[發明專利]一種超高壓泵頭體自增強的自緊密封與應力測試裝置

有效

• 申請號: 201410019724.0
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103711688A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李寧;周思柱;胡順
• 申請（專利權）人: 長江大學;中石化石油工程機械有限公司第四機械廠
• 主分類號: F04B53/00
• 分類號: F04B53/00;F04B51/00
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務所 42216
• 代理人: 陳德斌

技術領域

本發明涉及一種超高壓泵頭體自增強的自緊密封與應力測試裝置，屬超高壓容器的泵頭體自增強技術領域。

背景技術

在石油與天然氣開采中，油氣井與油氣層之間的孔隙不發達或者被堵塞，會嚴重影響油氣井的產量。因此，有必要人為地改善油氣層的物理結構，擴大、延伸、疏通地層孔隙，降低油氣流動阻力，提高地層滲透能力。實踐證明，壓裂工藝是實現此目的的最有效的措施之一。實施壓裂作業的最主要設備是壓裂泵，而壓裂泵的泵頭體是價格昂貴的易損件。泵頭體的內腔結構復雜，工作時承受100MPa以上超高壓脈動循環的壓裂液作用，在交變應力與腐蝕介質的作用下，其內腔的相貫線附近應力集中現象明顯，容易萌生疲勞裂紋并迅速擴展。

自增強處理是提高泵頭體疲勞強度的一種有效措施，其實質是對服役前的泵頭體施加比工作壓力高得多的內壓（400～500MPa），使內層材料在超高壓液體的作用下發生塑性變形，而外層材料仍處于彈性變形階段，在內部高壓卸除后，外層材料壓縮內層材料，使內腔表面產生殘余壓應力。殘余壓應力的存在可以部分抵消泵頭體內腔中的介質壓力影響，因此，泵頭體整體應力分布更加均勻，特別是能改善泵頭體中相貫線處的應力集中狀況，從而使得構件的疲勞強度得以大幅度提高。

采用液壓油加壓是目前最適合泵頭體自增強的加壓方式，即把泵頭體內部十字交叉孔的四個方向堵塞密封后，向其內部注入高壓液體。一方面，由于泵頭體實施自增強的工藝步驟處于內腔已基本成型之后，使得密封方式、承壓區域和變形區域受限，很難做到既方便、安全、可靠地實現密封和加壓，又能使泵頭體受到的變形影響最小；另一方面，在泵頭體自增強加壓過程中，腔體內表面相貫線區域的應力變化和殘余應力值是重要數據，準確測量超高壓腔體內表面的應力值并傳輸到泵頭體外，難度很大。以上兩方面的技術難題限制了自增強技術在泵頭體上的應用。

發明內容

本發明的目的在于，針對超高壓泵頭體自增強技術的密封和測試難題，提供一種整個裝置的各密封面都采用錐面硬密封，當泵頭體內腔中的液壓力越高時密封面上的壓力越大，能夠確保超高壓下的密封可靠性。且具有安裝方便、初始預緊力可控、接線方便快捷等特點的超高壓泵頭體自增強的自緊密封與應力測試裝置。

本發明是通過如下的技術方案來實現上述目的的：

該超高壓泵頭體自增強的自緊密封與應力測試裝置由超高壓泵頭體、水平密封錐桿、信號引出密封錐、水平密封調整桿、O型密封圈、信號引出桿、有機玻璃密封錐環、快插拔接頭、高強度漆包線、應變片和接線過渡板構成，其特征在于：

超高壓泵頭體內制作有水平和垂直相交的十字形通孔，水平通孔的左端為柱塞腔，右端為堵頭腔，左端柱塞腔內安裝有水平密封錐桿，右端堵頭腔內安裝有水平密封調整桿，水平密封錐桿和水平密封調整桿通過螺紋連接，水平密封調整桿的右端由里向外依次裝有密封平墊片、外錐面密封環、內錐面密封環、環孔軸向擋圈組合和外錐面螺母，環孔軸向擋圈組合由兩片環孔軸向C形擋片和兩片環孔軸向D形擋片組成，水平密封調整桿的右端通過外錐面密封環和內錐面密封環徑向支撐在超高壓泵頭體上；

垂直通孔的上端為排出腔，下端為吸入腔，排出腔和吸入腔內分別裝有信號引出密封錐，信號引出密封錐通過預緊帶孔盤和預緊拉力螺栓固定在超高壓泵頭體上；信號引出密封錐上通過六角薄螺母和尼龍墊片固裝有信號引出桿，信號引出桿上套裝有O型密封圈和有機玻璃密封錐環，信號引出桿的頂部和底部插接有快插拔接頭，底部的快插拔接頭上安裝有高強度漆包線；高強度漆包線的另一端連接有應變片和接線過渡板，應變片和接線過渡板粘貼在超高壓泵頭體內腔的十字形通孔的相貫線處，其上覆蓋有松香與凡士林混合劑的防護層。

本發明與現有技術相比的有益效果在于：

1、本發明由于各密封面都為錐面硬密封，泵頭體內腔中的液壓力越高密封面上的壓力越大，能夠確保超高壓下的密封可靠性。且各密封面在低壓或無壓狀態時的密封性，可在組裝時由螺紋預緊力的大小來控制。

2、通過錐面密封可以將液壓力分解成軸向和徑向兩個分力，減小泵頭體密封面附近的局部應力，可有效保護泵頭體的材料和內徑圓柱度。

3、采用環孔軸向擋圈組合與外錐面螺母配合使用，實現了軸向定位，擋圈可加厚、加寬，使其具有足夠的強度；而且環孔軸向擋圈組合安裝所需要的環形空間小，安裝方便。

4、通過采用有機玻璃密封錐環、O型密封圈和導線引出桿組合使用，解決了從超高壓密封容器中引出導線，實時測試器壁應力的難題，對泵頭體自增強實施過程的閉環控制提供了直接數據。

附圖說明