第三章循环设备

1、技术学院技术学院循环设备 井下作业中，向井内泵入各种液、剂，实现循环和冲洗等工作，完成井下作业和修井施工中的压井、冲砂、替喷、洗井以及低压酸化等项工作。循环设备的主要作用：技术学院 往复泵或水泥车、高压管线、水龙头、水龙带、活动弯头和管件等。循环设备主要包括：循环设备技术学院o 本章主要介绍：o 油田用往复泵的工作原理、o 典型结构、o 工作特性等问题 技术学院第一节 往复泵的概述什么是往复泵? 往复泵属于容积式泵，是通过柱塞或活塞，在泵缸套中作往复运动实现容积的变化，而达到输送液体的目的。 常用于高压下输送粘度、密度较大、含砂量和腐蚀性较高的液体，其流量相对较小。技术学院往复泵在油田中应用：

2、o 钻井泵：在钻井过程中，用于向井底输送钻井液以携带出井底岩屑或供给井底动力钻具动力；o 固井泵：在固井作业中，用于向井底注入高压水泥浆；o 压裂泵：为了造成油层的人工裂缝，提高原油的产量和采收率，用于向井内注入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液；o 注水泵：向油层注入高压水驱油；o 抽油泵：在采油过程中，用于在井内抽吸原油；技术学院一、往复泵的分类o 1.按驱动方式分： 电动往复泵、内燃机往复泵、直接作用往复泵（蒸汽、压缩空气、液压驱动泵、）、手动泵。技术学院o 2.按活塞构造型式分类 ：活塞泵、柱塞泵。一、往复泵的分类技术学院o 3.按作用方式分：单作用泵、双作用泵。一、往复泵的分类技术学院o

3、 4.按液缸的布置方式及其相互位置分： 卧式泵、立式泵、 V 形或星形泵等。一、往复泵的分类技术学院o 5.按缸数分： 单缸泵、双缸泵、三缸泵、四缸泵等。一、往复泵的分类技术学院一、往复泵的分类技术学院 二、往复泵的工作原理o 1.往复泵的基本构成1)液力部分或液力端 作用 ：实现机械能转化成液体能并直接输送液体的部分。包括：活塞、液缸、泵阀等；2)驱动部分或动力端作用：将驱动机的旋转运动转换为活塞（柱塞）往复运动的部分。技术学院 二、往复泵的工作原理技术学院构件吸入过程构件吸入过程:排出过程排出过程曲柄以旋转180-360; 0-180活塞由左右;由又左工作室容积由小大;由大小室内压力由大小

4、真空;由小大液体在P作用下进入液缸排出液缸完成吸入过程完成排出过程曲柄继续转动，每旋转一周，活塞往复运动一次，泵的液缸完成一次吸入和排出过程。活塞重复吸入和排出过程，从而液体自吸入池源源不断地泵送到排出池。2.工作原理： 二、往复泵的工作原理技术学院第二节 往复泵的参数及性能调节技术学院o 往复泵的流量是单位时间内泵排出管道所输送的液体量。往复泵的曲轴旋转一周，泵所排出或吸入的液体体积，称泵的排量，它只与泵的液缸数目及几何尺寸有关，而与时间无关。（1）理论平均流量）理论平均流量单作用往复泵：Q理iFSn 双作用往复泵：Q理 i（2Ff）Sno 式中：o Q理-理论平均流量m3/min S -冲

5、程，mo i -液缸数； F -活塞面积，m2o n -曲柄转数，r/min f -活塞杆截面积，m2一、往复泵的基本性能参数一、往复泵的基本性能参数1.往复泵的流量技术学院（2）实际平均流量）实际平均流量(Q)o在往复泵实际工作中，由于吸入阀和排出阀一般不能及时关闭；泵阀、活塞和其他密封处可能有高压液体漏失；泵缸中或液体内含有气体，而降低吸入充满度等原因，导致了往复泵的实际平均流量要低于理论平均流量。o设实际平均流量为Q，则有：QQ理o式中：流量系数，一般在0.850.95之间取值，对于大型且吸入条件较好的新泵，可取大值。（3）瞬时流量）瞬时流量(Qcm)o活塞的运动是非匀速的，故泵在每一时

6、刻的流量也是变化的，为此，引入了瞬时流量的概念。o单作用往复泵的瞬时流量可近似地表示为：oQcmFu o即QcmFrsinmo式中u-活塞的速度 m曲柄转角 -曲柄角速度一、往复泵的基本性能参数一、往复泵的基本性能参数技术学院2.往复泵有效扬程指的是单位质量的液体经过泵后增加的能量，用J/kg或m液柱表示 HZ+(pBpA )/g+(cB2cA2)/2g+h Z=Z1+Z0+Z2，m；式中： pA pB吸入罐、排出罐液面上的压力，Pa； cA cB吸入罐、排出罐液面上液体的流m/s； Z-吸入罐与排出罐液面的总高度差， Z1-吸入管S-S断面处至吸入罐液面的高度差，m； Z2排出管D-D断面处

7、至排出罐液面的高度差，m； Z0真空表与压力表的高度差，m； h吸入管和排出管段内总的水力损失（m） H 泵的有效扬m。当吸入罐与排出罐较大时 有cA0，cB0，并且当pApB时上式变为 HZ+h。简便的方法是直接计算有效扬程，即HpD/g+pS/g+Z0通常用表压力代表泵的有效扬程，即HpD/g。 一、往复泵的基本性能参数一、往复泵的基本性能参数技术学院3.往复泵的功率泵的输出功率泵的输出功率：N0gQH10-3 式中：N0输出功率， kW被输送液体的密度，kg/m3Q泵的实际平均流量,m3/s泵的总效率泵的总效率动力机输送到泵主动轴上的功率为Ni，泵的输出功率为N0，将N0与Ni的比值称做

8、泵的总效率。用表示，即N0/Ni。一台机泵组所需的动力机功率为NpNi/thN0/th 一般所选的动力机功率比计算功率大10左右。一、往复泵的基本性能参数一、往复泵的基本性能参数技术学院4.往复泵的效率机械损失机械损失它是指克服泵内齿轮、轴承、活塞、密封和十字头等机械摩擦所消耗的功率，用Nm表示。往复泵机械损失功率的程度由机械效率m来衡量，即m（Ni-Nm）/Ni 容积损失容积损失往复泵内漏失，造成一定的能量损失使泵实际输送液体的体积总要比理论输出的体积小。设单位时间内漏失的液体体积为Qv，用容积效率v来衡量泵泄漏的程度，即：vQ/（Q+Qv） 水力损失水力损失流体在泵内克服沿程和局部阻力，消

9、耗一定的能量，若各项水力损失之和用hh表示，则水力损失的程度由水力效率h来衡量，即h H/（H+hh） 则泵的总效率为则泵的总效率为：N0/Ni m v h 泵的总效率一般情况下为0.750.90。一、往复泵的基本性能参数一、往复泵的基本性能参数技术学院二、往复泵的特点二、往复泵的特点1.和其他形式的泵相比，往复泵的瞬时流量不均匀。瞬时流量不均匀。2.往复泵具有自吸能力自吸能力往复泵启动前不象离心泵那样需要先行灌泵便能自行吸入液体。当泵缸内压力低于液体汽化压力时，造成泵的抽空而失去吸入能力。因此往复泵的转速不能太高，一般为80200r/min，吸入高度为46m。3.往复泵的排出压力与结构尺寸和

10、转速无关排出压力与结构尺寸和转速无关往复泵的最大排出压力取决于泵本身的动力、强度和密封性能。往复泵一般都设有安全阀，当泵压超过一定限度时，会自动打开，泄压。4.往复泵的泵阀运动滞后于活塞运动泵阀运动滞后于活塞运动。往复泵大多是自动阀，靠阀上下的压差开启，靠自重和弹簧力关闭。阀的关闭要落后于活塞到达死点的时间，活塞速度越快，滞后现象越严重这是阻碍往复泵转速提高的原因之一。5.往复泵适用于高压、小流量和高粘度的液体。适用于高压、小流量和高粘度的液体。技术学院三、往复泵的性能调三、往复泵的性能调节节o 1. 流量调节流量调节o （1）更换不同直径的缸套o （2）调节泵的冲次o （3）减少泵的工作室o

11、其方法是其方法是：打开阀箱，取出几个排出阀或吸入阀，使有的工作室不参加工作，从而减小流量。该法的缺点是加剧了流量和压力的波动。实践证明：在这种非正常工作情况下，取下排出阀比取下吸入阀造成的波动小，对双缸双作用泵来讲，取下靠近动力端的排出阀引起的波动较小。o （4）旁路调节o （5）调节泵的冲程技术学院2.往复泵的并联运行石油矿场中常将往复泵并联工作。往复泵并联工作时，以统一的排出管向外输送液体，有如下特征有如下特征： （1）当各泵的吸入管大致相同，排出管路交汇点至泵的排出口距离很小时，对于高压力下的往复泵，可以近似地认为各泵都在相同的压力下工作各泵都在相同的压力下工作。（2）排出管路中的总流量

12、为同时工作的各泵的流量之和总流量为同时工作的各泵的流量之和。（3）泵组输出的总水力功率为同时工作各泵输出的水力功总水力功率为同时工作各泵输出的水力功率之和。率之和。（4）在管路特性一定的条件下，对于机械传动的往复泵，并联后的总流量仍然等于每台泵单独工作时的流量之和总流量仍然等于每台泵单独工作时的流量之和，而并联后的泵压大于每台泵在该管路上单独工作时的泵并联后的泵压大于每台泵在该管路上单独工作时的泵压。压。 泵并联工作是为了加大流量。应注意的是，并联工作的总压力必须小于各泵在用缸套的极限压力，各泵冲次应不超过额定值。三、往复泵的性能调三、往复泵的性能调节节技术学院四、往复泵流量不均匀的解决方案危

13、害：由于瞬时流量的脉动，引起吸入和排出管路内液体的非均匀流动，从而产生加速度和惯性力，增加了泵的吸入和排出阻力。吸入阻力的增加将降低泵的吸入性能，排出阻力的增加使泵及管路承受额外负荷，还会引起管路压力脉动及管路振动，破坏泵的稳定运行。技术学院（1）合理布置曲柄的位置。可以将多缸泵各缸的曲柄错开一定的角度，使叠加后的流量趋于均匀。 四、往复泵流量不均匀的解决方案技术学院（2）采用多缸泵或无脉动泵。可以采取增加缸数的方法来减小流量的脉动。双缸凸轮泵是一种无脉动泵，可用凸轮形状保证活塞在相当长行程内做匀速运动，在排出行程开始及终了的很短时间内作等加速和等减速运动，整个排出行程对应的转角大于 18 0

14、0 ，两凸轮的相位差使加速段与减速段重合而无脉动。 四、往复泵流量不均匀的解决方案技术学院（3）缩短管路长度、增大内径、减小往复次数（即降低曲柄角速度）均可减小惯性能头。（4）设置空气包。 为减小流量的波动，可以在往复泵的吸入口或排出口设置空气包，排出口空气包的作用原理是：当泵的瞬时流量大于平均流量时，泵的排出压力升高，空气包中的气体被压缩，一部分液体（超过平均流量的部分）进入气室储存；当瞬时流量小于平均流量时，泵的排出压力降低，空气包向排出管排出一部分液体，从而使空气包后的管路流量趋于均匀。吸入空气包的作用刚好相反，当泵的瞬时流量大于平均流量时，气室内气体膨胀，向泵释放一部分液体；当泵瞬时流

15、量小于平均流量时，吸入压力升高，气室内气体被压缩，吸入管路中的一部分液体流入气室，这样，也可以使吸入气室前管路中的流量比较稳定。四、往复泵流量不均匀的解决方案技术学院技术学院技术学院第三节 往复泵的典型结构及日常维护技术学院o 3PC250B型三缸单作用柱塞泵型三缸单作用柱塞泵。o 该泵是SNC400型水泥车的主泵，主要由动力端、液力端、润滑系统、空气包、安全管系和壳体组成，结构见图43。o 一、动力端一、动力端o 动力端主要由传动轴、曲轴、连杆和十字头等组成动力端主要由传动轴、曲轴、连杆和十字头等组成。它是将传动轴的旋转运动改变为柱塞的往复运动的机构，传动轴、曲轴和滑套分别装于壳体的相应支撑

16、部位，而十字头衬套通过其内螺纹和液力端的拉杆相连。o 传动轴和曲轴均为合金钢锻件，两轴间通过人字齿轮传动，曲轴上均匀地分布着互成120的三个曲柄轴颈，曲柄轴颈与主轴颈的偏心距为100mm。o 连杆材料为优质碳素钢，其大端装有铸造黄铜瓦片，小端装有铜合金的球面组合座，两端均设有润滑油孔。十字头由滑套和衬套组成，衬套为圆筒形状，用贮油性能好的合金铸铁制造。衬套外圆柱面上开有螺旋式半圆油槽，可以构成润滑油通道，衬套内孔套装连杆球座后，用压帽压紧，并用螺钉固定，以防松动。一、动力端一、动力端技术学院3PC250B型三缸单作用柱塞泵技术学院液力端主要由泵头体、阀箱总成、阀座、柱塞、缸套、拉杆及密封组件等

17、组液力端主要由泵头体、阀箱总成、阀座、柱塞、缸套、拉杆及密封组件等组成。成。o 泵头体有整体式和分体式两种，合金钢锻件，通过双头螺栓与壳体相连接。吸入阀和排出阀箱总成的材料、结构尺寸完全一致。阀箱总成由阀箱体、阀体、阀座、弹簧、压盖、阀盖和螺母组成。阀体的材料为合金钢、表面滲碳淬火，阀体盘直径为118mm，锥角为30，阀体上有高强度橡胶皮碗，通过压盖、螺母将其紧压于阀体上。o 阀座的材料阀座的材料和阀体相同，它与阀体的配合锥角为30，与泵头体的配合锥度为1:6,阀座的通孔直径为80mm。o 柱塞和拉杆柱塞和拉杆均为合金钢制造，其表面喷涂耐磨合金粉，使其具有良好的耐磨及抗腐蚀性能。柱塞和拉杆间通

18、过螺纹连接，并用圆螺母压紧以防松动，柱塞规格有90mm、100mm和115mm三种，在其大端有规格标记。o 缸套材料缸套材料为60钢，经正火以消除内应力，通过压套和压盖固紧于泵头体上。o 柱塞和缸套间套装柱塞和缸套间套装V型自封式密封组件型自封式密封组件，V型密封圈有夹布橡胶和聚四氟乙烯两种类型，相互组合使用。因前者低压密封可靠，后者具有高压密封可靠、良好的抗酸碱腐蚀及耐磨损的性能。 二、液力端二、液力端技术学院 三、安全管系三、安全管系系统采用活塞剪销式安阀活塞剪销式安阀， 当柱塞泵排出压力超过剪销额定值时，作用于安全阀活塞上的力大于销钉的许用载荷而剪断销钉，使液体排出，泵压下降，对设备起过

19、载保护作用。 剪销剪销有10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa和40MPa七种承压规格，并在销端作有标记，可根据需要选用。技术学院 四、空气包四、空气包1.空气包的结构空气包的结构1外壳；2阀；3橡胶囊；4压力表； 5充气阀；6顶盖；7稳定片技术学院1 橡胶囊上口被顶盖固定在壳体上2 工作时，随排出压力的变化,底部上下运动，以储存或积压出液体。3 通过充气阀可向空气包内充入一定压力的空气或惰性气体。4 稳定片对橡胶隔膜起着轴向加固作用，防止橡胶囊上半部分脱离壳壁而失效。 四、空气包四、空气包1.空气包的结构空气包的结构技术学院 2.空气包的工作原理o 往复泵正常

20、工作时，在排出过程的前半段在排出过程的前半段，活塞处于加速过程，排出管内液体流速加快，压力也随之升高。当压力大于空气包橡胶囊内的压力时，由于气体的可压缩性，一小部分液体则压缩橡胶囊进入空气包，大部分液体由排出管排出，随着排出过程的不断进行，空气包储存的液体也越来越多。在排出过程的后半段在排出过程的后半段，活塞处于减速运动，液体的流速和压力也随之降低，当泵缸压力低于橡胶囊压力时，空气包内气体膨胀，由橡胶囊排出储存的液体，补充液缸液体的不足，使排出管内液体仍以比较均匀的流速流动。o 随着排出过程的不断往复进行，空气包不断交替地储随着排出过程的不断往复进行，空气包不断交替地储存和排出液体，自动调节排

21、出管中的液流速度，从而达存和排出液体，自动调节排出管中的液流速度，从而达到稳定往复泵排量和压力波动的目的。到稳定往复泵排量和压力波动的目的。 四、空气包四、空气包技术学院空气包工作示意图 四、空气包四、空气包技术学院 3.空气包的使用 （1）安装橡胶囊前，应将壳体内表面清洗干净，以防损坏橡胶囊。（2）装顶盖时，注意保护橡胶囊唇部，顶盖固定螺栓要均匀上紧，防止漏气。（3）空气包内应充入空气或无毒不易燃、不易爆的气体，严禁充入氧气。（4）充气压力一般不应小于最大泵压的充气压力一般不应小于最大泵压的20%，不大于最，不大于最小泵压的小泵压的80%为好。为好。（5）空气包内压力应经常检查，保持气包内压

22、力不低于原空气包内压力应经常检查，保持气包内压力不低于原充气压的充气压的75%以上，否则，应及时充气以上，否则，应及时充气。（6）严禁在空气包未充气的情况下开泵工作，以防损坏橡胶囊。 四、空气包四、空气包技术学院五、常用泥浆泵的维护保养五、常用泥浆泵的维护保养o1.每天的维护保养每天的维护保养o 停泵后应检查动力端的油位，还应检查喷淋润滑情况及油箱的油位，检查喷淋孔是否畅通；观察缸套与活塞的工作情况，有少量钻井液随活塞拖带出来（单作用）是正常现象，继续运行直到发生刺漏时，需及时更换活塞，并详细检查缸套磨损情况，必要时予以更换；检查喷淋水箱的水量和污染情况，必要时予以补充和更换；检查喷淋盒嘴是否

23、畅通；检查排出空气的充气压力是否符合操作条件的要求；检查吸入缓冲器的充气情况；每天把活塞杆、介杆卡箍松开，把活塞转动1/4圈左右，然后再上紧卡箍，以利于活塞面均匀磨损，延长活塞和缸套的使用寿命；泵在运转时要经常检查泵压是否正常，密封部位有无漏失现象，泵内有无异常响声，轴承温度是否正常。o2.每周的维护保养每周的维护保养o每周检查高压排出四通内的滤清器是否堵塞，并加以清洗；检查阀盖、缸盖密封圈的使用情况，清除污泥，清洗干净后涂钙基润滑脂；清洗阀盖、缸盖螺纹，涂上二硫化钼钙基润滑脂，检查阀杆导向套的内孔磨损情况，必要时予以更换；检查阀、阀压板、阀座的磨损情况，必要时予以更换；若主动轴传动装置是具有

24、锥形轴套的大皮带轮时，需检查拧紧螺钉。o3.每月的维护保养每月的维护保养o检查液力端所有双头螺栓和锣帽并予以紧固，检查介杆盘根盒内的油封，必要时予以更换；检查动力端润滑油的污染情况，每六个月换油一次，并彻底清理油槽；检查介杆和十字头螺栓是否松动，松动时予以紧固；检查人字齿轮的啮合情况和磨损情况；检查安全阀是否灵活可靠。技术学院技术学院第四节 水泥车技术学院 水泥车是专供油、气井进行循环、冲洗的特种车辆，是重要的循环设备， 它在油田开发中有较多的用途： 1）压固井时，可以用来搅拌水泥浆，向井中注入水泥浆，以达到封固套管和井壁的目的； 2）在采油上可用来向井内挤入清蜡剂、杀菌剂等，达到杀菌、清蜡的

25、目的； 3）在井下作业中，可用来洗井、冲砂、清蜡、套管试压、找封串、堵水、打水泥塞、替油、低压酸化压裂等工作。一、水泥车的用途与规范一、水泥车的用途与规范技术学院 二、典型水泥车介绍二、典型水泥车介绍 各油田现场使用的水泥车较多，但其原理相同，结构相近，下面介绍常用的两种。 1SNCH300型水泥车 SNCH300型水泥车是兰州通用机械厂生产的产品，运载车选用济南产JN150黄河载重汽车底盘，上装水泵、汽油机、往复泵，其结构见图47。 SNCH300型水泥车是70年代的产品，适用2000m以内油水井的循环作业。车台汽油机带立式三缸柱塞泵，主要用于搅拌水泥浆固井，现场因有固定的固井水泥车，因此已

26、将此装置卸掉。卧式双缸作用活塞泵由汽油发动机提供动力，其最大排量可为1.27m3min，最高泵压为30MPa，冲砂、洗井、循环等作业都是此泵配合工作。技术学院1.SNC-H300型水泥车外形图 1驾驶室；2工作台照明灯；3立式水泵；4汽油机；5卧式泵；6管汇架；7水箱；8漏斗；9出口 二、典型水泥车介绍二、典型水泥车介绍技术学院2SNC400型水泥车 二、典型水泥车介绍二、典型水泥车介绍技术学院结构： 汽车驾驶室后依次安装柴油机、柱塞泵、水泵、操作台、变速箱和计量罐，车台两侧设置高压管，活动弯头和吸入软管等。 SNC400型水泥车的柴油机通过离合器和万向轴将动力传至变速箱，变速箱通过输出轴最后

27、带动柱塞泵工作。水泵的工作由副轴通过弹性联轴节传递。工作：冲砂或循环作业时，柱塞泵从外界管线吸入液体，加压后泵入井内，实现施工目的。固井时，水泵从计量罐或外界管线吸入清水，经其加压后流至混合器，通过混合器喷嘴节流，使之形成真空并将干水泥吸入，混合成水泥浆后流入水泥浆池，最后由柱塞泵吸入泵进井中。井下作业常用该水泥车进行中、深井的冲砂、循环等作业。 二、典型水泥车介绍二、典型水泥车介绍技术学院水泥车技术规范水泥车技术规范 型 号项 目SNCH300SNC400SNC400AC500AC400C运载车型号黄河JN150太托拉T815太托拉T815太托拉T138太脱拉T815汽车发动机型 号6135

28、QT392930T392930T928T392930功率，kW117.68208208132.39208转速，r/min18002200220022002200车台发动机型 号NJ7012V130ZCAT3406B12ANDV12ANDV功率，kW51.45252269257257转速，r/min28001500210012501250水泵型号，型式三缸柱塞式PR-51齿轮PR-50齿轮PR-45齿轮PR-50齿轮最大排量，m3/min11.0081.211最大泵压，MPa1.51.471.471.51.47柱塞泵型 号SNCH3003PC2503PC2703PC2903PC250型 式双缸双作用三缸单作用三缸单作用三缸单作用三缸单作用缸套直径，mm100，115，12790，100，11590，100，11590，100，115100，115柱塞行程，mm250200200200200最大排量，m3/min1.271.1711.1971.171.17最大泵压，MPa3039.239.25039.2工 作 介 质清水、水