[发明专利]包括外部辅助阀的正排量泵

说明书

技术领域

所述实施方式涉及用于高压场合的正排量泵所用的阀组件。特别是，叙 述了采用机构和支撑件来延长泵阀的寿命，使操作过程中的泵损坏最小并提 高体积效率的正排量泵实施方式。

背景技术

正排量泵通常用在油田中与回收碳氢化合物工作有关的大型高压应用 场合。正排量泵可以包括由曲轴相对于腔室往复驱动的柱塞，以便在腔室上 形成高低压。这样使得它成为高压应用场合的良好选择。实际上，在产生的 流体压力超过每英寸数千磅(PSI)时，通常采用正排量泵。

正排量泵可以配置成相当巨大的尺寸并且用在各种大规模油田操作中， 诸如钻井、水泥加固、盘管铺设、射流切割、液压碎裂地下岩石。例如，液 压碎裂地下岩石通常发生在10000到15000PSI或更高的压力下，将包含固 形物的流体导入井孔中，从而从岩缝中释放石油和天然气，进行开采。这种 压力和大规模应用，正排量泵都能轻易满足。

如上所述，正排量泵包括相对于可加压腔室往复运动的柱塞，从而泵送 包含固形物的流体。更具体地说，当驱动柱塞离开腔室时，腔室内的压力减 小，允许腔室的排出阀关闭。因此，腔室与外界环境密封，同时柱塞保持与 腔室连通。因此，柱塞继续从腔室缩回，相对其中的吸入压力而言产生低压。 最终，该低压将达到足以打开泵吸入阀的水平，以便允许流体流入腔室。接 着，可以向着腔室驱动柱塞，再一次在腔室中形成高压。因此，吸入阀可以 关闭，排出阀可以再次打开，并且流体从腔室中排出，如上所述。

吸入阀和排出阀的促动主要依靠腔室内产生的压力条件。就是说，需要 打开或关闭每个阀的压力量是阀连同用来保持阀相对于腔室处于自然关闭 位置的弹簧的物理性质的函数。不幸的是，这样导致了缺乏对阀促动的直接 控制，使得阀操作效率固有地效率低下。例如，打开阀需要产生足够的压力 变化，从而克服阀的重量及其弹簧的弹性。对于吸入阀而言，需要特别引起 注意，因为在排出阀关闭之后，吸入阀并非立即打开，而是必须首先在腔室 内产生足够低的压力来克服吸入阀的重量及其弹簧的弹性(即，净正吸入压 头(NPSH))。吸入阀的这种延迟打开造成泵操作效率固有地低下。实际上， 对于用在油田的标准正排量泵而言，在吸入阀打开之前，腔室内可能需要介 于大约10PSI到大约30PSI之间的压力。

如上所述，单纯依靠内部腔室压力来促动阀，导致固有的效率低下并且 缺乏直接控制。但是，可能更担心的是，阀的这种促动方式通常让泵本身因 空穴效应和“水流冲击”而容易发生严重损坏。就是说，当柱塞从腔室离开 时，其中的压力下降，吸入阀打开的固有延迟可能导致空穴效应以及随后的 水流冲击，如下所述。

在吸入阀延迟打开并且腔室内产生低压的过程中，流体可能出现一定程 度的空穴效应。就是说，可能在流体内形成蒸汽泡，并且蒸汽泡可能在遇到 低压时(in the face of the lowered pressure)开始汽化。通过这种方式形成的蒸 汽可能在柱塞再一次向腔室前进时随后蒸汽迅速被压缩成液体。液体的这种 快速压缩伴随着大量的热量，并且还可能导致通过泵传递一定程度冲击，称 为水流冲击。总而言之，由于传统正排量泵的压力促动设计，可能自然发生 大量的泵损坏。

为了解决空穴效应以及水流冲击造成的泵损坏问题，通常采用的技术是 分析泵操作过程中产生的声学数据。但是，依靠对声学数据的检测来解决泵 损坏问题，无法充分避免因空穴效应和水流冲击而在第一位置造成的泵损 坏。此外，通常在油田将损坏的泵与成阵列的其他泵一起使用并非是不普遍 的。因此，损坏可以认为影响了相邻的泵，例如在这些泵上增加了应变或者 将有害的水流冲击影响传递到这些泵上。实际上，从中发现大量空穴效应和 /或水流冲击的从泵到泵到泵的级联泵失效并不鲜见。

发明内容

提供了一种正排量泵，具有用作可加压腔室的壳体。所述腔室可以局部 由用来控制流体进入腔室泵的阀所限定。该正排量泵还可以包括阀促动导引 件，该导引件至少局部定位在所述腔室外部并且耦接到所述阀，从而协助控 制流体进入所述腔室。

附图说明

图1是采用阀促动导引组件的正排量泵的实施方式的侧视图；

图2是图1所示泵的截面图，揭示了该组件的阀促动导引件的实施方式；

图3是图1所示泵的截面图，揭示了该组件的阀促动导引件的替代实施 方式；