RU2358157C2 - Method for preliminary treatment of hydraulic part of pump (versions) - Google Patents
Method for preliminary treatment of hydraulic part of pump (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358157C2 RU2358157C2 RU2007123573/06A RU2007123573A RU2358157C2 RU 2358157 C2 RU2358157 C2 RU 2358157C2 RU 2007123573/06 A RU2007123573/06 A RU 2007123573/06A RU 2007123573 A RU2007123573 A RU 2007123573A RU 2358157 C2 RU2358157 C2 RU 2358157C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinders
- cylinder
- pump
- hydrostatic pressure
- central cylinder
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 67
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 20
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000009996 mechanical pre-treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000009931 pascalization Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение главным образом относится к способу механической предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса с целью остаточных сжимающих напряжений в цилиндрах гидравлической части насоса.The present invention mainly relates to a method of mechanical pretreatment of the hydraulic part of a multi-cylinder plunger pump with the aim of residual compressive stresses in the cylinders of the hydraulic part of the pump.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Гидравлический разрыв скважинных пластов является крайне необходимой технологической операцией для возбуждения скважины. Обычно она производится закачиванием жидкости в скважину при относительно высоком давлении, разрывая пласт и порезы, расположенные вблизи ствола скважины. Нефть может поступать в ствол скважины через эти разрывы, значительно увеличивая продуктивность скважины. Плунжерные насосы и, более точно, трехцилиндровые насосы обычно используются для закачивания жидкости для гидроразрыва пласта под большим давлением в скважину. Однако периодическое воздействие высоких давлений на гидравлическую часть насоса вызывает в ней усталостные разрушения. В связи с этим существует необходимость увеличить сопротивляемость цилиндров гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса усталостным разрушениям. (JP 2005095923 А, 14.04.2005.)Hydraulic fracturing of borehole formations is an extremely necessary technological operation for stimulating a well. Typically, it is produced by pumping fluid into a well at a relatively high pressure, breaking a formation and cuts located close to the wellbore. Oil can enter the wellbore through these gaps, significantly increasing well productivity. Plunger pumps and, more precisely, three-cylinder pumps are typically used to pump hydraulic fracturing fluid under high pressure into the well. However, the periodic impact of high pressures on the hydraulic part of the pump causes fatigue failure in it. In this regard, there is a need to increase the resistance of the cylinders of the hydraulic part of the multi-cylinder plunger pump to fatigue damage. (JP 2005095923 A, 04/14/2005.)
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Способ предварительной обработки может использоваться для создания остаточного сжимающего напряжения во внутренних стенках гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса так, что обеспечивается минимальное растягивающее напряжение, которое испытывает гидравлическая часть насоса во время насосного цикла. Во время нагартовки цилиндрические отверстия гидравлической части насоса подвергаются высоким гидравлическим давлениям, что приводит к пластической деформации внутренних зон гидравлической части насоса, в то время как деформация внешней зоны остается упругой. Когда давление сбрасывается, внешняя зона гидравлической части упруго возвращается в первоначальное состояние, в то время как внутренние зоны, подвергнутые пластической деформации, остаются в состоянии напряженного сжатия. Это состояние напряженного сжатия увеличивает усталостную прочность гидравлической части насоса.The pre-treatment method can be used to create residual compressive stress in the inner walls of the hydraulic part of the multi-cylinder plunger pump so that the minimum tensile stress experienced by the hydraulic part of the pump during the pump cycle is ensured. During hardening, the cylindrical openings of the hydraulic part of the pump are subjected to high hydraulic pressures, which leads to plastic deformation of the inner zones of the hydraulic part of the pump, while the deformation of the outer zone remains elastic. When the pressure is relieved, the outer zone of the hydraulic part resiliently returns to its original state, while the inner zones subjected to plastic deformation remain in a state of intense compression. This state of stressed compression increases the fatigue strength of the hydraulic part of the pump.
Согласно изобретению создан многоступенчатый способ нагартовки для предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий нагартовку центрального цилиндра и нагартовку двух боковых цилиндров, причем нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки двух боковых цилиндров.According to the invention, a multi-stage frying method for pre-treating the hydraulic part of a three-cylinder pump comprising a central cylinder and two side cylinders, comprising friction of a central cylinder and friction of two side cylinders is created, wherein the friction of the central cylinder is performed independently of the friction of the two side cylinders.
При нагартовке двух боковых цилиндров можно осуществлять одновременную нагартовку боковых цилиндров.When two side cylinders are fretted, the side cylinders can be fretted simultaneously.
Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное к двум боковым цилиндрам в процессе нагартовки двух боковых цилиндров.The overload pressure applied to the central cylinder during the overcharging of the central cylinder may exceed the overload pressure applied to the two side cylinders during the overcharging of the two side cylinders.
Нагартовка центрального цилиндра может выполняться перед нагартовкой двух боковых цилиндров.The hardening of the central cylinder may be performed before the hardening of the two side cylinders.
Нагартовка двух боковых цилиндров может выполняться перед нагартовкой центрального цилиндра.The hardening of the two side cylinders may be performed before the hardening of the central cylinder.
Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий следующие стадии:The invention also created a multi-stage method for pretreating the hydraulic part of a three-cylinder pump containing a central cylinder and two side cylinders, comprising the following stages:
приложение гидростатического давления на центральный цилиндр для создания в нем сжимающего остаточного напряжения;applying hydrostatic pressure to the central cylinder to create a compressive residual stress in it;
сброс гидростатического давления на центральном цилиндре;discharge of hydrostatic pressure on the central cylinder;
приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра для создания в них сжимающих остаточных напряжений;applying hydrostatic pressure to two side cylinders to create compressive residual stresses in them;
сброс гидростатического давления на двух боковых цилиндрах, при этом приложение вышеупомянутого гидростатического давления на центральный цилиндр выполняется независимо от приложения гидростатического давления на два боковых цилиндра.the discharge of hydrostatic pressure on the two side cylinders, while the application of the aforementioned hydrostatic pressure on the central cylinder is performed regardless of the application of hydrostatic pressure on the two side cylinders.
При приложении гидростатического давления на два боковых цилиндра можно выполнять одновременное приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра.When hydrostatic pressure is applied to two side cylinders, hydrostatic pressure can be simultaneously applied to two side cylinders.
Гидростатическое давление, которое может прилагаться к центральному цилиндру, превышает гидростатическое давление, приложенное к любому из двух боковых цилиндров.The hydrostatic pressure that can be applied to the central cylinder exceeds the hydrostatic pressure applied to either of the two side cylinders.
Приложение и сброс гидростатического давления на центральном цилиндре могут выполняться перед приложением и сбросом гидростатического давления на два боковых цилиндра.The application and discharge of hydrostatic pressure on the central cylinder can be performed before the application and discharge of hydrostatic pressure on the two side cylinders.
Приложение и сброс гидростатического давления на два боковых цилиндра могут выполняться перед приложением и сбросом гидростатического давления на центральный цилиндр.The application and discharge of hydrostatic pressure to the two side cylinders can be performed before the application and discharge of hydrostatic pressure to the central cylinder.
Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ нагартовки предварительной обработки многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего центральный цилиндр и, по меньшей мере, два комплекта боковых цилиндров, содержащий следующие стадии:According to the invention, a multi-stage method for pretreatment of a pre-treatment of a multi-cylinder plunger pump comprising a central cylinder and at least two sets of side cylinders is also provided, comprising the following steps:
нагартовка центрального цилиндра;fretting of the central cylinder;
нагартовка первого комплекта, состоящего, по меньшей мере, из двух комплектов боковых цилиндров;hardening of the first set, consisting of at least two sets of side cylinders;
нагартовка второго комплекта, состоящая из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, при этом нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки первого и второго комплектов состоящих из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров.a second set of hardening, consisting of at least two sets of side cylinders, wherein the central cylinder is hardened independently of the first and second sets of hardening consisting of at least two sets of side cylinders.
Первый комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, может содержать первый боковой цилиндр, расположенный вплотную к первой стороне центрального цилиндра, и второй боковой цилиндр, расположенный вплотную ко второй стороне центрального цилиндра.The first set, consisting of at least two sets of side cylinders, may comprise a first side cylinder located adjacent to the first side of the central cylinder, and a second side cylinder located adjacent to the second side of the central cylinder.
Второй комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, может содержать третий боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне первого бокового цилиндра, и четвертый боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне второго бокового цилиндра.The second set, consisting of at least two sets of side cylinders, may include a third side cylinder located close to the side of the first side cylinder, and a fourth side cylinder located close to the side of the second side cylinder.
Нагартовка первого и второго боковых цилиндров может выполняться одновременно, и нагартовка третьего и четвертого боковых цилиндров выполняется одновременно, и нагартовка первого и второго боковых цилиндров происходит независимо от нагартовки третьего и четвертого боковых цилиндров.The start-up of the first and second side cylinders can be performed simultaneously, and the start-up of the third and fourth side cylinders is performed simultaneously, and the start-up of the first and second side cylinders is independent of the start-up of the third and fourth side cylinders.
Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное к первому и второму комплектам боковых цилиндров в процессе нагартовки первого и второго комплектов боковых цилиндров.The over-pressure applied to the central cylinder during the over-inflation of the central cylinder may exceed the over-pressure applied to the first and second sets of side cylinders during the over-charging of the first and second sets of side cylinders.
Нагартовка центрального цилиндра может выполняться перед нагартовкой первого и второго комплектов боковых цилиндров.The hardening of the central cylinder may be performed before the hardening of the first and second sets of side cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом или семицилиндровым насосом.The multi-cylinder plunger pump may be a five-cylinder pump or a seven-cylinder pump.
Согласно изобретению создан многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров, содержащий одновременно нагартовку всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров и нагартовку центрального цилиндра из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров, при этом нагартовка всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров выполняется независимо от нагартовки центрального цилиндра.According to the invention, a multi-stage method for pretreatment of the hydraulic part of a multi-cylinder plunger pump, comprising at least three hydraulic parts of the cylinders, comprising simultaneously heating all of the at least three hydraulic parts of the cylinders and the central cylinder of at least three hydraulic parts of the cylinders, while the hardening of all of the at least three hydraulic parts of the cylinders is performed independently of the hardening of the central cylinder .
Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное ко всем из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров в процессе нагартовки всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров.The over-pressure applied to the central cylinder during the over-inflation of the central cylinder may exceed the over-exertion applied to all of the at least three hydraulic parts of the cylinders during the over-charging of all of the at least three hydraulic parts of the cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть трехцилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.The multi-cylinder plunger pump may be a three-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise three cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.The multi-cylinder plunger pump may be a five-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise five cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть семицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.The multi-cylinder plunger pump may be a seven-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise seven cylinders.
Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ нагартовки предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров, включающий следующие стадии:According to the invention, a multi-stage method for pretreatment of the hydraulic treatment of the hydraulic part of a multi-cylinder plunger pump, comprising at least three hydraulic parts of the cylinders, including the following stages:
одновременное приложение первого гидростатического давления ко всем, по меньшей мере, трем гидравлическим частям цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;simultaneous application of the first hydrostatic pressure to all at least three hydraulic parts of the cylinders to create a compressive residual stress in them;
сброс гидростатического давления на всех, по меньшей мере, трех гидравлических частях цилиндров;discharge of hydrostatic pressure on all at least three hydraulic parts of the cylinders;
приложение второго гидростатического давления на центральный цилиндр, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;applying a second hydrostatic pressure to the central cylinder of at least three hydraulic parts of the cylinders to create a compressive residual stress in them;
сброс гидростатического давления на центральном цилиндре, при этом приложение первого гидростатического давления выполняется независимо от приложения второго гидростатического давления.the discharge of hydrostatic pressure on the Central cylinder, while the application of the first hydrostatic pressure is performed regardless of the application of the second hydrostatic pressure.
Второе гидростатическое давление может превышать первое гидростатическое давление.The second hydrostatic pressure may exceed the first hydrostatic pressure.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть трехцилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.The multi-cylinder plunger pump may be a three-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise three cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.The multi-cylinder plunger pump may be a five-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise five cylinders.
Многоцилиндровый плунжерный насос может быть семицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.The multi-cylinder plunger pump may be a seven-cylinder pump, and at least three hydraulic parts of the cylinders comprise seven cylinders.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Вышеуказанные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из следующего подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:The above features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings, which depict the following:
фиг.1 изображает перспективный вид многоцилиндрового плунжерного насоса, используемого в способе нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;figure 1 depicts a perspective view of a multi-cylinder plunger pump used in the method of hardening in accordance with the present invention;
фиг.2 - поперечный разрез одной из гидравлических частей многоцилиндрового плунжерного насоса, изображенного на фиг.1;figure 2 is a cross section of one of the hydraulic parts of the multi-cylinder plunger pump shown in figure 1;
фиг.3 - блок-схема одного варианта способа нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;FIG. 3 is a flowchart of one embodiment of a capping method in accordance with the present invention;
фиг.4 - схематический вид другого многоцилиндрового плунжерного насоса, используемого в способе нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;FIG. 4 is a schematic view of another multi-cylinder plunger pump used in the frying method in accordance with the present invention; FIG.
фиг.5 - блок-схема другого варианта способа нагартовоки в соответствии с настоящим изобретением;FIG. 5 is a flowchart of another embodiment of a process for narting in accordance with the present invention; FIG.
фиг.6 - блок-схема еще одного варианта способа нагартовки в соответствии с настоящим изобретением.6 is a flowchart of yet another embodiment of a capping method in accordance with the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF OPTIONS OF THE PRESENT INVENTION
Как указано выше, в нефтяных и газовых скважинах многоцилиндровые плунжерные насосы обычно используются для нагнетания в них жидкости для гидроразрыва пласта под высоким давлением для повышения продуктивности скважины.As indicated above, in oil and gas wells, multi-cylinder plunger pumps are typically used to pump high-pressure fracturing fluids into them to increase well productivity.
Фиг.1 показывает примерный вариант такого насоса 10. В изображенном варианте насос 10 - это трехцилиндровый насос, имеющий три цилиндра 12А, 12В, 12С, каждый с соответствующим плунжером 14А, 14В, 14С, способным перемещаться относительно цилиндра. Центральным из трех цилиндров является центральный цилиндр 12В, а цилиндры 12А, 12С являются боковыми. Однако, как рассматривается ниже, насос 10 может быть насосом с любым подходящим количеством цилиндров, например насос с пятью цилиндрами (пятицилиндровый насос) или насос с семью цилиндрами (семицилиндровый насос).Figure 1 shows an exemplary embodiment of such a pump 10. In the depicted embodiment, the pump 10 is a three-cylinder pump having three cylinders 12A, 12B, 12C, each with a corresponding plunger 14A, 14B, 14C, capable of moving relative to the cylinder. The central of the three cylinders is the central cylinder 12B, and the cylinders 12A, 12C are lateral. However, as discussed below, the pump 10 may be a pump with any suitable number of cylinders, for example a five-cylinder pump (five-cylinder pump) or a seven-cylinder pump (seven-cylinder pump).
В данном варианте насос 10 состоит из двух секций: силовой части 16 и гидравлической части 18. Силовая часть 16 включает в себя коленчатый вал 20, приводимый в движение силовой установкой (не показано) для привода плунжеров насоса 14А, 14В, 14С. Гидравлическая часть 18 включает в себя цилиндры 12А, 12В, 12С, при этом плунжеры 14А, 14В, 14С, перемещаясь возвратно-поступательно, втягивают жидкость при низком давлении и выпускают жидкость при высоком давлении, как описывается далее.In this embodiment, the pump 10 consists of two sections: the power part 16 and the hydraulic part 18. The power part 16 includes a crankshaft 20 driven by a power plant (not shown) to drive the pump plungers 14A, 14B, 14C. The hydraulic part 18 includes cylinders 12A, 12B, 12C, while the plungers 14A, 14B, 14C, moving reciprocally, draw in the liquid at low pressure and discharge the liquid at high pressure, as described below.
Для простоты фиг.2 показывает поперечный разрез только одного цилиндра 12 гидравлической части насоса. Однако показанный цилиндр 12 представляет любой из цилиндров в многоцилиндровом плунжерном насосе, таком как трехцилиндровый насос, пятицилиндровый насос или семицилиндровый насос среди других подходящих насосов. По существу любое дальнейшее обсуждение, относящееся к гидравлической части цилиндра 12, в равной степени касается всех трех цилиндров 12А, 12В, 12С трехцилиндрового насоса 10, показанного на фиг.1, или любого из цилиндров пятицилиндрового насоса или семицилиндрового насоса; и любое нижеприведенное описание, относящееся к плунжеру 14, в равной степени справедливо в отношении всех трех плунжеров 14А, 14В, 14С трехцилиндрового насоса 10, показанного на фиг.1, или любого из плунжеров в пятицилиндровом насосе или семицилиндровом насосе. Каждая из гидравлических частей цилиндров 12А, 12В, 12С в трехцилиндровом насосе 10 включает плунжер 14А, 14В, 14С, способный перемещаться относительно него. Обычно при использовании для гидравлического разрыва пласта размер каждого плунжера 14А, 14В, 14С составляет от приблизительно 4,5 до приблизительно 6,5 дюйма (11,25 см - 16,25 см) в диаметре, при этом каждый плунжер 14 производит давление до 12000 фунтов на квадратный дюйм.For simplicity, FIG. 2 shows a cross section of only one
Как показано на фиг.2, каждый цилиндр 12 включает камеру 22 рабочей жидкости. Каждый плунжер 14 установлен так, что может скользить внутри соответствующего ему цилиндра 12, совершая возвратно-поступательные движения внутри камеры 22 рабочей жидкости. Возвратно-поступательное движение плунжера 14 действует на изменение объема жидкости в камере 22 рабочей жидкости. Далее цилиндр 12 включает обратные клапаны, такие как всасывающий клапан 24 и выпускной клапан 26, которые управляют потоком жидкости в и из камеры 22 рабочей жидкости во время возвратно-поступательного движения плунжера 14.As shown in FIG. 2, each
Как упомянуто выше, возвратно-поступательное движение плунжера 14 может осуществляться двигателем, управляемым вращающимся коленчатым валом 20. Всасывающий клапан 24 и выпускной клапан 26 действуют под действием сил давления жидкости и пружины. Всасывающий клапан, например, смещен пружиной 30, расположенной между всасывающим клапаном 24 и пружинным стопором 32 в направлении посадочного места всасывающего клапана 28, т.е. в направлении закрытой позиции. Точно так же выпускной клапан 26 смещается пружиной выпускного клапана 36, расположенной между выпускным клапаном 26 и пружинным стопором 38, в направлении посадочного места выпускного клапана 34, т.е. в направлении закрытой позиции.As mentioned above, the reciprocating movement of the
Когда плунжер 14 движется во внешнюю сторону (в левую сторону на фиг.2) через уплотнительное отверстие 40, в камере 22 рабочей жидкости создается перепад давления. Этот перепад давления вызывает движение всасывающего клапана 24 против смещения пружины 30 к открытой позиции и вызывает протекание жидкости через всасывающую трубу 25 и через всасывающий клапан 24 в камеру 22 рабочей жидкости. Эта фаза движения плунжера 24 может быть названа как «такт впуска».When the
Когда плунжер 14 движется в обратном направлении (вправо по фиг.2) через уплотнительное отверстие 40, всасывающий клапан 24 закрыт пружиной 20, и давление в камере 22 рабочей жидкости увеличивается. Увеличение давления заставляет выпускной клапан 26 открываться и заставляет жидкость из камеры 22 рабочей жидкости выходить наружу через напорный клапан 26 и из напорной трубы 35. Напорный клапан 26 остается открытым, в то время как плунжер 14 продолжает прилагать давление (обычно от приблизительно 2 до приблизительно 12 тысяч фунтов/кв. дюйм) к жидкости в камере 22 рабочей жидкости. Эта фаза движения плунжера 14 под высоким давлением, в которой жидкость выпускается через сливной клапан 26, известна как «такт выпуска».When the
При частоте накачки в 2 Гц (т.е. 2 цикла сжатия за секунду) гидравлическая часть 18 насоса может испытывать большое количество циклов напряжения за относительно короткий срок эксплуатации. Эти циклы напряжения вызывают усталостное разрушение гидравлической части 18. Разрушение включает усталостный процесс, в котором маленькие трещины инициируются на свободной поверхности компонента при циклическом напряжении. Трещины увеличиваются со скоростью, определяемой циклическим напряжением и свойствами материала, до тех пор, пока станут достаточно велики, чтобы обеспечить разрушение компонентов. Поскольку усталостные трещины обычно инициируются на поверхности, стратегия противостояния механизму таких разрушений состоит в предварительном создании на поверхности напряжения сжатия.At a pump frequency of 2 Hz (i.e., 2 compression cycles per second), the hydraulic part 18 of the pump can experience a large number of voltage cycles in a relatively short life. These stress cycles cause fatigue failure of the hydraulic part 18. Failure involves a fatigue process in which small cracks are initiated on the free surface of the component under cyclic stress. Cracks increase at a speed determined by cyclic stress and material properties, until they become large enough to ensure the destruction of the components. Since fatigue cracks are usually initiated on the surface, a strategy to counter the mechanism of such fractures is to pre-create compressive stresses on the surface.
Это может быть выполнено способом нагартовки, включающим предварительную механическую обработку гидравлической части 18 насоса для создания остаточного напряжения на его внутренних поверхностях (т.е. поверхностях, которые подвергаются действию рабочей жидкости гидравлической части цилиндра 12). Во время нагартовки гидравлическая часть цилиндра 12 подвергается действию высокого гидростатического давления. Давление во время нагартовки вызывает пластическую деформацию внутренних зон стенок гидравлической части цилиндра 12. Поскольку уровень сжатия уменьшается поперек толщины стенок, деформация внешних зон стенок остается упругой. Когда гидростатическое давление снимается, внешние зоны стенок стремятся возвратиться в их первоначальную форму.This can be accomplished by a freewheeling method, including preliminary machining of the hydraulic part 18 of the pump to create residual stress on its internal surfaces (i.e., surfaces that are exposed to the working fluid of the hydraulic part of the cylinder 12). During hardening, the hydraulic part of the
Однако пластически деформированные внутренние зоны этих стенок ограничивают эту деформацию. В результате внутренние зоны стенок гидравлической части цилиндра 12 получают остаточное сжимающее напряжение. Это сжимающее напряжение увеличивает выносливость гидравлической части насоса. Эффективность способа нагартовки зависит от объема остаточного напряжения на внутренних стенках и их величины.However, plastically deformed inner zones of these walls limit this deformation. As a result, the inner zones of the walls of the hydraulic part of the
Способ нагартовки включает одновременное приложение гидростатического давления к каждому из цилиндров многоцилиндрового насоса, т.е. все три цилиндра, в случае трехцилиндрового насоса, деформируются одновременно. Давление зависит от размера насоса, например в многоцилиндровом плунжерном насосе, имеющем плунжеры диаметром 5,5 дюйма (13,75 см), можно использовать давление нагартовки приблизительно 55 тысяч фунтов/кв. дюйм.The self-hardening method involves the simultaneous application of hydrostatic pressure to each of the cylinders of a multi-cylinder pump, i.e. all three cylinders, in the case of a three-cylinder pump, are deformed simultaneously. The pressure depends on the size of the pump, for example, in a multi-cylinder plunger pump having plungers with a diameter of 5.5 inches (13.75 cm), a charging pressure of approximately 55,000 psi can be used. inch.
Однако компьютерные модели показали, что указанное одновременное приложение давления к цилиндрам недостаточно оптимально и приводит к относительно низкому остаточному напряжению в центральном цилиндре гидравлической части. Это происходит из-за того, что деформация центрального цилиндра сдерживается деформируемыми совместно с ним боковыми цилиндрами многоцилиндрового насоса, что приводит к относительно низкому пластическому напряжению в центральном цилиндре во время нагартовки и низкому остаточному напряжению сжатия после этого. В результате растягивающие напряжения в центральном цилиндре могут быть относительно большими и приводят к относительно небольшим срокам эксплуатации гидравлической части 18 насоса.However, computer models have shown that the indicated simultaneous application of pressure to the cylinders is not optimal enough and leads to a relatively low residual stress in the central cylinder of the hydraulic part. This is due to the fact that the deformation of the central cylinder is restrained by the side cylinders of the multi-cylinder pump that are deformable together with it, which leads to a relatively low plastic stress in the central cylinder during high-speed welding and a low residual compressive stress after that. As a result, tensile stresses in the central cylinder can be relatively large and lead to relatively short service lives of the hydraulic part 18 of the pump.
Первый вариант вышеописанного способа нагартовки на гидравлической части 18 многоцилиндрового насоса 10 включает в себя два этапа, при этом на первом этапе нагартовка центрального цилиндра 12В осуществляется отдельно от нагартовки оставшихся цилиндров 12А, 12С, а на следующем этапе происходит одновременная нагартовка каждого из оставшихся цилиндров 12А и 12С. Компьютерные модели показали, что такой двухэтапный процесс приводит к улучшенному распределению остаточного напряжения на гидравлической части 18 насоса, что приводит к увеличению срока эксплуатации гидравлической части 18 насоса.The first variant of the above-described method of air-boring on the hydraulic part 18 of the multi-cylinder pump 10 includes two stages, while in the first stage, the central cylinder 12B is heated separately from the remaining cylinders 12A, 12C, and in the next step, each of the remaining cylinders 12A and 12C. Computer models have shown that such a two-stage process leads to an improved distribution of residual stress on the hydraulic part 18 of the pump, which leads to an increase in the life of the hydraulic part 18 of the pump.
Фиг.3 иллюстрирует многоэтапный способ 300 нагартовки для предварительной обработки гидравлической части 18 многоцилиндрового насоса 10, имеющего, по меньшей мере, три цилиндра (цилиндры 12А, 12В, 12С в случае трехцилиндрового насоса 10 фиг.1). Способ, показанный на фиг.3, используется в комбинации с насосом 10, изображенным на фиг.1, как изложено ниже. Первый вариант способа 300 нагартовки включает первый этап 310, включающий нагартовку центрального цилиндра 12В отдельно от нагартовки оставшихся цилиндров, в данном случае боковых цилиндров 12А, 12С. Этап 310 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр 12В и затем сброс гидростатического давления. В первом варианте это гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.FIG. 3 illustrates a
Второй этап 320 включает одновременную нагартовку оставшихся цилиндров, в данном случае цилиндров 12А, 12С, без нагартовки центрального цилиндра 12В. Этот этап 320 включает приложение гидростатического давления только на боковые цилиндры 12А, 12С, а затем сброс гидростатического давления. В первом варианте это гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.The
В первом варианте способа последовательность этапов, этапы 310 и 320, может быть изменена, т.е. этап 320 нагартовки боковых цилиндров 12А, 12С может быть выполнен первым, а этап 310 нагартовки центрального цилиндра 12В может быть выполнен вторым. В любой последовательности выполнения этапов давление нагартовки в центральном цилиндре 12В может превышать давление нагартовки в боковых цилиндрах 12А, 12С. Несмотря на то что значение примерного давления нагартовки дано выше, другие приемлемые значения давления могут быть использованы даже за рамками вышеупомянутого предела. В первом варианте способа оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, которые берут в расчет, среди других факторов механические свойства материала гидравлической части насоса, давление способа нагартовки и зоны, в которых давление нагартовки прикладывается, в гидравлической части насоса.In the first embodiment of the method, the sequence of steps,
Многоступенчатый способ нагартовки может быть применен к трехцилиндровому насосу и насосам, имеющим более трех цилиндров, с соответствующим увеличением числа этапов нагартовки. Например, фиг.4 показывает схематическое изображение гидравлической части пятицилиндрового насоса 418, имеющего пять цилиндров 412А, 412В, 412С, 412D, 412Е. Многоступенчатый способ 500 нагартовки, показанный на фиг.5, показывает один вариант этапов, включенных в нагартовку такого насоса.A multi-stage method of fretting can be applied to a three-cylinder pump and pumps having more than three cylinders, with a corresponding increase in the number of stages of fretting. For example, FIG. 4 shows a schematic illustration of the hydraulic part of a five-
Как показано, один вариант первого этапа 510 включает нагартовку центрального цилиндра 412С отдельно от остальных цилиндров. В этом случае оставшиеся цилиндры включают и первый комплект боковых цилиндров 412В, 412D, которые вплотную прилегают к центральному цилиндру 412С, и второй комплект цилиндров 412А, 412Е, которые удалены на один цилиндр от центрального цилиндра 412С. Этап 510 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.As shown, one embodiment of the
Второй этап 520 включает одновременную нагартовку первого комплекта цилиндров 412В, 412D без нагартовки центрального цилиндра 412С и второго комплекта боковых цилиндров 412А, 412Е. Этап 520 включает одновременное приложение гидростатического давления только к первому комплекту боковых цилиндров 412В, 412D, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.The
Третий этап 520 включает одновременную нагартовку второго комплекта боковых цилиндров 412А, 412Е без нагартовки центрального цилиндра 412С и первого комплекта боковых цилиндров 412В, 412D. Этап 530 включает одновременное приложение гидростатического давления на второй комплект боковых цилиндров 412А, 412Е, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.The
Дополнение этапа нагартовки может быть выполнено для каждого, последовательно добавляемого к центральному цилиндру 412С, комплекта боковых цилиндров. В этом варианте последовательность выполнения этапов 510, 520, 530 может быть изменена на обратную и/или выполнена в любом порядке. Несмотря на то что примерные значения давления нагартовки приведены выше, другие подходящие значения давления могут быть использованы, даже те, которые выходят за вышеупомянутые пределы. В этом варианте оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, как описано выше.The addition of the fretting step can be performed for each set of side cylinders sequentially added to the
Фиг.6 иллюстрирует многоступенчатый способ 600 для предварительной обработки гидравлической части 18 многоцилиндрового плунжерного насоса, имеющего, по меньшей мере, три цилиндра гидравлической части. Как показано в одном варианте, первый этап 610 включает одновременную нагартовку всех цилиндров в гидравлической части (например, все цилиндры 12А, 12В, 12С в трехцилиндровом насосе на фиг.1 или все цилиндры 412А, 412В, 412С, 412D, 412Е в пятицилиндровом насосе на фиг.4). Этап 610 включает одновременное приложение гидростатического давления ко всем цилиндрам, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.6 illustrates a
Второй этап 620 включает нагартовку только центрального цилиндра (например, центральный цилиндр 12В в трехцилиндровом насосе на фиг.1 или центральный цилиндр 412С в пятицилиндровом насосе на фиг.4). Этап 620 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм. Несмотря на то что примерное давление нагартовки дано выше, другие подходящие значения давления могут быть использованы, даже те, которые выходят за вышеупомянутые пределы. В этом варианте оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, как описано выше.The
В результате каждого из описанных выше многоступенчатых способов 300, 500, 600 нагартовки распределение остаточного напряжения в предварительно обработанном насосе улучшается по сравнению с одноэтапным способом, приводящим к большим зонам остаточных напряжений сжатия в центральном цилиндре. Это сводит к минимуму растягивающее напряжение, которое испытывает гидравлическая часть насоса во время качания насосом, приводящее к увеличению срока эксплуатации гидравлической части. Несмотря на то что вышеупомянутые рассуждения относились главным образом к использованию многоступенчатого способа нагартовки для предварительной обработки многоцилиндровых насосов, которые применяются для гидравлического разрыва пласта, такой предварительно обработанный насос может быть использован для любой другой подходящей цели. Например, типичное применение в нефтяной промышленности включает применение в гибких насосно-компрессорных трубах и применение для цементирования скважин среди других подходящих применений.As a result of each of the multi-stage high-pressure hardening methods described above 300, the residual stress distribution in the pre-treated pump is improved compared to the single-stage method, resulting in large areas of residual compression stresses in the central cylinder. This minimizes the tensile stress experienced by the hydraulic part of the pump while pumping, leading to an increase in the life of the hydraulic part. Despite the fact that the above considerations relate mainly to the use of a multi-stage pre-treatment for pre-treatment of multi-cylinder pumps that are used for hydraulic fracturing, such a pre-treated pump can be used for any other suitable purpose. For example, typical applications in the oil industry include applications in flexible tubing and cementing applications, among other suitable applications.
Предшествующее описание было представлено со ссылкой на предпочтительный в настоящее время вариант изобретения. Специалисты в этой области, к которым обращено это изобретение, оценят, что дополнения и изменения в описанных структурах и методах действия могут выполняться без значительного отступления от границ и духа этого изобретения. Соответственно предшествующее описание не должно быть прочитано только в отношении точных структур, описанных и показанных в прилагаемых чертежах, но скорее должно быть прочитано в соответствии и как поддержка для последующих формул, которые представляют наиболее полный и подробный их объем.The foregoing description has been presented with reference to the currently preferred embodiment of the invention. Those skilled in the art to whom this invention is directed will appreciate that additions and changes to the described structures and methods of action can be made without significantly departing from the boundaries and spirit of this invention. Accordingly, the foregoing description should not be read only in relation to the exact structures described and shown in the accompanying drawings, but rather should be read in accordance and as support for the following formulas, which represent the most comprehensive and detailed scope thereof.
Claims (28)
приложение гидростатического давления на центральный цилиндр для создания в нем сжимающего остаточного напряжения;
сброс гидростатического давления на центральном цилиндре;
приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра для создания в них сжимающих остаточных напряжений;
сброс гидростатического давления на двух боковых цилиндрах, при этом приложение гидростатического давления на центральный цилиндр выполняется независимо от приложения гидростатического давления на два боковых цилиндра.6. A multi-stage method for pretreatment of the hydraulic part of a three-cylinder pump containing a central cylinder and two side cylinders, comprising the following stages:
applying hydrostatic pressure to the central cylinder to create a compressive residual stress in it;
discharge of hydrostatic pressure on the central cylinder;
applying hydrostatic pressure to two side cylinders to create compressive residual stresses in them;
the discharge of hydrostatic pressure on the two side cylinders, while the application of hydrostatic pressure on the Central cylinder is performed regardless of the application of hydrostatic pressure on the two side cylinders.
нагартовка центрального цилиндра;
нагартовка первого комплекта, состоящего, по меньшей мере, из двух комплектов боковых цилиндров;
нагартовка второго комплекта, состоящая из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, при этом нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки первого и второго комплектов, состоящих из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров.11. A multi-stage method for pre-treatment of the hydraulic part of a multi-cylinder plunger pump containing a Central cylinder and at least two sets of side cylinders, containing the following stages:
fretting of the central cylinder;
hardening of the first set, consisting of at least two sets of side cylinders;
hardening of the second set, consisting of at least two sets of side cylinders, wherein the hardening of the central cylinder is performed independently of the hardening of the first and second sets, consisting of at least two sets of side cylinders.
одновременное приложение первого гидростатического давления ко всем, по меньшей мере, трем гидравлическим частям цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;
сброс гидростатического давления на всех, по меньшей мере, трех гидравлических частях цилиндров;
приложение второго гидростатического давления на центральный цилиндр, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;
сброс гидростатического давления на центральном цилиндре, при этом приложение первого гидростатического давления выполняется независимо от приложения второго гидростатического давления.24. A multi-stage method for pretreatment of the hydraulic part of a multi-cylinder plunger pump containing at least three hydraulic parts of the cylinders, comprising the following stages:
simultaneous application of the first hydrostatic pressure to all at least three hydraulic parts of the cylinders to create a compressive residual stress in them;
discharge of hydrostatic pressure on all at least three hydraulic parts of the cylinders;
applying a second hydrostatic pressure to the central cylinder of at least three hydraulic parts of the cylinders to create a compressive residual stress in them;
the discharge of hydrostatic pressure on the Central cylinder, while the application of the first hydrostatic pressure is performed regardless of the application of the second hydrostatic pressure.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US80562106P | 2006-06-23 | 2006-06-23 | |
| US60/805,621 | 2006-06-23 | ||
| US11/558,261 | 2006-11-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007123573A RU2007123573A (en) | 2008-12-27 |
| RU2358157C2 true RU2358157C2 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=39094252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123573/06A RU2358157C2 (en) | 2006-06-23 | 2007-06-22 | Method for preliminary treatment of hydraulic part of pump (versions) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101126118A (en) |
| RU (1) | RU2358157C2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103707133A (en) * | 2013-12-17 | 2014-04-09 | 湘潭大学 | Efficient and low-damage high-static hydraulic pressure grinding method for engineering ceramics |
| CN109296525B (en) * | 2018-12-18 | 2024-06-04 | 中国有色(沈阳)泵业有限公司 | Diaphragm pump propelling liquid cavity |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB627162A (en) * | 1946-07-18 | 1949-07-29 | Ljungstroms Angturbin Ab | Improvements in rotary devices of the helical screw wheel type |
| RU2203435C2 (en) * | 2001-05-03 | 2003-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синергия-Н" | Plunger pump |
| JP2005095923A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Toyota Motor Corp | Cylinder block manufacturing method |
-
2007
- 2007-06-22 RU RU2007123573/06A patent/RU2358157C2/en not_active IP Right Cessation
- 2007-06-25 CN CNA2007101464056A patent/CN101126118A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB627162A (en) * | 1946-07-18 | 1949-07-29 | Ljungstroms Angturbin Ab | Improvements in rotary devices of the helical screw wheel type |
| RU2203435C2 (en) * | 2001-05-03 | 2003-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синергия-Н" | Plunger pump |
| JP2005095923A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Toyota Motor Corp | Cylinder block manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007123573A (en) | 2008-12-27 |
| CN101126118A (en) | 2008-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2592664C (en) | Autofrettage process for a pump fluid end | |
| CN102575668B (en) | Pump body | |
| US11828282B2 (en) | Suction cover assembly for reciprocating pumps | |
| US12421947B2 (en) | Actuator for a reciprocating pump | |
| CA2771035C (en) | Pump body | |
| CA2921909C (en) | Housing for high-pressure fluid applications | |
| US20110255993A1 (en) | Precompression effect in pump body | |
| US20240200666A1 (en) | Systems, assemblies, apparatuses, and methods providing enhanced engagement between valve bodies and valve seals | |
| US20190247957A1 (en) | Improving service life of pump fluid ends | |
| SG173985A1 (en) | Precompression effect in pump body | |
| RU2389902C2 (en) | Delivery part of reciprocating pump (versions) and method for carrying out operations in oil well with such pump | |
| RU2358157C2 (en) | Method for preliminary treatment of hydraulic part of pump (versions) | |
| RU22204U1 (en) | SURVIVING PUMP COMPRESSOR | |
| JP2004324497A (en) | Rotation-to-straight converter and fuel injection pump | |
| CN204591608U (en) | A kind of fluid pump | |
| US20230279760A1 (en) | Fluid End Assembly for Delivery of Fracture Fluid | |
| US20250354546A1 (en) | Controlling suction valves of a fluid pump | |
| RU2296240C1 (en) | Method of differential pressure feeding of gas or gas-liquid mixture by means of pass-through liquid piston |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170623 |