一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵.pdf

本发明公开了一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，属于一种钻井用的往复式活塞泵，目的是减少其余隙容积，提高输送含气钻井液的泵效，包括设置在阀箱一端的单向吸入阀总成、设置在阀箱另一端的单向排出阀总成、设置在上述两者之间的活塞和活塞外的缸套，以及阀箱内位于单向吸入阀总成、单向排出阀总成和活塞之间的余隙，相对于现有往复式钻井泵，所述单向吸入阀总成倒置，单向排出阀总成的下端位于支撑其的阀箱口与缸套齐平处，余隙内安置有填块，该填块分别设置有互通的进入流道、排出流道和通缸流道，进入流道与单向吸入阀总成相通，排出流道与单向排出阀总成相通，通缸流道与缸套相通。

1、  一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，包括设置在阀箱一端的单向吸入阀总成、设置在阀箱另一端的单向排出阀总成、设置在上述两者之间的活塞和活塞外的缸套，以及阀箱内位于单向吸入阀总成、单向排出阀总成和活塞之间的余隙，其特征在于，所述单向吸入阀总成倒置，单向排出阀总成的下端位于支撑其的阀箱口与缸套齐平处，余隙内安置有填块，该填块分别设置有互通的进入流道、排出流道和通缸流道，进入流道与单向吸入阀总成相通，排出流道与单向排出阀总成相通，通缸流道与缸套相通。

2、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述余隙内设置有定位块，填块的对应位置处设置有与该定位块匹配的定位凹部。

3、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述单向吸入阀总成倒置是指其阀杆和弹簧倒置，其阀杆和阀盘构成“T”形。

4、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述单向吸入阀总成包括阀杆、阀盘和弹簧，阀盘上侧连接有压帽，压帽与阀盘之间设置有减振块，阀盘下侧连接阀杆，减振块和阀盘两者的外沿与阀箱之间设置有阀座，阀杆外侧位于阀盘处套有导向套，弹簧套在导向套外侧的阀杆上，阀杆外端连接有弹簧座，弹簧的一端座于弹簧座上，另一端座于阀箱上。

5、  如权利要求4所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述弹簧座上开有孔。

6、  如权利要求4或5所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述阀盘与压帽可拆卸连接。

7、  如权利要求6所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述弹簧座和阀杆外端可拆卸连接。

8、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述单向吸入阀总成所处的阀箱向外延伸呈筒状，围在单向吸入阀总成周边，该筒状结构的外端设置有能够密闭该筒状空间的盲板，该筒状结构的周壁上开设有进入口。

9、  如权利要求6所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述单向吸入阀总成所处的阀箱向外延伸呈筒状，围在单向吸入阀总成的弹簧和阀杆周边，弹簧的一端座于该筒状结构的底部，该筒状结构的外端设置有能够密闭该筒状空间的盲板，该筒状结构的周壁上开设有进入口。

10、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述单向排出阀总成所处的阀箱向外延伸呈筒状，围在单向排出阀总成的弹簧和阀杆周边，该筒状结构的周壁上开设有排出口。

11、  如权利要求1所述一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，其特征在于，所述填块内的进入流道内径大于排出流道的内径。

一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵
技术领域
本发明涉及一种往复式泵，尤其涉及一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵。
背景技术
现有钻井用往复式活塞泵的缸内余隙容积普遍较大。
若输送不含气体的钻井液，因输送的介质基本上属于不可压缩介质，故泵的余隙容积对泵的正常工作影响不大。但当输送含气钻井液时，因输送的介质具有很强的可压缩性，排出过程结束后，部分含气钻井液仍残留在缸内余隙容积中不能排出；当下一循环的吸入过程开始后，残留在余隙容积内的高压含气钻井液体积随之膨胀、压力随之降低，直到缸内压力低于吸入管线的压力，低压含气钻井液才能进入缸内，从而大幅度地减少了每一循环实际吸入的液体，泵效很低。
因此现有钻井用往复式活塞泵(或称为往复式钻井泵)在输送含气液体时泵的工况变差，主要表现为泵上水差、剧烈震动、泵效低等严重问题，极端情况下根本无法工作。为了使钻井用往复式活塞泵在输送含气液体时仍能正常工作，就必须大大减少现有钻井泵的余隙容积。
公开号为CN1654780A的中国发明专利申请公开说明书中，公开了通过在往复式钻井泵内设置填块来减少余隙容积，以提高往复式钻井泵输送含气钻井液效率的技术方案，但该说明书中仅公开了一个填块整体置入往复式钻井泵内的技术方案，从其附图3可以看出，这样的技术方案余隙容积的减少有限，而且因该申请中没有对实际的往复式钻井泵进行改进，仅提供了原理概图，本领域的技术人员难以实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的往复式钻井泵，通过结构的改进，更大幅度地减少其余隙容积，进一步提高其输送含气钻井液的泵效。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种应用于输送含气钻井液的往复式钻井泵，包括设置在阀箱一端的单向吸入阀总成、设置在阀箱另一端的单向排出阀总成、设置在上述两者之间的活塞和活塞外的缸套，以及阀箱内位于单向吸入阀总成、单向排出阀总成和活塞之间的余隙，所述单向吸入阀总成倒置，单向排出阀总成的下端位于支撑其的阀箱口与缸套齐平处，余隙内安置有填块，该填块分别设置有互通的进入流道、排出流道和通缸流道，进入流道与单向吸入阀总成相通，排出流道与单向排出阀总成相通，通缸流道与缸套相通。
所述余隙内设置有定位块，填块的对应位置处设置有与该定位块匹配的定位凹部。
所述单向吸入阀总成倒置是指，与现有钻井泵的结构相比，其阀杆和弹簧倒置，其阀杆和阀盘构成“T”形。
所述单向吸入阀总成包括阀杆、阀盘和弹簧，阀盘上侧连接有压帽，压帽与阀盘之间设置有减振块，阀盘下侧连接阀杆，减振块和阀盘两者的外沿与阀箱之间设置有阀座，阀杆外侧位于阀盘处套有导向套，弹簧套在导向套外侧的阀杆上，阀杆外端连接有弹簧座，弹簧的一端座于弹簧座上，另一端座于阀箱上。
所述弹簧座上开有孔。
所述阀盘与压帽可拆卸连接。
所述弹簧座和阀杆外端可拆卸连接。
所述单向吸入阀总成所处的阀箱在该处向外延伸呈筒状，围在单向吸入阀总成周边，该筒状结构的外端设置有能够密闭该筒状空间的盲板，该筒状结构的周壁上开设有进入口。
所述单向吸入阀总成所处的阀箱在该处向外延伸呈筒状，围在单向吸入阀总成的弹簧和阀杆周边，弹簧的一端座于该筒状结构的底部，该筒状结构的外端设置有能够密闭该筒状空间的盲板，该筒状结构的周壁上开设有进入口。
所述单向排出阀总成所处的阀箱在该处向外延伸呈筒状，围在单向排出阀总成的弹簧和阀杆周边，该筒状结构的周壁上开设有排出口。
所述填块内的进入流道内径大于排出流道的内径。
本发明采用上述结构，相对于现有结构，将单向排出阀总成整体下移，使其下端位于支撑其的阀箱口与缸套齐平处，以减少余隙容积；相对于现有结构，通过将单向吸入阀总成的阀杆、弹簧和弹簧座倒置的结构，从而不需要在余隙容积中提供其安装空间，可以将填块设置至其中，以减少余隙容积；通过填块定位结构，一方面保证了填块在阀箱上的定位，另一方面可以使填块可拆卸，在更换单向吸入阀总成时取出填块，得到足够大的工作空间，而在更换完单向吸入阀总成后塞入填块，得到更小的余隙容积；通过在填块中的流道设计，采用足够大的进入流道，以减少吸入时的流动阻力，采用尽可能小的排出流道，以最大程度减少余隙容积。
可见，采用上述结构的本发明，与现有技术相比，在满足往复式钻井泵正常工作的前提下，可以最大限度地减少其余隙容积，进一步提高其输送含气钻井液的泵效。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是现有往复式钻井泵的结构原理简图；
图2是现有往复式钻井泵的结构示意图；
图3是本发明的往复式钻井泵结构原理简图；
图4是本发明的往复式钻井泵结构示意图；
图5是本发明中的填块结构示意图；
图6是本发明中的单向吸入阀总成的结构示意图；
图中标号：1是排出阀的弹簧，2是排出阀的阀盘，3是余隙，4是吸入阀支撑件，5是吸入阀的弹簧，6是吸入阀的阀盘，20是改进前的单向吸入阀总成，21是改进前的单向排出阀总成，26是改进后的单向吸入阀总成，27是改进后的单向排出阀总成，28是填块，29是排出口，30是定位块，31是螺母，32是弹簧座，33是单向吸入阀的弹簧，34是阀座，35是减振块，36是单向吸入阀的压帽，37是螺栓，38是单向吸入阀的阀盘，39是导向套，40是单向吸入阀的阀杆，41是阀箱，42是盲板，43是进入口。
具体实施方式
如图1、图2，现有的往复式钻井泵包括设置在阀箱两端的排出阀总成、吸入阀总成，以及横向设置在两者中间的活塞和套在活塞外的缸套，缸套与排出阀总成、吸入阀总成之间的阀箱相通，在排出阀总成、吸入阀总成和活塞之间形成余隙3，余隙3内设置有吸入阀总成支撑件4，以支撑弹簧5。排出阀总成、吸入阀总成分别都有与阀杆一端连接的阀盘，阀杆外套装有弹簧。
如图1、图2所示，现有的往复式钻井泵的排出阀总成、吸入阀总成的阀盘连接阀杆后都呈倒“T”形。吸入阀总成的阀杆、弹簧位于余隙3内。
显然，上述结构的现有往复式钻井泵具有较大的余隙容积，这主要是为了容纳吸入阀总成的阀杆、弹簧和弹簧座。
上述结构的现有往复式钻井泵要减少其余隙容积，必须进行结构改进。
如图3、图4所示，为了尽可能减少余隙容积，本实施例将单向排出阀总成结构不变，整体下降，使其下端位于支撑其的阀箱口与缸套连接处的齐平位置；并将单向吸入阀总成倒置，即与现有的同类结构相比，使其阀杆和阀盘连接构成“T”形，弹簧一端座于与阀杆外端连接的弹簧座上，另一端座于阀箱上，则可去掉位于余隙内的吸入阀支撑件；余隙内安置填块28成为可能，该填块可以充满余隙，其内部分别开设互通的进入流道、排出流道和通缸流道。进入流道的外端口与单向吸入阀总成的阀盘之间的距离满足单向吸入阀总成正常工作而开启时阀盘的运动行程。如图3、图4所示，由于单向排出阀总成的阀盘在正常工作开启时是向外运动，因此，排出通道的外端口可与阀箱和缸套连接处齐平，以进一步减少余隙容积。
本实施例的具体结构如图4所示，改进后往复式钻井泵包括阀箱41、设置在阀箱41两端的单向排出阀总成27和单向吸入阀总成26、设置在阀箱41中与之相通的缸套和套装在缸套内的活塞，以及设置在单向排出阀总成27、单向吸入阀总成26和活塞之间的余隙，该余隙内安置有填块28。
余隙内的阀箱壁上设置有安装定位块30的凹部，可以将定位块30安装在其内，填块28与之对应位置处设置有与定位块30匹配的定位凹部(如图5所示的右上角处)。定位块与定位凹部相配合，可以实现填块28在阀箱上的定位。
填块28的结构如图5所示，其直径为D、长度为L，进入流道的内径为d3，排出流道的内径为d1，通缸流道的内径为d2。进入流道内径d3大于排出流道的内径d1，可以减少吸入时的流动阻力，并最大限度地减少余隙容积。还可以根据流体力学等基础理论和计算，合理设计上述尺寸，以保证安装填块28后既不影响钻井泵的工作状况，同时又能大大减小钻井泵的余隙容积，从而达到输送含气量较高的钻井液。
如图4所示，单向吸入阀总成26所处的阀箱41向外延伸呈筒状，围在单向吸入阀总成的弹簧和阀杆周边，弹簧的一端座于该筒状结构的底部，该筒状结构的外端设置有能够密闭该筒状空间的盲板42，该筒状结构的周壁上开设有进入口43。
单向排出阀总成27所处的阀箱向外延伸呈筒状，围在单向排出阀总成的弹簧和阀杆周边，该筒状结构的周壁上开设有排出口29。
采用的上述筒状结构，为拆装、维修吸入阀总成、排出阀总成提供了空间，便于进行操作。
倒置的单向吸入阀总成26安装在阀箱41上的结构如图6所示，包括阀杆40、阀盘38和弹簧33，阀盘38上侧通过螺栓37可拆卸连接压帽36，压帽36与阀盘38之间设置有减振块35，阀盘38下侧连接阀杆40，减振块35和阀盘38两者的外沿与阀箱之间设置有阀座34，阀杆40外侧位于阀盘38处套有导向套39，弹簧33套在导向套39外侧的阀杆40上，阀杆40外端连接有弹簧座32，弹簧33的一端座于弹簧座32上，另一端座于阀箱上。
弹簧座32上开有孔，以便在单向吸入阀开启时钻井液可通过这些孔进入，减小钻井液的流动阻力。
本实施例通过对现场配备的往复式钻井泵的改造，大大减小了原泵的余隙容积，使原来泵容积效率低甚至不能输送的介质通过改造后的泵也能满足泵送的要求，实现了高效输送含气钻井液，完成钻井作业，而且改进方法简单、可靠。
在微泡沫钻井中，高效输送含气微泡沫钻井液，将微泡沫钻井液含气量由30％提高到50％，上述改进过的往复式钻井泵仍可保证正常工作。
本发明的一个模拟应用实施例如下：
以3NB-1300三缸单作用泵为例，该泵原设计的余隙容积为7.3升，当经过上述改造后，其余隙容积降为3.3升或者更小，泵的缸径为110mm，标准状态下钻井液的含气量为54％，依然可以保证泵的正常工作。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。