压裂泵液力端产生裂纹的原因及预防措施研究.pdf

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1、压裂泵液力端产生裂纹的原因及预防措施研究刘国川李良其罗俊涛(中国石油集团公司川庆钻探工程有限公司井下作业公司，四川成都610000)摘要：压裂泵的阀箱存在着易受损的特点，且成本费用极高。此部件处于高循环压力载荷工作环境中，受到工作介质的腐蚀，比方说酸亦或是碱液。实际上在各大企业中阀箱受损的情况非常常见，这对企业造成了不小的经济损失。本文简要探索了此部件受损的重要影响因素，然后在此基础上深入剖析了预防阀箱受损的措施，最大限度延长其工作寿命。关键词：压裂泵；液力端；因素；预防措施压裂在石油勘探与开发中属于很有效的途径之一，只是压裂泵液力端因高应力腐蚀

2、而出现开裂等损坏情况，严重影响到其使用寿命，增高了压裂的成本。而伴随油田超深井、高压进等数量的提升，压裂泵承受的工作压力逐渐增强，排放量也慢慢增大，在这种高压、高排情况下，液力端受到的损坏不断加重。因此现阶段液力端损坏问题的原因与预防措施已经成为该领域迫切需要深入研究的重要课题。1液力端受损部位不管是采用进口还是国产的液力端，均会出现不同程度的损坏，在此仅以三缸泵为例进行分析。裂纹出现比较频繁的位置基本上在液力端的三个缸中，其中靠泵排出口所处的缸属于产生裂纹最频繁的一个，其次依次是中缸与吸入缸。而在同缸之中发生裂纹次数较多的部位要数排出阀座锥孔部

3、位、两孔相交之处与吸入阀座锥孔部位。2影响液力端裂纹出现的主要因素大致上可以将导致液力端产生裂纹的原因规划为三大类。首先，液力端受损次数最频繁的属于排除阀锥孔至液缸拐角的部位，究其原因，主要是此孔口处存在的排出阀上总液压力过大而引起较高应力产生的作用。排出阀工作过程中，因持续起落导致小能量多冲击现象，拐角部位应力尤其集中，过大的交变应力与腐蚀介质共同作用下，就极其容易出现裂纹。与之相反，在液力端吸入阀座锥孔部位时，仅阀上面的总液压会产生应力，又由于距交叉拐角的地方相对比较远，所以应力集中对此处而言作用并不大。其次，就是调质过程中容易产生微裂纹。现

4、阶段我国压裂泵液力端选择使用钢材包含了43crNl2MoV、42crMo这两种重要的合金钢。前者比较适用在超过100MPa压力之上的液力端，后者的适用范围与之相反。在调制压裂泵之前，毛坯差不多有2t的重量，而且形状也比较复杂，壁厚不均匀，在进行调制的时候无论是加热还是冷却难以均匀。而且交叉孔连接处存在大量的残余应力，在其定值达到某种程度后就会开裂，然后延伸，直到宏观裂纹呈现出来。发生这样的情况，哪怕出厂时通过试验未检测出裂纹，但因残余应力的影响，不久之后在交变应力与腐蚀介质双重作用力下仍会发生裂纹。最后一种原因便是液力端吸入室里面出现气蚀导致其发

5、生裂纹现象。3预防措施3．1合理选用液力端材质预防要从源头上进行，因此也就必要重视液力端材质问题。通过选择合适的材质，改善钢低温性能，增强其低温韧性。其次也能提升钢抗腐蚀的性能，尤其是对碱液体与酸之类的耐腐蚀程度。以往更多的是对材料强度方面的关注，认为强度越大安全度更高。近年来我国经过对材料断裂韧性方面的大力探究，逐渐了解42CrMo这种型号的合金钢实际上不适宜作为液力端的材料。尽管这种类型的合金钢拥有极高的强度，实际上断韧性并不是很好。相反，高强度的镍钼钢比前者更适合一些，在淬火阶段能够获得针状低碳马氏体。所以，即便镍钼钢的强度没有那么高，那却

6、拥有良好的断裂韧性，反而不容易开裂与扩展。3．2改善加工工艺方法调制之前在对液力端进行粗加工的极端，应最大限度的把其内液流通道加工完善，当然精镗处除外。这样若是粗加工量比较大，就算残余应力较大也在调制过程中被消除。若是量较小，效率与精度比较高，也不会把调质层镗掉，加工的残余应力也比较小。而且通过粗加工，还有利于让工件的壁厚更加均匀，有效确保调质质量。除了进行粗加工之外，还可以对液力端阀座锥孔与交叉相贯的圆弧处进行滚压加工，表面可以冷作强化，同时也能提升其光洁度，降低刀痕的应力集中。3．3预应力处理美国早已经出现了预应力处理这项技术，其主要是对液力

7、端的内腔进行此操作，以此延长其使用年限。此技术的原理即经过对内表面施加超高压的方式，让其形成相应深度的残余压应力层，从而使得内腔处的抗疲劳强度得以有效提升。但是需要注意的是，在进行预应力处理之前，需要对液力端的毛坯、热处理与加工之后的工件展开严格检验，还要通过超声波进行探伤，防止裂纹产生，以免预应力处理过程中，液力端出现爆裂。4结语面临油田超深井与超高压井的陆续增加，压裂泵工作压力的逐渐增大以及排量日益渐多，我国要增强对液力端损坏影响因素的分析。在对其影响因素有了更深入准确了解的基础上，通过合理选择液力端材质，改进加工工艺方法，对液力端内腔进行预

8、应力处理等，逐渐提升液力端的使用寿命。参考文献：【1]杜晓旭．高压压裂泵液力端设计与研究[D]．大连理工大学．2014．【2】曾兴昌．H