При бурении нефтяных скважин трёхцилиндровый буровой насос является основным оборудованием для повышения давления, и его ключевые компоненты напрямую влияют на эффективность и безопасность бурения. Шток поршня и его фиксатор являются ключевыми компонентами, обеспечивающими стабильную работу бурового насоса. Ниже представлен подробный профессиональный анализ:

Ⅰ. Шток поршня трехсекционного бурового насоса

1. Основная структура

The Поршневой шток для поршневого насоса с тремя цилиндрами обычно имеет ступенчатую цилиндрическую конструкцию, состоящую из корпуса стержня, секции соединительной резьбы, секции сопряжения уплотнения и направляющей секции:

• Тело стержня: Основная несущая часть, требующая высокой прочности и усталостной стойкости.
• Раздел соединительной резьбы: Соединяется с поршнем гидравлической части или крейцкопфом приводной части. Точность резьбы должна соответствовать стандартам API (например, API Spec 7K) для обеспечения надёжности соединения.
• Секция стыковки уплотнений: Контактирует с уплотнениями гильз цилиндров. Шероховатость поверхности должна контролироваться в пределах Ra 0,8–1,6 мкм для обеспечения герметичности и предотвращения утечки грязи.
• Раздел руководства: Помогает штоку поршня совершать возвратно-поступательные движения внутри гильзы цилиндра, снижая риск эксцентрикового износа.

2. Выбор материала

Чтобы адаптироваться к суровым условиям высокого давления (обычно 15–35 МПа) и бурового раствора с высоким содержанием песка при бурении нефтяных скважин, материалы поршневых штоков должны соответствовать:

• Базовый материал: легированная сталь 42CrMo (предел прочности на растяжение ≥1080 МПа, предел текучести ≥930 МПа), подвергнутая закалке и отпуску (твердость 28~32HRC) для обеспечения комплексных механических свойств.
• Обработка поверхности: Применяется плазменная сварка на основе никелевого сплава или индукционная закалка, что позволяет достичь твердости поверхности HRC 55~60 и сформировать износостойкий слой толщиной 50~100 мкм.

3. Принцип работы

Приводится в действие коленчатым валом в приводной части трехсекционный буровой насос, шток поршня передает возвратно-поступательное движение через буровой насос крейцкопф, толкая поршень на конце жидкости, чтобы поочередно завершить всасывание ход (буровой раствор поступает в гильзу цилиндра из всасывающей трубы) и ход нагнетания (буровой раствор под высоким давлением выбрасывается через выпускной клапан в систему циркуляции бурового раствора), реализуя непрерывную транспортировку бурового раствора под давлением.

4. Основные технические параметры

• Длина хода: Обычный диапазон 160~300 мм, влияющий на рабочий объем одноцилиндрового двигателя.
• Скорость возвратно-поступательного движения: 0~150 циклов/мин, регулируется скоростью дизельного двигателя или электродвигателя.
• Максимальное рабочее давление: Должно соответствовать условиям бурения, обычно 20 МПа или 35 МПа; насосы высокого давления могут достигать 70 МПа.
• Ошибка прямолинейности: ≤0,05 мм/м, чтобы избежать эксцентрикового износа гильзы цилиндра во время работы.

5. Виды отказов

• Поверхностный износ: Истирание сопрягаемой секции уплотнения, вызванное попаданием частиц песка в грязь или трением об уплотнения, что приводит к утечке грязи.
• Усталостный перелом: При высокочастотных возвратно-поступательных нагрузках в зонах концентрации напряжений, таких как переходы резьбы или тело стержня, легко возникают усталостные трещины, что в конечном итоге приводит к разрушению.
• Коррозионные повреждения: Коррозия под напряжением, вызванная сероводородом (SSC), или питтинговая коррозия, особенно подверженная возникновению в кислых средах бурового раствора.

6. Требования к техническому обслуживанию

• Регулярный осмотр: Измеряйте износ поверхности каждые 500 часов работы. Повторное хромирование требуется, если износ хромового покрытия превышает 50%.
• Проверка резьбы: Используйте резьбовые калибры для проверки точности резьбы; немедленно замените, если обнаружено соскальзывание или деформация резьбы.
• Неразрушающий контроль: Используйте магнитопорошковый контроль (МПК) или капиллярный контроль (КПК) для проверки наличия трещин в теле стержня, чтобы убедиться в отсутствии скрытых дефектов.

Ⅱ. Зажим штока поршня трёхсекционного бурового насоса

The Зажим штока поршня трехсекционного бурового насоса Специальный инструмент для обслуживания, монтажа и испытания буровых насосов. Он используется для точного позиционирования и крепления штока поршня, обеспечивая безопасность и точность при разборке, сборке и обслуживании.

1. Основные функции

Зажим штока поршня в основном используется для технического обслуживания и ремонта трёхпоршневых буровых насосов. При замене поршней, уплотнений, а также при осмотре/ремонте штока поршня он надёжно фиксирует шток в определённом положении, предотвращая его смещение и упрощая работу оператора. Кроме того, при установке штока поршня зажим помогает точно позиционировать его, обеспечивая соосность с другими компонентами, повышая точность сборки и снижая количество отказов оборудования, вызванных неправильной сборкой.

2. Распространенные типы

• Зажим с болтовым зажимом: фиксирует шток поршня посредством затягивания болтов. Обычно состоит из двух полукольцевых зажимных корпусов, внутренние поверхности которых соответствуют наружной поверхности штока поршня, обеспечивая надёжность и равномерность зажима. Во время зажима вращайте болты, чтобы оба зажимных корпуса постепенно сомкнулись и удерживали шток поршня.
• Гидравлический зажимной зажим: использует давление гидравлической системы для зажима штока поршня. Обладает большим усилием зажима и удобством эксплуатации, подходит для фиксации штоков поршней больших трёхцилиндровых буровых насосов. Обычно состоит из гидравлических цилиндров, зажимных губок и т.д. Приводит зажимные губки в действие, зажимая шток поршня посредством давления гидравлического масла, толкающего поршень цилиндра.
• Магнитный зажим: Крепится к поверхности штока поршня с помощью магнитной адсорбции. Этот тип зажима отличается простой конструкцией, лёгкостью монтажа и демонтажа, но относительно небольшим усилием зажима, что обычно подходит для небольших трёхпоршневых буровых насосов или случаев, когда требуется небольшое усилие зажима.

3. Структурный состав

• Зажимной механизм: Включает в себя губки и винтовой/гидравлический цилиндр. Губки покрыты медными или резиновыми накладками, чтобы предотвратить повреждение поверхности штока поршня во время зажима.
• База поддержки: Изготовлен из чугуна или сварной стальной пластины, обеспечивающей достаточную жесткость (деформация ≤0,1 мм). Основание оснащено выравнивающими болтами для адаптации к различным рабочим платформам.
• Позиционирующие и направляющие компоненты: Например, V-образные блоки (угол 90° или 120°) и масштабные линейки, используемые для позиционирования оси поршневого штока.

4. Требования к материалам

• Тело челюстиМатериал: сталь 45#, подвергнутая закалке и отпуску (твёрдость 22–25HRC). Материал футеровки – износостойкий чугун или полиуретан (твёрдость по Шору 85–90).
• Структура поддержки: Стальная пластина Q235B, сваренная и затем состаренная для устранения внутренних напряжений и предотвращения деформации.

5. Эксплуатационные характеристики

• Перед зажимом очистите поверхность штока поршня от масляных пятен и грязи, чтобы обеспечить плотный контакт между зажимом и штоком и улучшить эффект зажима.
• При зажиме прилагайте равномерное усилие, чтобы предотвратить изгиб штока поршня (особенно для тонких штоков). Для гидравлических зажимов давление следует контролировать на уровне 70–90 % от номинального значения.
• Во время разборки/сборки резьбы наносите на нее смазку (например, литиевую смазку с противозадирными свойствами), чтобы избежать ее заедания.

6. Отраслевые стандарты

Необходимо соответствовать соответствующим стандартам для нефтебурового оборудования, таким как:

• Требования безопасности к инструментальным зажимам в API Spec 7K 《Спецификация на оборудование для бурения и обслуживания скважин》.
• Правила использования инструментов для технического обслуживания в SY/T 5225 《Технический регламент по предупреждению пожаров и взрывов при бурении, разработке, хранении и транспортировке нефти и газа》.

3. Соотношение и важность штока поршня и зажима

В системе трёхпоршневого бурового насоса характеристики штока напрямую определяют стабильность рабочего объёма и выходную мощность насоса, а фиксатор штока является ключевым вспомогательным устройством, обеспечивающим точность установки штока и продление срока службы. Основные требования к их взаимодействию включают:

• Точность позиционирования зажима должна соответствовать требованиям прямолинейности и соосности штока поршня, чтобы избежать преждевременного износа, вызванного ошибками монтажа.
• Метод зажима зажима должен соответствовать характеристикам материала штока поршня, чтобы предотвратить повреждение поверхности, влияющее на эффективность уплотнения.

В условиях высокого давления и высокого риска при бурении нефтяных скважин высококачественные поршневые штоки и стандартизированное использование зажимов являются важными гарантиями сокращения простоев насосов из-за отказов и снижения затрат на бурение, играя незаменимую роль в повышении непрерывности и безопасности буровых работ.