[发明专利]铸造钻井泵排出预压空气包

说明书

本发明涉及一种稳压稳流减振缓冲装置，特别适用于往复式钻井泵排出预压空气包。

排出预压空气包是石油钻井泵不可缺少的减振、缓冲、稳压、稳流的配套部件，主要由壳体、包盖、胶囊等构成。目前国内外大功率石油钻井泵(588-1180KW)主要采用65～80L的排出预压空气包，最常用的是70L空气包，由于钻井泵工作排出压力为20～30MPa，对排出预压空气包的容器质量和高压可靠性要求严格，均采用35#优质钢在大型压力机上锻造成型。采用锻造技术，工艺复杂，耗能高，并且空气包体积大，加工困难，制作成本高；空气包采用的胶囊由囊体、胶板、铁芯、压板等组合而成，密封性能差，使用寿命短；虽然75L空气包容积大，但对高频振动的消波性能并不理想，打钻时水龙带振动厉害，加重了工人的劳动强度，影响了钻井效率和质量。此外，由于空气包安装在高压管线上，过大的荷重也影响高压管线的使用寿命。

本发明目的在于克服上述已有技术的缺点，提供一种制造工艺简单，成本低，搬运及装拆方便，其使用性能可满足钻井工艺要求的新型铸造钻井泵排出预压空气包。

本发明根据新的理论计算，首次提出往复式三缸单作用泵采用的排出预压空气包有40L就可满足工作需要，为此，首次采用高强度、高韧性ZG35GrMoTiRE铸钢材质，铸造钻井泵40L排出预压空气包，可满足三缸单作用钻井泵稳定流量及排出压力的使用要求。

附图给出了本发明排出预压空气包的剖面结构示意图。该排出预压空气包主要由充气接头〔2〕、顶盖(4〕、外壳〔6〕、胶囊〔7〕、节流孔板〔8〕、密封圈〔12〕、钢圈〔13〕、法兰〔14〕等构成。

其工作原理是：首先通过充气接头向空气包内胶囊〔7〕充空气或氮气至4.5-5.0MPa的预压力，当钻井泵工作时，其排出压力超过空气包预压力时，空气包开时工作，当钻井泵的瞬时流量大于平均流量时，排出管内的阻力增加，泵内压力上升，空气包内的气体被压缩，从而在空气包内储存了一部分液体，这样就减少了在排出管路中的流量，即降低了管路中超出平均压力的部分压力，使管路中的压力降到接近平均压力。同样，当泵的瞬时流量小于平均流量时，管路内的阻力也相应减小，泵内压力小降，低于平均压力，这对空气包内气体膨胀，把储存的一部分液体排到管路中去，增加了管路中的流量，使钻井泵压力增加到接近平均压力。在排出预压空气包的作用下，管路中的流量和压力基本是均匀的。

本发明的空气包为椭球形结构，容积为40L，外壳〔6〕用ZG35GrMoTiRE铸钢经变质处理铸造成型。该铸钢的机械性能指标，经860℃退火：20℃时σ_b≥560MPa，σ_s≥300MPa，δ₅≥15％，ψ≥26％。具有高强度高韧性和较好的铸造工艺性。空气包内安装的胶囊〔7〕为全胶式整体结构，胶囊〔7〕的外表面曲线长度与外壳〔6〕内表面曲线长度相等，使充满预压气体的胶囊在工作期间不产生附加的伸缩变形，提高了胶囊的耐疲劳性能和使用寿命。在空气包的底部内端口上装有节流孔板〔8〕，用以支撑空气包胶囊和在液体排出或进入空气包时产生射流，以起到降低高频压力不均度，有效地满足石油钻井工艺的要求。

本发明的铸造钻井泵40L排出预压力空气包，与传统锻造工艺比，具有体积小，重量轻，加工工艺简单，运输装拆方便，节材显著，适用于各种型号的三缸单作用钻井泵，满足钻井工艺的要求，具有较大的推广价值和显著的经济效益和社会效益。