磨粒浓度对压裂泵柱塞密封副摩擦特性影响研究

1

作者 胡刚 罗鸿辉 +3 位作者 王国荣 马建波 左润东 甘豪 《摩擦学学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第12期1639-1649,共11页

当压裂泵发生压裂液泄漏,硬质石英砂颗粒进入柱塞摩擦副,影响其摩擦学性能.为研究颗粒浓度对柱塞橡胶摩擦学特性的影响,采用氢化丁腈橡胶与40CrNiMoA合金钢作为研究对象,制备含有固体颗粒的压裂液,通过模拟柱塞工作环境和运动形式,改变... 当压裂泵发生压裂液泄漏,硬质石英砂颗粒进入柱塞摩擦副,影响其摩擦学性能.为研究颗粒浓度对柱塞橡胶摩擦学特性的影响,采用氢化丁腈橡胶与40CrNiMoA合金钢作为研究对象,制备含有固体颗粒的压裂液,通过模拟柱塞工作环境和运动形式,改变颗粒浓度,采用销-块试样进行往复摩擦试验.摩擦试验后,将橡胶件洗净晾干,使用三维白光干涉形貌仪和扫描电子显微镜分析材料的磨痕表面形貌和化学成分.试验结果表明,随着颗粒浓度增大,氢化丁腈橡胶表面磨损越严重,不同浓度下的橡胶表面形貌存在很大的不同.含有颗粒的压裂液会提高摩擦副的摩擦系数,并随着颗粒浓度增加,摩擦系数呈增长趋势,增长率先增大后减小;纯润滑介质时,橡胶表面磨损形貌为微凹坑,磨损机制为疲劳磨损;随着颗粒的介入,橡胶表面磨损形貌为沟槽和凹坑,磨损机制变为磨粒磨损;往复摩擦瞬时速度不恒定,导致润滑状态不稳定且颗粒汇聚堆积;颗粒浓度增大时,颗粒汇聚堆积增多,橡胶表面磨损加剧,弹性变形增加会导致更多的能量损耗. 展开更多

关键词 氢化丁腈橡胶 硬质颗粒 磨粒磨损 能量耗散 柱塞密封副

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水压泵柱塞密封性能实验装置的设计 被引量：1

2

作者 罗龙君 贺小峰 +2 位作者 刘珣 张洽璇 黄贺文 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期229-235,共7页

为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题,研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统,并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后,通过仿真对比确定了合理... 为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题,研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统,并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后,通过仿真对比确定了合理的加载方式。该实验装置的加载实验和稳定性实验表明,实验装置运行稳定可靠,且容积效率在合理范围内。 展开更多

关键词 柱塞密封 水压柱塞泵 加载系统 实验装置

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万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进 被引量：10

3

作者 黄志强 卜艳 +2 位作者 李琴 周已 范永涛 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期70-72,共3页

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明... 钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明,高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为:扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。 展开更多

关键词 深井 超深井 高压泥浆泵 柱塞密封 失效分析 改进措施

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压裂泵柱塞密封副优化技术的发展与展望 被引量：9

4

作者 王国荣 廖代胜 +3 位作者 何霞 钟林 李梦媛 魏刚 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期73-80,共8页

为了打破压裂泵柱塞密封副优化技术的瓶颈、进一步提升压裂设备的工作性能、实现油气增产,从压裂泵柱塞密封系统的实际工况和密封机理出发,概述了压裂泵柱塞密封副失效的研究现状,梳理和总结了现有的压裂泵柱塞密封副优化技术;在此基础... 为了打破压裂泵柱塞密封副优化技术的瓶颈、进一步提升压裂设备的工作性能、实现油气增产,从压裂泵柱塞密封系统的实际工况和密封机理出发,概述了压裂泵柱塞密封副失效的研究现状,梳理和总结了现有的压裂泵柱塞密封副优化技术;在此基础上,结合摩擦学和材料学等相关领域的最新研究成果,对我国压裂泵柱塞密封副优化技术未来的发展提出了建议和展望。研究结果表明:①表面织构技术已被证实能显著降低柱塞密封副的摩擦磨损,应积极设计和开展压裂泵实际工况下的全尺寸织构化柱塞密封系统试验,以推动表面织构化柱塞的应用进程;②针对橡胶密封件的性能短板以及压裂泵柱塞密封系统的工作要求,亟需采用材料改性技术来进一步增强密封橡胶的综合性能;③表面织构技术、表面涂层技术、材料改性技术在减摩抗磨等方面的协同效应决定了将其复合成压裂泵柱塞密封副优化新技术的可行性和必要性,未来应着手解决复合技术在压裂泵工况下的实际应用问题。结论认为,我国油气资源的勘探开发现状对压裂设备的工作性能提出了更高的要求,压裂泵柱塞密封副的优化必须结合自身实际,对多学科领域的相关理论和方法进行借鉴、消化、吸收与再创新,进而形成一套符合我国实际的压裂泵柱塞密封副优化技术。 展开更多

关键词 压裂泵 柱塞密封副 往复密封 失效 表面织构 材料改性 优化技术 发展 展望

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柱塞密封结构的漏率预估 被引量：5

5

作者 王勇 闫荣鑫 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期60-63,共4页

柱塞密封结构是飞船管路系统常用的一种密封结构形式,故研究柱塞密封结构的密封性能具有重要的工程意义。文中,通过对柱塞密封结构密封机理的分析,给出了一个计算其漏率的理论公式,并与试验数据进行了对比。研究结果表明:该公式能较好... 柱塞密封结构是飞船管路系统常用的一种密封结构形式,故研究柱塞密封结构的密封性能具有重要的工程意义。文中,通过对柱塞密封结构密封机理的分析,给出了一个计算其漏率的理论公式,并与试验数据进行了对比。研究结果表明:该公式能较好地预估柱塞密封结构的漏率值。本文所得的结论可以为柱塞密封结构的设计提供理论参考依据。 展开更多

关键词 柱塞密封结构 密封 分子流 漏率预估

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复合织构化压裂泵柱塞密封副动压润滑性能仿真研究 被引量：13

6

作者 王国荣 廖文玲 赵明建 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期20-30,共11页

为改善压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损性能,在压裂泵柱塞密封副表面建立不同的复合表面织构(不同复合织构类型、不同分布方式、不同截面形状等),并在结合柱塞密封副几何结构特征、压力边界条件及雷诺方程的基础上,建立织构化柱塞密封副动... 为改善压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损性能,在压裂泵柱塞密封副表面建立不同的复合表面织构(不同复合织构类型、不同分布方式、不同截面形状等),并在结合柱塞密封副几何结构特征、压力边界条件及雷诺方程的基础上,建立织构化柱塞密封副动压润滑理论模型,采用有限差分对雷诺方程进行求解,仿真分析复合织构对柱塞密封副动压润滑性能的影响规律。数值仿真研究结果表明:复合织构对动压润滑性能的影响与外织构深度有密切关系;内织构为凹坑或凸起,以及内织构为不同截面形状的复合织构,主要是通过影响织构平均深度与摩擦副间隙的大小关系,而对复合织构的动压润滑性能造成不同的影响规律;内织构分布于外织构右侧(润滑介质入口一侧)对复合织构动压润滑性能的提升最大。 展开更多

关键词 压裂泵柱塞密封副 复合织构 动压润滑性能

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压裂泵柱塞密封副有限元分析 被引量：1

7

作者 朱维兵 周锡容 彭晓东 《西南石油学院学报》 CSCD 1999年第4期86-88,共3页

用有限单元法对ＯＰＩ－ １８００ＡＷＳ型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析，获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明：橡胶密封圈在工作介质压力的作用下，有“偏离效应”的存在... 用有限单元法对ＯＰＩ－ １８００ＡＷＳ型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析，获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明：橡胶密封圈在工作介质压力的作用下，有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上，唇部受拉伸，根部受压缩，主密封在靠近唇部位置；同时，主密封带的位置不随介质压力的变化而变化，且最大接触应力与工作介质压力之比为１ ．２３ 。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据，同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据。 展开更多

关键词 压裂泵 柱塞密封 有限元法 油层压裂 密封圈

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正弦微沟槽织构对柱塞密封副摩擦学性能的影响 被引量：11

8

作者 杜文鑫 何霞 +2 位作者 陈文斌 王国荣 钟林 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期225-232,共8页

目的研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损。方法基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不... 目的研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损。方法基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不同柱塞密封压力、运动速度对正弦织构减磨性能的影响。结果不同密封压力下,从40 MPa增至140 MPa时,织构化柱塞表面的油膜承载力及其增长率都不断增大,摩擦系数增大,增长率减小,且柱塞运动速度越高,油膜承载力及摩擦系数越大。不同柱塞运动速度下,油膜承载力和柱塞速度成线性增长关系,摩擦系数不断增大,增长率则呈现减小趋势。针对常用的压裂泵工况,柱塞运动速度和密封压力为错峰配合。根据仿真结果可以看出,在柱塞运动速度-密封压力为150冲次/min-80 MPa工况下,油膜承载力最大,摩擦系数最小,而300冲次/min-40 MPa工况下的油膜承载力最小,摩擦系数系数最大。结论正弦沟槽织构能够有效改善柱塞密封副的动压润滑性能,在文中的正弦沟槽织构参数下,随着柱塞密封压力、运动速度的上升,油膜承载力和摩擦系数均呈现增长趋势。 展开更多

关键词 压裂泵 柱塞密封副 正弦沟槽 表面织构 润滑减磨

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织构尺寸对柱塞密封副摩擦学性能的影响 被引量：3

9

作者 廖文玲 陈廷兵 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期72-77,共6页

借助ABAQUS软件开展不同压力和尺寸织构对柱塞密封副丁腈橡胶弹性变形影响的仿真模拟,以及裂泵模拟工况下柱塞密封副单元的摩擦学试验。结合仿真模拟和单元摩擦学试验结果分析表面织构对压裂泵柱塞密封副摩擦学性能的影响机理,并探索织... 借助ABAQUS软件开展不同压力和尺寸织构对柱塞密封副丁腈橡胶弹性变形影响的仿真模拟,以及裂泵模拟工况下柱塞密封副单元的摩擦学试验。结合仿真模拟和单元摩擦学试验结果分析表面织构对压裂泵柱塞密封副摩擦学性能的影响机理,并探索织构尺寸的影响。结果表明:在相同条件下,工作压力和织构直径越大,丁腈橡胶的弹性变形越大;压裂泵工况下织构直径小于300μm对摩擦学性能更有利。 展开更多

关键词 压裂泵柱塞密封副 弹性变形 表面织构 摩擦学性能

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一段甲胺泵的柱塞密封

10

作者 王绪芳 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 1989年第6期49-51,共3页

国内尿素工艺生产中,一段甲胺泵的运行周期不长。其主要原因有:泵体开裂(3W—J_1泵除外);柱塞密封寿命短;运行维护不当等。本文就一段甲胺泵的柱塞密封问题进行阐述。由于一段甲胺泵(以下简称甲胺泵)的操作压力很高,甲胺液的腐蚀性极强... 国内尿素工艺生产中,一段甲胺泵的运行周期不长。其主要原因有:泵体开裂(3W—J_1泵除外);柱塞密封寿命短;运行维护不当等。本文就一段甲胺泵的柱塞密封问题进行阐述。由于一段甲胺泵(以下简称甲胺泵)的操作压力很高,甲胺液的腐蚀性极强,因此甲胺泵的柱塞密封经常失效,使甲胺液大量泄漏失散,同时也使得泵的运转周期短,检修频繁, 展开更多

关键词 尿素 甲胺泵 柱塞密封

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考虑表面粗糙度与空化效应的组合密封润滑分析 被引量：1

11

作者 张毅 熊子杰 +2 位作者 李大建 熊思阳 钟思鹏 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期388-394,425,共8页

为了研究表面粗糙度及空化效应对压裂泵柱塞密封副密封性能的影响,基于稳态Reynolds方程,建立了粗糙峰和空化效应影响下组合密封的弹流润滑数值模型.在数值模拟基础上,采用有限体积法求解稳态Reynolds方程,研究了密封副在表面粗糙度影... 为了研究表面粗糙度及空化效应对压裂泵柱塞密封副密封性能的影响,基于稳态Reynolds方程,建立了粗糙峰和空化效应影响下组合密封的弹流润滑数值模型.在数值模拟基础上,采用有限体积法求解稳态Reynolds方程,研究了密封副在表面粗糙度影响下的油膜厚度、油膜压力、油膜流速分布规律,以及不同的往复速度和滑环表面粗糙度对密封性能的影响.结果表明,外行程流体动压效应微弱,油膜在空气侧附近会出现空化现象;较高的往复速度有利于减小泄漏量及摩擦阻力;滑环表面粗糙度从0.8μm增加到1.8μm时,净泄漏量与外行程摩擦力分别升高了180.4%和11.17%.因此,在工作过程中应设置较高的往复速度和使用较低粗糙度的滑环以提高密封性能. 展开更多

关键词 压裂泵柱塞密封副 表面粗糙度 混合润滑模型 密封性能

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软密封柱塞增效抽油泵的研制与应用 被引量：4

12

作者 侯双亮 印雪芹 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2011年第6期61-62,67,共3页

针对河南油田部分稀油井产液量低、动液面低、柱塞与泵筒间漏失量大、泵效低的问题,研制了软密封柱塞增效抽油泵。采用软硬结合的软密封柱塞与金属泵筒作为密封配合副,在抽汲过程中,软密封柱塞与金属泵筒之间为零间隙配合,具有泵效高、... 针对河南油田部分稀油井产液量低、动液面低、柱塞与泵筒间漏失量大、泵效低的问题,研制了软密封柱塞增效抽油泵。采用软硬结合的软密封柱塞与金属泵筒作为密封配合副,在抽汲过程中,软密封柱塞与金属泵筒之间为零间隙配合,具有泵效高、检泵周期短、防砂、节能、深抽功能。截止到2010年12月,该技术在河南油田采油一厂共开展现场应用26口井,工艺成功率100%,23口可对比井中,平均单井泵效提高8.14个百分点,累计增产原油2470t。 展开更多

关键词 软密封柱塞 抽油泵 研制 现场应用

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乳化液泵柱塞副密封及密封材料研究 被引量：1

13

作者 豆立新 龚烈航 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第2期47-49,共3页

煤矿乳化液泵柱塞副密封问题长期以来未得到很好解决，严重影响和制约煤矿企业的正常生产和安全生产。在深入调查分析和研究的基础上，研制开发的适用于乳化液泵密封的高性能、高可靠、无污染的填料密封，使这一问题得到圆满解决，该密... 煤矿乳化液泵柱塞副密封问题长期以来未得到很好解决，严重影响和制约煤矿企业的正常生产和安全生产。在深入调查分析和研究的基础上，研制开发的适用于乳化液泵密封的高性能、高可靠、无污染的填料密封，使这一问题得到圆满解决，该密封在生产实践中得到应用。 展开更多

关键词 乳化液泵 柱塞副密封 密封材料 填料 矿用泵

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软密封柱塞抽油泵系列的完善与应用 被引量：3

14

作者 崔立峰 《特种油气藏》 CAS CSCD 2003年第5期65-66,共2页

针对我国在应用软密封柱塞抽油泵方面与国外的差距,在国内现有软密封柱塞抽油泵的基础上,研制并完善了软密封柱塞抽油泵系列,以满足现场生产的特殊需要。

关键词 软密封柱塞 抽油泵 有杆泵 捞砂工艺

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组合柱塞防卡抽油泵的设计 被引量：5

15

作者 许家勤 高宏 《石油机械》 北大核心 2005年第6期50-51,共2页

针对常规抽油泵存在间隙漏失和在含砂、结垢油井中使用易卡泵的问题,设计了一种新型组合柱塞防卡抽油泵。这种抽油泵的柱塞密封段采用弹性的金属密封环与软密封环组合,柱塞上、下两端各装有1个浮动刮垢环。由于采用软密封,柱塞与泵筒之... 针对常规抽油泵存在间隙漏失和在含砂、结垢油井中使用易卡泵的问题,设计了一种新型组合柱塞防卡抽油泵。这种抽油泵的柱塞密封段采用弹性的金属密封环与软密封环组合,柱塞上、下两端各装有1个浮动刮垢环。由于采用软密封,柱塞与泵筒之间的间隙漏失为零,柱塞遇阻后,在阻力作用下,柱塞径向能产生较大的收缩,直径能减小2mm,从而能有效地防止卡泵,延长抽油泵的检修周期。现场应用表明,下新型泵后单井平均日增加产油量6t,平均泵效提高13.3%,8口井平均免修期达225d。 展开更多

关键词 抽油泵 组合 设计 防卡 柱塞密封 检修周期 现场应用 密封环 软密封 力作用 产油量 平均 免修期 漏失 间隙 卡泵 油井 泵筒 单井 泵效

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低压深井柱塞气举排水采气技术研究及应用 被引量：16

16

作者 张婷 唐寒冰 +3 位作者 朱鹏 杨智 叶长青 彭杨 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第6期124-128,共5页

柱塞气举作为一种简单高效的排水采气技术,在4000 m以浅的常规气井中得到了较为广泛的应用,但在深井中的应用国内还鲜有报道。为此,结合现场生产和常规柱塞气举技术应用经验,通过优化低压深井柱塞气举设计方法、研制深井柱塞工具和优化... 柱塞气举作为一种简单高效的排水采气技术,在4000 m以浅的常规气井中得到了较为广泛的应用,但在深井中的应用国内还鲜有报道。为此,结合现场生产和常规柱塞气举技术应用经验,通过优化低压深井柱塞气举设计方法、研制深井柱塞工具和优化改进柱塞工艺流程,形成了一套适合低压深井的柱塞气举排水采气技术。研究结果表明,通过引入井筒流入、套管压力等多影响因素,建立了柱塞启动压力指导图版,形成的低压深井柱塞气举设计方法可以大幅拓宽工艺适用范围;通过改变柱塞结构,研发了自密封低漏失柱塞,相比常规柱塞,柱塞运行过程中漏失量降低20%~30%;通过地面流程优化设计,将薄膜阀两端采用丝扣连接,减少动火作业,单井可减少改造费用约1.0万元;现场试验15井次,工艺成功率100%,单井产气量提高均超过20%,最高增加6倍。现场试验结果表明,低压深井柱塞气举是适应川渝气田小产量深井排水采气的一项技术,可以显著提高该类气井的开发效果和经济效益。 展开更多

关键词 深井 低压 柱塞启动压力图版 自密封柱塞 柱塞气举 排水采气

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