[發(fā)明專利]水力活塞泵換向閥

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210534633.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN102979716A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張金生
• 主分類號(hào): F04B53/12
• 分類號(hào): F04B53/12
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司 62102
• 代理人: 張晉

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種對(duì)應(yīng)用在油田進(jìn)行抽油作業(yè)的液壓元件的運(yùn)動(dòng)副間進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封的方法，以及采用這種方法進(jìn)行密封的液壓元件。確切講，本發(fā)明是對(duì)水力活塞泵的換向閥的運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封的，特別是應(yīng)用于油田進(jìn)行抽油作業(yè)的用水作動(dòng)力液的，在高壓條件下進(jìn)行換向運(yùn)動(dòng)的換向閥元件的運(yùn)動(dòng)副間進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封的方法，以及采用本發(fā)明的方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)部件間動(dòng)態(tài)密封的水力活塞泵換向閥。

背景技術(shù)

水力活塞泵系統(tǒng)是一種液壓傳動(dòng)的無桿抽汲設(shè)備，是一種用于從地下深孔中抽采石油的設(shè)備，它是由地面動(dòng)力泵將動(dòng)力液增壓后經(jīng)油管或?qū)Ｓ猛ǖ辣萌刖买?qū)動(dòng)油缸中的活塞和換向閥，實(shí)現(xiàn)液馬達(dá)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過井下柱塞泵進(jìn)行抽汲作業(yè)的泵，是一種專門的深抽設(shè)備。水力活塞泵系統(tǒng)由井下部分、地面部分和中間部分組成，其中中間部分指動(dòng)力液管管道以及被抽汲的液體和乏動(dòng)力液輸送管道；地面部分由動(dòng)力泵、控制閥及動(dòng)力液處理設(shè)備組成，用于供給和處理動(dòng)力液；井下部分水力活塞泵是水力活塞泵系統(tǒng)的主體，本發(fā)明涉及水力活塞泵關(guān)鍵元件換向閥。

水力活塞泵抽油是油田采油使用的主要方式之一，其工作方式嚴(yán)格意義上說屬于液壓應(yīng)用領(lǐng)域，其工作介質(zhì)的壓力高達(dá)幾十MPa。水力活塞泵的液壓源在地面，水力活塞泵的工作端則在幾千米的井下，水力活塞泵的結(jié)構(gòu)是用液力驅(qū)動(dòng)液壓往復(fù)馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)柱塞泵抽油，液壓往復(fù)馬達(dá)核心部件是換向閥，它用液力驅(qū)動(dòng)，控制液壓往復(fù)馬達(dá)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。換向閥控制高低壓液體有序流動(dòng)，換向閥在工作時(shí)既要頻繁靈活運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又要保持在高壓狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)面不能有泄漏。現(xiàn)有技術(shù)水力活塞泵的換向閥是采用剛性的間隙密封，即在運(yùn)動(dòng)副間保留適當(dāng)?shù)拈g隙，以保證其可以靈活運(yùn)動(dòng)，同時(shí)避免動(dòng)力介質(zhì)從運(yùn)動(dòng)間隙泄漏，高壓狀態(tài)下對(duì)換向閥運(yùn)動(dòng)副間隙有極嚴(yán)格的要求。由于通常的液壓系統(tǒng)用油作動(dòng)力介質(zhì)，液壓油的黏度大，潤滑性能好，可以滿足在高壓條件下能正常靈活運(yùn)動(dòng)同時(shí)運(yùn)動(dòng)面泄漏很小的使用要求。同時(shí)，由于油膜的潤滑保護(hù)作用使換向閥能長期頻繁運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生過度的磨損。例如按相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求水力活塞泵的配合間隙為0.005mm，這是一個(gè)加工精度要求極高的配合間隙?，F(xiàn)有技術(shù)中用油作為工作介質(zhì)為時(shí)能完全保障水力活塞泵換向閥的正常工作。但用水作動(dòng)力介質(zhì)時(shí)傳統(tǒng)的水力活塞泵換向閥不能滿足實(shí)用要求，因?yàn)樗酿ざ群苄?，流?dòng)性很好，在井下高溫條件下其表面張力急劇減小，流動(dòng)性加強(qiáng)，以致在高壓條件下滲漏嚴(yán)重。另外，采用水作為水力活塞泵工作介質(zhì)時(shí)，在頻繁的換向運(yùn)動(dòng)條件下，水的潤滑性能十分有限，造成換向閥配合面磨損嚴(yán)重，實(shí)際運(yùn)行時(shí)當(dāng)密封間隙因磨損增大到0.1毫米時(shí)換向閥就已不能正常工作。當(dāng)以水為工作介質(zhì)時(shí)換向閥的工作壽命很短，在運(yùn)行不長時(shí)間就無法滿足間隙配合的條件?，F(xiàn)有技術(shù)中使用了各種耐磨損的處理方法之后依然達(dá)不到實(shí)用要求。因此通常的水力活塞泵無法使用水作動(dòng)力液。實(shí)際應(yīng)用的水力活塞泵多采用井下抽上來的石油作動(dòng)力液，或者使用加添加劑的水基動(dòng)力液作水力活塞泵高壓動(dòng)力介質(zhì)，用這些動(dòng)力介質(zhì)大幅度提高了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。此外，水力活塞泵的關(guān)鍵部件換向閥在油井中小尺寸、高壓、潤滑條件不良及頻繁運(yùn)動(dòng)條件下故障率高、壽命短，在幾十MPa高壓下，要求換向閥不漏液必須在多個(gè)間隙配合面有極高的動(dòng)態(tài)配合間隙，對(duì)機(jī)械加工和耐磨損提出極高的要求，因此造成了設(shè)備價(jià)格高、運(yùn)行費(fèi)用高、壽命短的特點(diǎn)，大大限制了水力活塞泵的應(yīng)用。采油區(qū)域的水力活塞抽油泵由于特定的使用條件均希望用水作為動(dòng)力介質(zhì)，但這需要解決水力活塞泵用水作動(dòng)力液動(dòng)配合面密封的問題，既要解決高壓條件下水的動(dòng)密封，同時(shí)要在動(dòng)密封的前提下使動(dòng)密封有一定耐磨損能力。迄今為止在水力活塞泵采油設(shè)備上所采用的各種技術(shù)仍無法解決這些問題。

從原理上說水力活塞抽油泵是一種理想的油田抽油設(shè)備，具有效率高、抽汲深度深，省去抽油桿，適合于平井、斜井抽油等一系列優(yōu)點(diǎn)。但水力活塞泵設(shè)備存在價(jià)格高、運(yùn)行費(fèi)用高、設(shè)備正常運(yùn)行壽命短的不足，這些問題大大限制了水力活塞泵在油田抽油作業(yè)中的應(yīng)用。如進(jìn)入21世紀(jì)，我國大部分油田已處于開發(fā)后期，油田供液能力明顯不足，產(chǎn)出液中含水量不斷增加，以石油為動(dòng)力液的水力活塞泵的工況變劣，用水力活塞泵采油變的更為困難，最終水力活塞泵在國內(nèi)退出正常使用。