石油鉆采設(shè)備工藝--往復(fù)泵構(gòu)造特點(diǎn)

1、石油鉆采設(shè)備工藝-往復(fù)泵構(gòu)造特點(diǎn)往復(fù)泵的主要型式是活塞泵和柱塞泵，活塞泵中以三缸單作用泵和雙缸雙作用泵為主。柱塞泵主要用于向井底注入高壓水，作為注水泵；從地面向井下水力活塞泵注入動(dòng)力液，作為地面站的動(dòng)力泵；在固井和壓裂酸化設(shè)備中用于向井底或地層注入高壓水泥液或壓裂、酸化液，作為固井泵或壓裂泵；等等。一、雙缸雙作用活塞泵雙缸雙作用活塞泵的結(jié)構(gòu)方案如下圖主軸上有兩個(gè)互成90o的曲柄，分別帶動(dòng)兩個(gè)活塞在液缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液缸兩端分別裝有吸入閥和排出閥。當(dāng)活塞向液力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，左邊的排出閥翻開，吸入閥關(guān)閉，活塞前端工作室前缸內(nèi)液體排出，而右邊的排出閥關(guān)閉，吸入閥翻開，活塞后端工作室后缸吸入液體；當(dāng)活塞向

2、動(dòng)力端運(yùn)動(dòng)時(shí)，那么情況正好與上述相反。圖b是雙缸雙作用往復(fù)泵的流量曲線。兩個(gè)液缸的前后缸的瞬時(shí)流量近似按正弦規(guī)律變化，前缸流量曲線為a2、b2 ，后缸流量曲線為a1、b1 。將其縱坐標(biāo)疊加，就可得到整臺(tái)泵的流量曲線。它反映了泵工作過(guò)程中吸入和排出的流量隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，曲線起伏越大，說(shuō)明泵的流量越不均勻。雙缸雙作用往復(fù)泵由動(dòng)力端驅(qū)動(dòng)局部和液力端水力局部組成。雙缸雙作用活塞泵的動(dòng)力端雙缸雙作用活塞泵的動(dòng)力端由傳動(dòng)軸、主軸曲軸、齒輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、殼體底座等組成，其作用是變主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力和減速。雙缸雙作用活塞泵傳動(dòng)軸的兩端外伸出殼體，可由左方或右方安裝皮帶輪，滿足

3、現(xiàn)場(chǎng)整套鉆機(jī)的安裝要求。動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力由皮帶傳送到傳動(dòng)軸皮帶輪上，通過(guò)傳動(dòng)軸上的主動(dòng)齒輪小斜齒輪驅(qū)動(dòng)主軸上的被動(dòng)齒輪大斜齒輪，帶動(dòng)主軸及固定其上的偏心輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)連桿等帶動(dòng)十字頭和活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作過(guò)程中，連桿相對(duì)偏心輪做擺動(dòng)。動(dòng)力端的十字頭用于介桿的導(dǎo)向，使介桿、活塞等不受曲柄切向力的影響，減少介桿和活塞的磨損。十字頭上、下部一般都有滑履，與機(jī)座上的導(dǎo)板相接觸，磨損后可單獨(dú)更換。雙缸雙作用活塞泵的液力端活塞泵的液體端又稱水力局部包括泵體閥箱、缸套活塞、活塞桿、密封盒、泵閥等，雙缸雙作用液力端每個(gè)液缸的兩端各有一個(gè)吸入和排出閥箱，吸入閥上部與液缸連通，下部與吸入管連通；排出閥上部與排出管連通

4、，下部與液缸連通。其作用是從吸入池吸入低壓液體，通過(guò)活塞的作用，變機(jī)械能為液壓能，向井底輸送高壓液體，實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)，冷卻鉆頭、沖洗井底和攜帶巖屑。二、三缸雙作用活塞泵 三缸雙作用鉆井泵各曲柄間的夾角為120o，該泵的優(yōu)點(diǎn)是流量比雙缸雙作用泵均勻，缺點(diǎn)是易損件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和拆裝困難，曲軸受力惡化，在石油礦場(chǎng)應(yīng)用較少 三、三缸單作用活塞泵三缸單作用活塞泵于60年代中期研制成功，并作為雙缸雙作用鉆井泵的替代產(chǎn)品迅速推廣使用。三缸單作用鉆井泵的代號(hào)三缸單作用活塞泵的特點(diǎn)三缸單作用活塞泵的組成三缸單作用活塞泵的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缸徑小，沖程短，沖次較高，在功率相近的條件下，體積小，重量輕。缸套在液缸外部

5、用夾持器卡箍等固定，活塞桿與介桿也用夾持器固定，因而拆裝方便；活塞桿無(wú)需密封，工作壽命長(zhǎng)?；钊麊蚊婀ぷ?，可以從后部噴進(jìn)冷卻液體，對(duì)缸套和活塞進(jìn)行沖洗和潤(rùn)滑，有利于提高缸套與活塞的壽命。泵的流量均勻，壓力波動(dòng)小。三缸單作用泵的主要問(wèn)題：由于泵的沖次提高導(dǎo)致其自吸能力降低，通常情況下應(yīng)該配備灌注系統(tǒng)，即由另一臺(tái)灌注泵向三缸單作用泵的吸入口供給一定壓力的液體，這樣便增加了附屬設(shè)備。由于單作用泵活塞的后端外露，且外露圓周比雙作用泵活塞桿密封大的多，在自吸的條件下，當(dāng)處于吸入過(guò)程時(shí)，液缸內(nèi)壓力降低，假設(shè)缸套和活塞配合之處松弛，外部空氣有可能進(jìn)入液缸，從而導(dǎo)致泵工作不平穩(wěn)，降低容積效率。組成三缸單作用活塞

6、泵仍然由動(dòng)力端和液力端組成。動(dòng)力端：三缸單作用活塞泵動(dòng)力端的主要局部由主動(dòng)軸傳動(dòng)軸、被動(dòng)軸主軸和曲軸、十字頭等組成。液力端：?jiǎn)巫饔帽玫拿總€(gè)缸套只有一個(gè)吸入閥和排出閥，故其液力端結(jié)構(gòu)比雙作用泵液力端簡(jiǎn)單。目前的三缸單作用泵的泵頭主要有L型、I型和T型三種型式。四、柱塞泵柱塞泵的用途及代號(hào)柱塞泵的工作原理壓裂泵固井水泥泵注水用柱塞泵柱塞泵的用途及代號(hào)用途：柱塞泵在石油礦場(chǎng)主要作為壓裂泵、固井水泥泵和注水泵。它們之間只有壓力和流量等性能參數(shù)的不同，結(jié)構(gòu)和工作原理并無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別。將壓裂液送入井內(nèi)，并借助高壓在油層中造成裂縫，或使原油層裂縫擴(kuò)大的柱塞泵，稱作壓裂泵。將水泥漿注入油井，使套管與井壁牢固連接

7、的柱塞泵，稱作水泥泵。向井內(nèi)輸送高壓水，進(jìn)入油層驅(qū)油和補(bǔ)充地層能量的柱塞泵，稱作注水泵。Z變型代號(hào)，用羅馬字母表示閥結(jié)構(gòu)，錐閥省略，球閥為Q,板閥為B額定排出壓力MPa，阿拉伯?dāng)?shù)字表示額定流量m3/h，阿拉伯?dāng)?shù)字表示結(jié)構(gòu)型式，立式“L，臥式不表示柱塞泵泵型代號(hào)，漢語(yǔ)拼音字母字頭柱塞數(shù)目，阿拉伯?dāng)?shù)字表示柱塞泵的工作原理柱塞泵與活塞泵的區(qū)別柱塞泵與活塞泵類似，其主要區(qū)別在于往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的密封形式上?；钊玫幕钊睆酵馔獗砼c鋼套內(nèi)外表緊密配合，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變鋼套內(nèi)部容積，實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。柱塞泵的柱塞采用如下圖的密封結(jié)構(gòu)。柱塞泵的工作原理柱塞運(yùn)動(dòng)不斷改變液缸內(nèi)的充液容積，實(shí)現(xiàn)液體的吸入和排出。

8、布置型式柱塞泵的布置型式有臥式、立式和V型等，缸數(shù)有三缸、五缸等。目前石油礦場(chǎng)上使用的多為臥式三缸柱塞泵，結(jié)構(gòu)相比照較簡(jiǎn)單。柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)柱塞密封在泵缸之外，便于拆裝、調(diào)節(jié)，還可以通過(guò)冷卻液沖洗磨擦外表降低溫度。柱塞泵通常由柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力；有的在泵外減速，動(dòng)力直接傳遞到曲軸上，有的在泵內(nèi)裝有減速機(jī)構(gòu)；曲軸通常采用偏心機(jī)構(gòu)，沖程較短而沖次較高；連桿大頭有的采用整體式滾動(dòng)軸承，如同鉆井泵那樣，但較多見的還是剖分式滑動(dòng)軸承，便于安裝。壓裂泵美國(guó)BJ公司122T型壓裂車上佩斯梅克BJ-Pacemaker型三缸柱塞泵美國(guó)Halliburton公司生產(chǎn)的用于固井、壓裂的HT400型三缸柱塞泵國(guó)產(chǎn)3

9、H-8/450型三柱塞泵蘭州通用機(jī)器廠生產(chǎn)的SNC-2F大型水泥車上配備的專用水泥泵該泵動(dòng)力端采用曲軸中心線下沉40mm的結(jié)構(gòu)，可以減小十字頭的比壓和連桿十字頭局部的體積。泵體由高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼與鑄鋼組焊而成。曲軸由高強(qiáng)度合金鋼鍛壓后，切削成三拐曲柄偏心盤結(jié)構(gòu)，連桿大頭采用雙金屬耐磨合金軸承，小頭采用特殊青銅制成的耐磨滑動(dòng)軸承。泵的液力端為直通型，采用三塊閥箱獨(dú)立結(jié)構(gòu)，排出流道采用合金鍛壓后切削而成的匯流塊，偏置于液力端的前端面。吸入閥有組合式和整體式兩種。柱塞采用空心結(jié)構(gòu)，由彈性桿與十字頭連接，沖程長(zhǎng)度180mm。柱塞采用V型橡膠自緊式密封。動(dòng)力端與液力端之間設(shè)有油池，柱塞沉浸在機(jī)油中，借以

10、冷卻和潤(rùn)滑柱塞。為了提高泵的效率，同時(shí)為了滿足注水壓力進(jìn)一步提高的需要，油田注水中，有些場(chǎng)合以柱塞泵代替離心泵，用于向井內(nèi)注入高壓液體，借以驅(qū)油，提高油田采油量。大港油田制造的3H-8/450型高壓三缸柱塞泵：其性能與結(jié)構(gòu)等，同美國(guó)生產(chǎn)的TA5及4JC-3型柱塞泵相近。國(guó)產(chǎn)3H-8/450型三柱塞泵，沖程長(zhǎng)度127mm，沖次370min-1;5級(jí)柱塞，5735mm，相應(yīng)工作壓力17.245.7MPa，流量21.68.1m/h；裝機(jī)功率110kw。HT-400型三缸柱塞泵沖程長(zhǎng)度為8，最高沖次為275min-1。泵的動(dòng)力端為蝸輪蝸桿傳動(dòng)一種是圓柱蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比8.6；另一種是球面蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)

11、比8.4。蝸輪副安裝有左右之分，面向液力端，蝸輪副在右手邊的為右向動(dòng)，在左手邊的為左向動(dòng)。蝸輪通過(guò)一套浮動(dòng)機(jī)構(gòu)外齒板、內(nèi)齒套等，用18個(gè)柱銷將動(dòng)力傳遞到曲軸上，故當(dāng)載荷不均勻時(shí)，可以產(chǎn)生彈性變形，起浮動(dòng)作用，從而降低偏載系數(shù)，保證蝸輪副準(zhǔn)確嚙合。曲軸用鍛鋼制造，由四個(gè)滾子軸承支撐；連桿采用鍛造鋁合金制作，大頭為剖分式，鑲有剖分青銅軸瓦，小頭壓入青銅襯套，磨損后都可更換；十字頭為鑄鋼加工件，上下外表裝有可拆卸的錫青銅滑履，上下導(dǎo)板為鑄鋼件，十字頭在導(dǎo)板中運(yùn)動(dòng)的徑向間隙為0.1520.203 mm ，由十字頭滑板下的調(diào)節(jié)墊調(diào)整。HT-400型泵的液力端有五種尺寸規(guī)格，分別適用于五種柱塞直徑，由三個(gè)

12、完全相同的單個(gè)泵頭用螺栓組合于機(jī)架之上。柱塞為空心柱塞，通過(guò)彈性桿穿過(guò)其內(nèi)孔與十字頭相連。泵閥為雙向?qū)чy鍛鋼件。該泵動(dòng)力端機(jī)座箱殼由合金鋼板焊接而成，內(nèi)有一級(jí)齒輪減速。動(dòng)力可由傳動(dòng)軸的兩側(cè)輸入，使泵的曲軸可以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)軸由兩個(gè)實(shí)心軸和一段鋼管組焊而成，重量輕，強(qiáng)度高，通過(guò)花鍵與小螺旋齒輪連接，兩端采用青銅襯巴式合金滑動(dòng)軸承；大螺旋齒輪用鍵固定在曲軸上，齒輪上還配以平衡重，使不平衡質(zhì)量的振動(dòng)狀態(tài)趨于最小。連桿是整體鑄造的，十字頭由輕質(zhì)高合金鋼制成整體圓筒形。十字頭及其導(dǎo)板和全部軸承靠壓力油潤(rùn)滑。該泵液力端的液流通道采用T形結(jié)構(gòu)。排出閥采用翼型導(dǎo)向；吸入閥采用柱型導(dǎo)向；相當(dāng)于去掉吸入

13、閥室局部，使液力端的重量減少2030。泵頭由整塊高合金鋼坯加工而成，內(nèi)部有較厚的硬化層；柱塞有3.5、4、和4.5三種規(guī)格。通過(guò)密封盒中的支撐環(huán)向密封盒中灌注潤(rùn)滑油，對(duì)密封件起潤(rùn)滑作用；同時(shí)設(shè)置柱塞沖洗系統(tǒng)，用細(xì)的水流沖刷外露柱塞外表的細(xì)磨粒、泥漿或其它腐蝕性物質(zhì)?；钊麠U及活塞總成缸套及缸套座泵殼機(jī)座總成排出液缸排出管吸入液缸及吸入閥總成總成吸入管及底座T型布置泵頭，由排出缸、吸入缸及T型流道三大塊組成；主要特點(diǎn)時(shí)吸入閥水平布置，排出閥垂直布置；綜合了L型和I型泵頭的優(yōu)點(diǎn)，既可分塊制造，便于吸入閥的拆裝和檢修，又取消了吸入室，使泵頭結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部余隙容積較小，重量較輕。缺乏之處是，更換吸入閥時(shí)

14、需卸下吸入液缸及彎管，泥漿漏失較多。 吸入管匯吸入閥活塞桿活塞排出閥排出管匯I型泵頭：這種直通形泵頭的液力端結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，缸內(nèi)余隙流道長(zhǎng)度短，有利于自吸；但更換吸入閥座時(shí)，必須先撤除上方的排出閥，采用帶筋閥座時(shí)，還要先取出排出閥座，檢修比較困難。吸入管匯吸入閥活塞活塞桿排出閥排出管匯L型泵頭可將吸入泵頭和排出泵頭分塊制造，組成復(fù)合式泵頭；其吸入閥可單獨(dú)拆卸，檢修和維護(hù)方便，泥漿漏失也較少；但結(jié)構(gòu)不緊湊，泵內(nèi)余隙流道長(zhǎng)，泵頭重量大，自吸能力差。 十字頭總成：十字頭是傳遞活塞力的重要部件，同時(shí)，又對(duì)活塞在缸套內(nèi)作往復(fù)平直運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，使介桿、活塞等不受曲柄切向力的影響，減少介桿和活塞的磨損

15、。曲軸通過(guò)連桿和十字頭銷帶動(dòng)十字頭體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，十字頭體又通過(guò)介桿帶動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。連桿小頭與十字頭銷之間裝有圓柱滾子或滾針軸承。十字頭體上有的裝有鑄鐵滑履，在導(dǎo)板上往復(fù)滑動(dòng)。導(dǎo)板通常是鑄鐵件，固定在機(jī)殼上，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)板下部墊片使十字頭體與導(dǎo)板之間保持一定間隙。當(dāng)泵反轉(zhuǎn)時(shí)，如間隙過(guò)大，那么十字頭落到導(dǎo)板上將會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力。 曲軸總成：曲軸被動(dòng)軸是鉆井泵中最重要的零件之一，結(jié)構(gòu)和受力都十分復(fù)雜。其上裝有大人字齒輪和三根連桿大頭。大齒輪圈用鉸制孔螺栓與曲軸上的輪轂緊固為一體。三個(gè)連桿軸承的內(nèi)圈熱套在曲軸上，連桿大頭熱套在軸承外圈上。國(guó)產(chǎn)三缸單作用泵的曲軸大體上有兩種結(jié)構(gòu)型式： 一種是碳鋼和合

16、金鋼鑄造的整體式空心曲軸結(jié)構(gòu)；另一種是鍛造直軸加偏心輪結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是改鑄件為鍛件，化整體件為組裝件，便于保證毛坯的質(zhì)量，加工和修理比較方便。國(guó)外三缸泵中有的采用鍛焊結(jié)構(gòu)曲軸，即將曲軸和齒輪輪轂都焊接在直軸上，再加工為整體式曲軸。三缸單作用泵整體式曲軸總成1齒輪軸；2鍵；6、7左、右軸承座；8軸套3驅(qū)動(dòng)灌注泵的三角皮帶輪4驅(qū)動(dòng)噴淋泵的三角皮帶輪5軸承9大皮帶輪鉆井泵傳動(dòng)軸總成：軸的兩端對(duì)稱外伸，可在任一端安裝大皮帶輪或鏈輪。軸兩端的支承采用雙列向心球面球軸承或單列向心短圓柱滾子軸承，可以保證有一定的軸向浮動(dòng)。傳動(dòng)軸與小齒輪可以為整體式齒輪軸結(jié)構(gòu)形式，也可以采用齒圈熱套到軸上的組合形式。整體式齒軸結(jié)構(gòu)形式：具有較大的剛性，多見于國(guó)外泵；齒圈熱套到軸上的組合形式：齒圈與軸可選用不同的材料和熱處理工藝，容易保證齒面硬度、軸的強(qiáng)度和韌性要求，必要時(shí)還可以更換齒圈。鉆井泵齒輪大多采用高度變位的漸開線人字短齒，目的是保證具有較高的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。機(jī)座主動(dòng)軸總成被動(dòng)軸總成缸套活塞總成泵體吸入管匯系統(tǒng)排出空氣包起重架夾持器回組成 特點(diǎn) 十字頭回十字頭1內(nèi)隔環(huán)；2油嘴；3十字頭銷；4銷壓板；5螺栓；6墊圈；7銷壓板墊片組；8、12擋圈；10十