泥浆泵活塞静态应力和动摩擦温度的试验研究

<正> 一、前言 泥浆泵活塞与缸套组成一对密封摩擦副,长期在含有磨砺性颗粒的高压泥浆中工作,成为泥浆泵中最易损坏的零件之一。泥浆泵压力是引起活塞密封破坏的首要因素,随着泥浆泵工作压力的提高,摩擦副的摩擦力增大,摩擦表面温度升高,加速活塞皮碗的损坏。     

泥浆泵缸套—活塞磨损失效分析

本文对NB_1-350泥浆泵缸套—活塞摩擦系统和NB_8-600泵双金属缸套进行了失效分析,用扫描电镜和X射线能谱仪对工作表面分别进行了形貌观察和微区成分测定,并辅以光学金相分析。作者认为,缸套—活塞摩擦副的失效是以切削磨损为主的磨料磨损。对于这种磨损失效,硬度是决定其耐磨性的主要因素,其耐磨性和磨损表面形貌也受表层组织及其均匀性、硬化层深度等内部条件以及工况条件如含砂量、泵压和泥浆pH值等的强烈影响。现场试验结果证明,对于试验材料,在泥浆含砂量、泵压、pH值等工况条件基本稳定的情况下,材料表面硬度愈高,缸套使用寿命愈长。     

泵缸套活塞摩擦机理研究获可喜进展

<正> 从最近召开的第三次摩擦磨损年会暨学术交流会上获悉,出四川石油管理局和西南石油学院组成的摩擦磨损研究组,经过三年多的努力,已在泥浆泵缸套和活塞的摩擦机理研究方面取得可喜进展。通过单因素试验、摩擦副跟踪测试、活塞接触密封区试验和铁谱分析等,取得了一些新的理性认识,掌握了某些因素的变化关系量值。     

仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果.在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头.以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点.试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%.此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性.解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔.     

水力保护式钻井泵活塞现场试验评析

采用活塞试验装置对水力保护式活塞与几种国产普通活塞在钻井现场作了对比试验，在相同工况下测试了泵缸工作温度、活塞使用寿命、钻井波含砂量等参数。对试验数据和活塞破坏形式的综合分析表明，利用液体冲洗缸壁，阻止磨硕性颗粒进入摩擦副，从而提高活塞和缸套寿命的水力保护原理是可行的；水力保护式活塞具有寿命长、活塞一缸套摩擦副冷却效果好、泵的机械效率高及对钻井液含砂量不敏感等优点。同时也证明采用大直径球面活塞心来减小活塞心与缸套间的间隙可有效地防止活塞的偏磨，提高抗啃伤寿命。     

3 NB—500型钻井泵滑块滑套表面强化及改进

对 3NB— 5 0 0型钻井泵滑块滑套摩擦副的失效分析表明 ,滑块表面热处理工艺不合格、表面硬度低、严重的磨料磨损等是其失效的主要原因。在对比分析各种表面强化技术特点和磨损试验的基础上 ,确定氧 乙炔火焰喷焊技术是强化滑块表面较为合理的方法 ,强化材料选用PHNi60A +WC15 % ,喷焊层厚度为 0 5mm ,表面硬度≥ 60HRC ,并制定了相应的喷焊工艺 ;同时 ,对滑块滑套摩擦副的结构及拉杆端密封结构进行了改进设计。现场使用表明 ,经表面强化和改进设计后的滑块滑套摩擦副使用效果较好 ,磨损量仅为 0 39～ 0 4 7mm ,使用寿命由 4～ 6个月提高到 15个月以上 ,拉杆端密封的寿命提高近 3倍     

深井杆式泵自封活塞

在深井泵采油实践中,杆式深井泵得到最广泛的应用,这种泵的活塞是全金属柱塞。随着活塞副的工作,将产生磨损,引起摩擦表面间隙增大,增加了泵出液的漏失量,降低了油井产能,使深井泵装置工作的技术经济指标变坏。用过的活塞副不得修复,下过一两次井后就不能继续使用了。     

微乳化生物质燃油的摩擦学特性

采用自制HLB5.9的SP乳化剂,将生物质燃油分散在柴油中,制备了微乳化生物质燃油.研究了微乳化生物质燃油的基本理化性能及其摩擦磨损性能.通过SEM、EDS测试了高频往复摩擦磨损试验后磨痕表面形貌及元素组成与含量,借助表面粗糙度仪检测了磨痕的犁沟深度及表面粗糙度.结果表明,微乳化生物质燃油的平均摩擦系数为0.13,校正磨痕直径为284μm,平均油膜形成百分数为47%,磨痕的深度达3.75μm,表面粗糙度为0.172μm.摩擦磨损的机理可归于,在摩擦过程中,生物质燃油微小液滴被磨损破坏,其中的极性基团和氧元素促使其在摩擦副表面沉积,一方面起到润滑作用,同时也加大了对摩擦副表面的腐蚀,使得在减摩的同时增加了磨损.     

结构更紧凑，输出脉动近于零的泥浆泵

一种重量仅为常规泥浆泵的 且比常规泥浆泵小 的新型泥浆泵正在挪威进行样机试验 ,预计 2 0 0 3年将安装在钻机上用于现场。经过两年的开发 ,ＮａｔｉｏｎａｌＯｉｌｗｅｌｌ (国家油井 )公司生产出了 15 0 0ｈｐ的 15 0型 6缸泥浆泵 ,该公司还计划生产 2 40 0ｈｐ的泥浆泵。该 6缸泵将 6个柱塞 /活塞沿缸形主体垂直分布设计 ,一特殊轮廓的凸轮在缸形主体上旋转使 6个柱塞 /活塞垂直上下移动 ,与常规泥浆泵相比 ,输出脉动大大减小。据该公司介绍 ,凸轮由 2台交流电机驱动 ,使柱塞 /活塞的运动更加稳定 ,从而提高了泵阀和机械元件的寿命…     

微米铜粉在润滑脂中自修复性的考察

采用晕擦学试验和轴承寿命试验考察了微米铜粉在润滑脂润滑条件下的自修复性能，并应用X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、俄歇电子能谱仪（AES）等分析手段对钢球磨斑表面进行了分析。结果表明，添加在润滑脂中的微米铜粉可以减少钢球的磨损量和延长轴承的使用寿命，在摩擦作用下，添加在润滑脂中的微米铜粉可以在摩擦副表面沉积并与表面基材相互作用生成自修复膜，对摩擦副表面出现的磨损起到自修复作用。     

钻井泵橡胶活塞摩擦及温度特性的研究

本文作者用流体动力润滑理论逆解法对钻井泵橡胶活塞的摩擦特性进行了理论研究,用有限单元法计算了活塞的稳态温度场,并在现场实际工况下实测了三缸单作用泵3NB-80活塞的摩擦力及温度场.理论及试验研究结果均表明:活塞在工作中处于混合润滑状态,泥浆中的特细颗粒能够进入活塞与缸套的接触表面,形成磨砺性磨损.活塞和缸套相对运动过程中所消耗的摩擦功不仅使泵的机械效率明显降低,而且也使活塞的温升达到可观的数值.     

万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明, 高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为：扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。     

基于ANSYS抽油泵筒-柱塞摩擦副磨损规律分析

针对缺少在模拟工况下对抽油泵摩擦副进行优化分析的现状,研究了抽油泵泵筒-柱塞摩擦副在模拟工况下的磨损状态,建立了泵筒-柱塞模型,设计正交试验研究了摩擦副在不同配合间隙下,不同因素水平对其磨损状态的影响程度,确定了磨损最优的因素水平组合。研究结果表明:摩擦副的配合间隙越大,其摩擦应力和磨损体积均显著增大,配合间隙减小后,整体磨损体积减小了10.05%且磨损状态有所改善;当单边间隙为0.05 mm时,60 s内泵筒涂覆层表面磨损体积为0.184 13~0.376 83 mm³,当液体压力为10 MPa,涂覆层硬度为1 150 MPa,抽油杆冲程为300 mm,液体润滑摩擦因数为0.11时,摩擦副减摩抗磨效果最好。所得结论可以为抽油泵的合理选用提供技术指导。     

基于ANSYS稳态传热数值模拟方法的机械密封失效分析

在机泵失效故障中,因机械密封泄漏失效而引起的泄漏事故占比很高.以往机械密封失效原因分析都采用以经验性定性分析为主的传统分析方法,存在明显弊端.利用ANSYS有限元分析软件,基于稳态传热理论,采用以定量分析为主、定性分析为辅的数值模拟方法,对频繁失效的某乙烯装置脱丁烷塔循环泵2648型机械密封摩擦副进行稳态传热分析与对比...     

柱塞自旋转装置的计算

在柱塞上端接一根外圆带有螺旋槽的自旋转装置，靠排出液流的螺旋上升流动产生分速度使柱塞在抽汲过程中产生随机自旋转运动，从而消除柱塞的偏磨现象，达到提高抽油泵寿命的目的。这就是旋转柱塞的工作原理。产生多大的旋转力才能克服柱塞与泵筒之间的最大内摩擦阻力而使柱塞旋转，根据已知条件推导出柱塞旋转力、螺旋槽宽度、深度和螺旋角之间的关系式，将计算结果与柱塞和泵筒之间的最大内摩擦阻力进行比较，从而找出合理的螺旋槽宽度、深度和螺旋角。     

斜井潜油电泵扶正设计与冲蚀模拟

潜油电泵机组用于斜井采油时,横向力分量使电泵机组变形将改变其与套管的配合间隙甚至产生接触摩擦。鉴于此,建立了潜油电泵机组有限元模型,获得井斜度对电泵机组径向位移的影响规律。对扶正后电机外壳与套管间流场进行流体仿真分析,得到电机外壳井液速度分布规律,计算了不同含砂体积分数井液对电机外壳的冲蚀率,并预测电机使用寿命。研究结果表明:无扶正状态下电泵外壳最大径向位移随倾斜角度增大呈线性增长;设置扶正器后,最大流速有所下降,但随电泵倾角的增加而增大;井液含砂体积分数对电机壳体表面冲蚀率和寿命的影响呈线性关系。所得结论可为斜井环境中不同井斜度、多种管径配套尺寸的扶正方案及冲蚀寿命评估提供参考。     

内衬管偏磨治理工艺的研究与应用

杆管偏磨问题一直是影响胜坨油田有杆泵井免修期的主要因素,采取的抗磨接箍、抗磨副、反馈泵等偏磨治理措施整体效果不佳,经济效益较差.为了有效解决油井偏磨问题,满足注聚区大排量螺杆泵提液、长寿命生产的要求,研究了内衬管偏磨治理配套工艺,具有摩擦因数低、耐磨性能好、不损伤抽油杆接箍、有效实现双向保护的优点,已在胜坨油田的73口偏磨严重井得到了推广应用,延长偏磨井生产周期2倍以上,且持续有效,取得了非常好的应用效果和效益.     

高强度橡胶保护套防磨减扭工具的研制

针对现有防磨减扭工具摩擦副性能较差,使用寿命短的问题,研制了一种以高强度橡胶与金属复合陶瓷涂层为滑动摩擦副的钻井用防磨减扭工具。高强度橡胶常温抗拉强度39 MPa,撕裂强度129 kN/mm,磨耗0.003 cm3/1.61 km,与外表面喷涂金属陶瓷的钢轴形成滑动摩擦副,在以膨润土基浆为循环介质环境下,测得摩擦因数仅为0.068,加入2%粒径为1 mm的石英砂后,测得的摩擦因数为0.2,远低于钢-钢摩擦因数0.35~0.5。加工样机28套并在水平位移3 000 m左右大位移井中进行了现场试验,结果表明,扭矩平均降低20%,性能明显优于同类产品;28套工具出井后,滑动摩擦副仅有轻微划痕和磨损,单套工具可使用1 000 h以上,具有较好的推广应用价值。