[发明专利]一种液压驱动的低冲次压裂泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压驱动的低冲次压裂泵，具体应用于油气井压裂作业。

背景技术

完井作业中，水平井多段压裂成为目前和今后主要的施工模式，2013年中国压裂施工作业总量在4万井层左右，大型和超深层施工作业量每年以15％的速度增长。我国油气区域大量集中在丘陵和山区，施工道路、井场面积和水源的供应受到较大限制，车载压裂装备成为必备条件，大功率装备成为优选条件。专利CN201310700277.0公布了一种大功率液压驱动压裂泵系统，该系统有效地减少了压裂车组的数量，能够利于车组在井场的布置同时能够节省车队运输成本。

压裂泵在高压下工作，工作压力往往能够达到100MPa，常规压裂泵采用曲轴活塞方式，活塞行程短，冲次高。因此常规压裂泵的受力部件尤其是阀箱，疲劳寿命低，需要经常更换阀箱。常规压裂泵阀箱平均工作寿命只有200小时左右，维修更换成本高。因此，长冲程液压驱动压裂泵在原理上具有巨大优势，也是未来大功率压裂车发展趋势。专利CN201410138264.3提出了一种大功率液压驱动压裂泵，能够极大的降低压裂泵的冲次，从而减轻压裂泵的疲劳损伤，提高压裂泵的使用时间。

液压缸驱动的长冲程液驱压裂泵能够实现单台泵车满足大功率泵送压裂液的要求，极大的减少井场车台数量，因此该方案对于大型压裂尤其是大型页岩气压裂具有广阔的使用前景。但是，压裂液在长冲程泵缸内滞留时间长、流动平稳，其中的固相颗粒极易沉降，在泵缸入口位置堆积。为了解决泵缸内压裂液中固相颗粒沉积问题，不得不将柱塞冲次控制在较高范围，这样不能进一步提高阀箱以及液压元件的疲劳寿命。针对以上问题，专利CN201410707469.9公布了一种长冲程压裂泵带脱接装置的扰流器，该专利靠插头和插座来连接柱塞和扰流弹簧，但是，在运行过程中，由于介质波动等影响，难以保证插头准确插入插座。并且，插头和插座结合采用过盈配合，反复脱接以后连接容易松动。

综上所述，研制能够解决压裂液固相颗粒沉积问题的低冲次压裂泵具有重要意义。

发明内容

本发明的目的：为了减轻长冲程压裂泵缸内固相颗粒沉积的问题，以及常规压裂泵阀箱疲劳寿命过低的问题，特提供一种液压驱动的低冲次压裂泵。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种液压驱动的低冲次压裂泵，包括阀箱、卡环、弹簧A、安装环、垫板、压盖、泵缸、磁铁A、磁铁B、弹簧B、安装板、柱塞、压环、端盖，其特征在于：

泵缸为圆筒形，泵缸靠近阀箱一侧设置内外台阶，泵缸与阀箱采用螺纹连接；更为优化的，泵缸与阀箱之间设置U形密封圈，泵缸端部与阀箱之间设置金属垫环，所述金属垫环材料为铜；

卡环为圆环形并设置开口，卡环夹在弹簧A端部并与弹簧A中心对齐；卡环外径大于弹簧A外径，卡环设置在泵缸端部的台阶内并通过泵缸将弹簧A端部压紧在阀箱上；安装板为圆盘形并设置径向开口，安装板夹在弹簧B端部并与弹簧B中心对齐；安装板通过双头螺柱及螺母将弹簧B端部压紧在柱塞端部；

弹簧A和弹簧B设置于泵缸内，弹簧A和弹簧B相邻一侧设置安装环，所述安装环为圆环形并设置开口，安装环夹在弹簧A和弹簧B端部并与弹簧中心对齐；

磁铁A为圆柱体并在端部设置凸台，压盖为圆盘形并在中心设置圆孔，磁铁A穿过压盖中心孔并安装到弹簧A端部，磁铁A与弹簧A之间设置垫板，所述垫板为圆形板，垫板的材料为铜，垫板外径大于弹簧A外径；压盖、垫板、安装环设置螺栓孔，用螺栓连接压盖和安装环；

磁铁B为圆柱体并在端部设置凸台，压盖为圆盘形并在中心设置圆孔，磁铁B穿过压盖中心孔并安装到弹簧B端部，磁铁B与弹簧B之间设置垫板，所述垫板为圆形板，垫板的材料为铜，垫板外径大于弹簧B外径；压盖、垫板、安装环设置螺栓孔，用螺栓连接压盖和安装环；

磁铁A和磁铁B相邻一侧的极性相反，相互吸引；

端盖为圆筒形，柱塞穿过端盖中心孔伸入泵缸内，端盖与泵缸之间采用螺纹连接，端盖和柱塞之间设置U形密封圈；泵缸靠近端盖位置设置内台阶，压环为圆环形，压环安装到所述内台阶上，压环顶紧U形密封圈，压环和泵缸之间设置O形密封圈，压环和端盖之间设置O形密封圈。

本发明具有的有益效果是：1、本发明所述泵缸能够在低冲次下工作，阀箱和相关承压部件疲劳寿命大大提高；2、本发明所述泵缸结构简单，可实施性强；3、磁铁在弹簧拉力作用下脱离以后，弹簧会在缸内伸缩振动，对压裂液产生剧烈的扰动，能够减轻泵缸内的固相颗粒沉积；4、采用磁铁吸附的方式连接弹簧和柱塞，两个磁铁在一定范围内能够自动吸附，本装置对安装精度要求低，运行更加可靠。