[實用新型]一種高壓柱塞泵液力端閥箱

有效

• 申請號: 202020395890.1
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN212337606U
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 鄭子瓊;陳濤;王賀
• 申請（專利權）人: 上海清河機械有限公司
• 主分類號: F04B53/10
• 分類號: F04B53/10;F04B53/00;E21B43/26
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本實用新型公開了一種高壓柱塞泵液力端閥箱，該閥箱具有內腔相連通的壓裂液吸入孔、壓裂液排出孔、柱塞孔和端蓋密封孔，壓裂液吸入孔軸線與壓裂液排出孔軸線重合或平行，與之垂直分布的柱塞孔軸線和端蓋密封孔軸線重合或平行，在閥箱內腔開設有延壓裂液吸入孔軸線或壓裂液排出孔軸線方向的規則空間。通過上述技術方案，在液力端閥箱內部引入一規則空間，改變相貫線的形狀與走向，相貫線被拉長，達到有效減小關鍵位置應力集中的作用，通過有限元分析結果對比得知優化后的結構可大幅度的減小關鍵位置的應力集中程度，因而可以顯著延長閥箱的工作壽命。

技術領域

本實用新型涉及油田生產設備技術領域，更具體的說是涉及一種高壓柱塞泵液力端閥箱。

背景技術

壓裂技術是利用液體壓力作用使含油氣地層形成裂縫的一種方法，是一種油氣田常規增產技術，應用廣泛。其中壓裂施工中最主要的設備是高壓柱塞泵，高壓柱塞泵又分成動力端和液力端兩部分，動力端將柴油機或者電機能量轉成動能通過柱塞傳送到液力端，液力端主要部件為閥箱，柱塞和各種閥體閥座以及密封配件，其作用是通過柱塞在液力端內的運動吸入常壓下的液體和砂粒，再通過對液體壓縮將液體增壓到所需的壓力后排出閥箱注入油氣井內。如圖1所示，為典型的高壓柱塞泵五缸液力端閥箱，包括壓裂液吸入孔1、壓裂液排出孔2、柱塞孔3和端蓋密封孔4。液力端的技術性能直接關系到現場的施工效果以及作業安全，所以高壓柱塞泵特別是液力端必須具有耐高壓、耐疲勞、耐腐蝕、抗磨損性強、使用壽命長等特點。

但是，非常規油氣開發的主要途徑是水平井加分段壓裂。隨著非常規發展，油氣開采中高壓井、深井的數量逐漸增多，高壓柱塞泵液力端承受的壓力也隨之提高，苛刻的高壓條件導致閥箱的工作壽命受到極大影響，經常會出現閥箱失效，嚴重影響到壓裂工藝效率以及一系列相關成本。

液力端閥箱受到的是高頻率，高幅度的周期性壓力，通常的破壞屬于高應力下的應力腐蝕疲勞破壞。一般情況下液力端閥箱失效的位置集中在閥箱腔體內應力集中比較高的位置，在這些位置上小型表面裂縫率先產生，在高頻率的高幅度疲勞應力作用下逐漸擴展，直至整體閥箱開始失效甚至刺漏。如圖2-4所示，閥箱相貫線應力集中顯著的四個位置分別是第一現有應力集中點13、第二現有應力集中點14、第三現有應力集中點23和第四現有應力集中點24。

為了提高液力端的使用壽命，對整體閥箱的設計與制造常采用改變液力端材料、內腔表面硬化，以及自增強處理等措施，對應力集中部位通過結構優化、生產工藝優化等手段減小應力集中。這些手段包括為了降低關鍵區域的應力集中采取的常規相貫線倒角加工，即完成壓裂液吸入孔、壓裂液排出孔、柱塞孔、端蓋密封孔的加工后自然形成相貫線，最后依靠人工打磨或者專用設備完成相貫線的打磨，尤其是第一現有應力集中點13、第二現有應力集中點14、第三現有應力集中點23和第四現有應力集中點24通過銳角改造為圓弧過渡的倒角來減小應力集中，但是如圖5所示，為閥箱在加工時自然生成的相貫線與打磨后相貫線的對比圖，其中5為自然生成的相貫線，6為加工完成的相貫線，可以看出目前普遍使用的經過人工打磨或專用設備處理后的相貫線形狀、走向沒有發生變化，只是將相貫線銳角鈍角化，以達到減小相貫線位置應力集中的目的，即通過有限元仿真可知當倒角半徑增大到一定的程度后第一現有應力集中點13、第二現有應力集中點14、第三現有應力集中點 23和第四現有應力集中點24的集中應力將不會再有明顯的變化。

因此，提供一種相貫線應力集中水平顯著下降的高壓柱塞泵液力端閥箱是本領域技術人員亟需解決的問題。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種高壓柱塞泵液力端閥箱，改變相貫線的形狀和走向，達到有效減小關鍵位置應力集中的作用。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：