀的升程、凡尔座内孔直径、凡尔弹簧的刚度及其预压缩量等,我们用试验验证了这些参数对固井压裂泵容积效率的影响。客积效率是衡量固井压裂泵性能的重要指标,研究泵阀理论合理设计这些参数可提高容积效率1%-3%。     

3ZP型注聚合物泵

为了配合聚合物驱三次采油工艺 ,顺利地将分散溶解装置混配并经过熟化后的聚丙烯酰胺母液注入油井 ,研制出 3ZP型注聚合物泵。这种泵结构紧凑 ,体积小 ,性能可靠。经对液力端流道和阀组件进行优化设计 ,提高了泵的容积效率 ,降低了泵对聚合物的机械降解。产品检测表明 ,在室温、浓度 50 0 0ppm和粘度 350 0mPa·s条件下 ,这种泵的容积效率≥ 95% ,剪切率≤3%。现场使用首批注聚合物泵已正常运转 2年 ,动力端运转平稳 ,柱塞平均寿命 50 0 0h ,柱塞填料平均寿命 4 50 0h ,阀组无故障运行时间平均为 50 0 0h     

分抽混出泵采油工艺技术的改进及应用

针对常规分抽混出泵上泵环形固定阀可靠性差的问题,通过采用桥式通道,改进了流道结构,将上泵固定阀置于下泵下面,实现了上泵的单泵阀结构,提高了分抽泵的可靠性。改进后的分抽泵设计了流道交叉接头,可实现上下泵流道交叉互换,使上下泵对上下层的抽汲互换,从而可以满足多种地质配产需要。针对分抽混出泵整体管柱采用机械坐封造成管柱弯曲、加剧杆管偏磨的问题,配套了丢手插管工艺管柱。改进后的分抽混出泵在河南油田推广应用37井次,平均检泵周期由124 d延长到242 d,平均泵效提高8.8%,累计增油4 322.7 t。     

3ZY125增注泵泵阀的技术改造

针对增注泵泵阀产生冲击噪声大的问题,对泵阀结构进行降噪改造,采用尼龙材质代替钢材质,优化设计进排液阀座上的进排液孔结构。改造后的泵阀降低噪声7分贝,流体损失减少,密封性能提高,提高了进出水效率及增注泵整体效率。     

油田高压往复注水泵泵阀故障分析与改进

通过对 3H— 8/ 4 5型高压往复注水泵泵阀的结构分析和设计核算 ,得出泵阀失效的原因是泵阀设计升程过大 ,阀孔流速过高以及阀杆直径较小。为此 ,对阀结构和导向定位做如下改进 :(1 )将缸体阀座腔孔定位改为阀座和阀套一体定位 ,加大阀组件与缸体阀孔间隙 ;(2 )将阀打开时升程限位点改到阀密封面背面 ,阀杆导向放在阀孔内 ,阀杆根部圆弧过渡 ,没有退刀槽 ,避免应力集中。改进后泵的故障停运率降低了 80 % ,泵阀寿命提高到 4个月     

抽油泵固定阀组阀球座密封锥角优选

抽油泵固定阀组是影响整个抽油泵容积效率的重要因素之一,其中固定阀组阀球座密封锥角度数的选取是一个主要因素。以某抽油泵固定阀组流道模型为例,运用CFD软件对其进行不同锥角参数的对比分析,得出60°锥角模型在整个阀球坐回的过程中受到的流体轴向力较90和75°模型更大的结论。因此,60°锥角模型的阀球能更快地坐入阀球座,减少从阀球与阀球座间隙的流体漏失量,进而提高泵的容积效率。     

大斜度井抽油泵结构改进及应用

在大斜度井中,常规管式泵采油系统存在管杆偏磨严重、泵阀关闭滞后、效率低等问题。改进了泵的结构,即:固定阀采用弹簧结构,实现强制关闭;游动阀设计有半球阀-中心连杆结构,使阀球复位准确;采用3级密封柱塞,密封可靠;改进扶正器结构,减少偏磨。研制的大斜度井抽油泵可适用于井斜为0～90°的定向井,泵效提高约7%,减少了柱塞及管杆偏磨。     

双螺杆油气混输泵特性分析

总结国内外双螺杆泵特性研究成果,并分析各类实测性能曲线。其回流增压特性利用了气体的可压缩性来提高泵的容积效率,回流损失和容积效率是该泵流量特性的关键指标,主要受泵内间隙尺寸和运行参数的影响。压力差、含气率、转速等运行参数对容积效率的影响较复杂。容积腔内压力沿螺杆逐渐升高,对于单相流,各容积腔压力线性递增;含气率越高,出口端压力梯度越大;泵轴功率不受含气率的影响。泵效随转速的升高而升高,随含气率升高而降低。粘度增高时泵的轴功率和容积效率会提高,水力损失会增加,泵效的变化需要试验确定。研究结果对泵的选用与运行维护具有指导意义。     

高含水量液压液HWF综合润滑性能的改进研究

为解决高含水量液压液用柱塞泵的容积效率下降过快的问题,提出了通过优化润滑添加剂组成以减少泵的灵敏部件磨损从而有效延长泵使用寿命的改进方法。在实验室用7-18碳链长度的脂肪酸和含1-3羟基数目的有机醇胺制备了多种油性剂,用红外、质谱和核磁等手段对反应产物进行了分析鉴定,并用四球机评定它们的润滑性能。最适宜的油性剂油酸二羟胺皂的最佳添加量为1.O％。对比泵台架试验结果表明,用优化改进后的添加剂配制成的高含水量液压液HWF-120的综合润滑性能明显好于改进前的产品和某进口产品,改进后产品在12.5 MPa,46℃下连续运行100 h后泵的容积效率下降仅1.9个百分点,而另两个产品的泵容积效率下降了约7.0个百分点。     

提高抽油泵泵效的泵阀设计方法探讨

在抽油井生产过程中,泵的实际排量常小于其理论排量,二者的比值称为泵的容积效率,油田通称为泵效,影响泵效的因素主要有三个方面:抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩的影响,气体和充不满的影响及漏失的影响,旨在探讨抽油泵泵阀设计过程,即如何采用合理的设计方法提高抽油泵的泵效。     

套管泵工作原理及应用中的有关问题

套管泵由压力检测装置、减速装置和密封皮碗等组成。将泵投入油井套管中，靠泵自重下落，由减速装置调节下落速度。当泵落入液面以下预定深度后，由于井内压力增加推动活塞上行关闭阀门，在泵上、下压差作用下将泵和泵上液柱举升到井口。应用套管泵时，应计算确定泵的最大举升液柱高度、实际举升液柱高度、活塞行程和流道阻力。通过控制活塞行程及泵内流道阻力，从而控制泵举升液柱的高度和泵的运行速度，取得理想的举升效果。     

大流道抽稠防砂泵的研制与应用

针对常规抽稠泵抽汲稠油时存在吸入性能差、进油阻力大和下行困难等缺陷 ,创新设计了大流道抽稠防砂泵 ,使一些无法开抽的稠油井投入正常生产 ,并替代了部分原用的蒸汽热采和电热杆热采设备 ,提高了油井采收率 ,降低了开采成本。这种大流道抽稠防砂泵具有下面几点独特优势 :(1)进油阀流道面积大 ,进油阻力小 ;(2 )泵入口压力高 ,提高了泵充满程度和泵效 ;(3)增加了抽油杆柱下行动力 ,且下行动力大小可调 ;(4)泵柱塞两端带有刮砂结构 ,可防止砂卡柱塞 ,适用于低出砂稠油井     

F—2200HL钻井泵易损件可靠性试验研究

针对F—2200HL钻井泵在油田工业性试验中暴露出易损件使用寿命不稳定的问题,为进一步改进设计,对该型钻井泵进行了1309h的厂内模拟油田工况台架运转试验,主要是对泵柱塞盘根、活塞缸套、阀总成、密封件等进行多方案的可靠性试验。结果表明,研制的缸套活塞结构可以用于52MPa以上工作压力的往复泵;双金属缸套活塞组成的密封副是最佳密封结构,陶瓷缸套耐磨性很好,但其组成的密封副结构并非最佳密封结构;泵阀胶皮损坏导致阀体、阀座刺漏是泵阀总成失效的主要形式,提高阀胶皮质量是延长泵阀使用寿命的关键。     

杆式泵泵筒内流体流动规律的数值模拟

针对杆式泵泵简内的流体流动问题,采用湍流模型的K-ε两方程模型和有限元方法,对在一个抽油循环中阀与活塞在几个特定的位置的流体流动进行了建模与计算,具体分析了处于阀道内和同心环状空间中的原油在上下冲程的运动规律。通过计算知,泵筒内流体的最大速度与入口端的初始流连基本满足线性关系,而最大流压与入口端的初始流速不满足线性关系,直径大的泵,其流压整体上要比直径小的泵要小,分析结果可为杆式泵的内部结构设计和几何参数的确定提供一定的参考依据。     

三元复合驱无间隙自适应防卡泵的研制与应用

针对三元复合驱油井中泵筒及柱塞表面易结垢而导致漏失量大、泵效低、柱塞磨阻大、卡泵及油杆断脱频繁的问题,研制了无间隙自适应防卡泵。该装置包括无间隙自适应柱塞泵以及无间隙自适应刮削器两部分。柱塞泵利用液压自封原理,采用复合密封结构,漏失量小,泵效高,不易结垢和砂卡;刮削器采用弹簧结构使得刮削器对泵筒直径具有自适应功能,可实现对柱塞以上泵筒段无间隙有效刮垢,阻垢单向阀可以有效防止刮削器刮下来的垢颗粒的沉降,并随着井内流体排出井外。现场试验表明,该装置与常规柱塞泵相比检泵周期由50 d左右提高到400 d左右,统计平均泵效由42.25%提高到63.32%,大大提高了经济效益。     

超长冲程杆式抽油泵的研制与应用

针对常规抽油泵在深井举升过程中存在系统效率低、泵效低、漏失量大和气体严重影响泵的充满程度等问题,研制了超长冲程杆式抽油泵。该抽油泵采用长柱塞对长泵筒的组合方式,最小密封段达到1.2 m,实现了12 m超长冲程抽油;采用软、硬相结合的密封方式和六爪锁紧装置,提高了抽油泵的密封性和锚定的可靠性。3口井的现场应用表明,该抽油泵应用效果良好,实施成功率100%,与常规抽油泵相比,提高泵效均在12%以上。     

流量控制型射流泵系统的研究

油井压裂后排液过程中由于排液用射流泵的结构,如喷嘴直径、面积比等重要性能参数已确定,射流泵的最佳工作状态便已确定。但地层液产量和流量具有不确定性,影响了射流泵工作时的流量比,或因地面动力泵无法按照设计时的理论值提供压力和流量,使得射流泵系统偏离最优工作状态。为了达到设计时的最高效率,保证稳定的流量比,研究多功能流量控制型射流泵系统,采取地面调节动力液的流量是一个行之有效的方法,可通过对射流泵液路系统实施双闭环控制达到此目标。     

组合式多功能热采泵的设计研究

组合式多功能热采泵在结构上采用了上、下2个同尺寸管径的工作筒,2个同径柱塞,1个中心导油管来实现大泵深抽强排技术,在上下泵筒之间增加一套环流注汽阀,实现下放杆注汽,在转抽时上提杆柱使柱塞进入工作位置,实现不动管柱转抽技术。该热采泵集下放管柱注汽技术、不动管柱转抽技术、检泵自动泄油技术及深抽强排技术于一体,具有注汽流道面积大、排液量大、泵效高、操作简便、安全可靠和高效节能等优点。现场试验表明,它可提高热采油井综合效率10％～15％,提高采油强度40％～50％。     

钻井泵阀运动对排量的影响

在分析钻井泵的排量不均度及钻井泵阀运动规律的基础上, 给出了阀盘上升和下降时的位移表达式。根据水力学的连续原理, 推导了进入排出空气包的液体流量公式, 指出泵排出液体的量由２ 条正弦曲线和１ 条余弦曲线叠加而成。实例计算表明, 考虑泵阀运动对排量的影响,使用小直径缸套时, 泵的排量不均度提高了５ 倍。建议尽可能减小阀盘直径和运动速度, 并尽可能使用大直径缸套。     

超深油井抽油泵研制及应用

为满足超深油井的生产需要,研制了超深油井抽油泵。该泵对泵筒、柱塞、固定阀做了设计,改善了泵筒受力状况,提高了螺纹的密封性能和抗拉强度。采用双闭式阀罩结构,减小了开口阀罩损坏的概率,新型双固定阀(或单固定阀)结构设计,不仅增加了可靠性,而且降低了制造成本。现场应用表明,该泵最长使用寿命达到7个月以上,泵效平均达到35%以上,且性能可靠,未发生由于抽油泵失效造成检泵作业的情况,满足深井、加深泵挂油井生产和工艺设计的要求,效果良好,具有广阔的推广应用前景。