[发明专利]一种高压柱塞泵液力端阀箱

说明书

本发明公开了一种高压柱塞泵液力端阀箱，该阀箱具有内腔相连通的压裂液吸入孔、压裂液排出孔、柱塞孔和端盖密封孔，压裂液吸入孔轴线与压裂液排出孔轴线重合或平行，与之垂直分布的柱塞孔轴线和端盖密封孔轴线重合或平行，在阀箱内腔开设有延压裂液吸入孔轴线或压裂液排出孔轴线方向的规则空间。通过上述技术方案，在液力端阀箱内部引入一规则空间，改变相贯线的形状与走向，相贯线被拉长，达到有效减小关键位置应力集中的作用，通过有限元分析结果对比得知优化后的结构可大幅度的减小关键位置的应力集中程度，因而可以显著延长阀箱的工作寿命。

技术领域

本发明涉及油田生产设备技术领域，更具体的说是涉及一种高压柱塞泵液力端阀箱。

背景技术

压裂技术是利用液体压力作用使含油气地层形成裂缝的一种方法，是一种油气田常规增产技术，应用广泛。其中压裂施工中最主要的设备是高压柱塞泵，高压柱塞泵又分成动力端和液力端两部分，动力端将柴油机或者电机能量转成动能通过柱塞传送到液力端，液力端主要部件为阀箱，柱塞和各种阀体阀座以及密封配件，其作用是通过柱塞在液力端内的运动吸入常压下的液体和砂粒，再通过对液体压缩将液体增压到所需的压力后排出阀箱注入油气井内。如图1所示，为典型的高压柱塞泵五缸液力端阀箱，包括压裂液吸入孔1、压裂液排出孔2、柱塞孔3和端盖密封孔4。液力端的技术性能直接关系到现场的施工效果以及作业安全，所以高压柱塞泵特别是液力端必须具有耐高压、耐疲劳、耐腐蚀、抗磨损性强、使用寿命长等特点。

但是，非常规油气开发的主要途径是水平井加分段压裂。随着非常规发展，油气开采中高压井、深井的数量逐渐增多，高压柱塞泵液力端承受的压力也随之提高，苛刻的高压条件导致阀箱的工作寿命受到极大影响，经常会出现阀箱失效，严重影响到压裂工艺效率以及一系列相关成本。

液力端阀箱受到的是高频率，高幅度的周期性压力，通常的破坏属于高应力下的应力腐蚀疲劳破坏。一般情况下液力端阀箱失效的位置集中在阀箱腔体内应力集中比较高的位置，在这些位置上小型表面裂缝率先产生，在高频率的高幅度疲劳应力作用下逐渐扩展，直至整体阀箱开始失效甚至刺漏。如图2-4所示，阀箱相贯线应力集中显著的四个位置分别是第一现有应力集中点13、第二现有应力集中点14、第三现有应力集中点23和第四现有应力集中点24。

为了提高液力端的使用寿命，对整体阀箱的设计与制造常采用改变液力端材料、内腔表面硬化，以及自增强处理等措施，对应力集中部位通过结构优化、生产工艺优化等手段减小应力集中。这些手段包括为了降低关键区域的应力集中采取的常规相贯线倒角加工，即完成压裂液吸入孔、压裂液排出孔、柱塞孔、端盖密封孔的加工后自然形成相贯线，最后依靠人工打磨或者专用设备完成相贯线的打磨，尤其是第一现有应力集中点13、第二现有应力集中点14、第三现有应力集中点23和第四现有应力集中点24通过锐角改造为圆弧过渡的倒角来减小应力集中，但是如图5所示，为阀箱在加工时自然生成的相贯线与打磨后相贯线的对比图，其中5为自然生成的相贯线，6为加工完成的相贯线，可以看出目前普遍使用的经过人工打磨或专用设备处理后的相贯线形状、走向没有发生变化，只是将相贯线锐角钝角化，以达到减小相贯线位置应力集中的目的，即通过有限元仿真可知当倒角半径增大到一定的程度后第一现有应力集中点13、第二现有应力集中点14、第三现有应力集中点23和第四现有应力集中点24的集中应力将不会再有明显的变化。

因此，提供一种相贯线应力集中水平显著下降的高压柱塞泵液力端阀箱是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高压柱塞泵液力端阀箱，改变相贯线的形状和走向，达到有效减小关键位置应力集中的作用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：