鉆井泵液力端失效原因分析,、結(jié)構(gòu)設(shè)計及新技術(shù)應(yīng)用
(1)泵頭失效分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)泵頭失效分析
泵頭失效的主要原因有:①泵頭內(nèi)腔均受到泥漿和海水腐蝕介質(zhì)的侵蝕,。②泵頭表面發(fā)生變化的相貫線部分除受到與腔內(nèi)其他各處表面相同的交變載荷外，還由于應(yīng)力集中而存在著較大的拉應(yīng)力,，使其平均拉應(yīng)力和大拉應(yīng)力都大于泵頭腔體表面的其他區(qū)域，因此腐蝕疲勞裂紋首先在此處形成,。由于泵頭一直處于平均壓力不為零的狀態(tài)下，使裂紋始終處于張開狀態(tài),，腐蝕介質(zhì)極易進入裂紋尖端,，從而加速了腐蝕疲勞的擴展,。從腔體內(nèi)表面的蝕坑,、宏觀斷口的海灘波紋,，微觀斷口的腐蝕疲勞輝紋，品界面上的腐蝕斑點和微坑,，斷面上的泥狀總樣及多條裂紋源等,，充分證明泵頭失效系腐蝕疲勞失效,。
2)泵頭結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)以上研究結(jié)果,，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時相貫線處應(yīng)盡量以大圓角過渡，嚴格控制加工質(zhì)量,，降低應(yīng)力集中;疲勞腐蝕主要與環(huán)境特性有關(guān)，可采用適當?shù)谋砻鎻娀に�,、表面涂鍍等工藝措施�?br />
(2)缸套磨損機理研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計及表面處理技術(shù)的應(yīng)用
1)磨損原因分析
鉆井泵運行時,，缸套內(nèi)壁與活塞外圓材料會產(chǎn)生磨粒磨損,、粘著磨損,，磨粒磨損是其主要磨損形式,。而這些磨粒主要是泥漿液中含有來自地層的各種礦物硬料,，其中以石英硬粒為主,。石英是六方品系的致密結(jié)晶體，泥漿中的石英粒子尺寸一般為0. 09-0. 3mm,，硬度高達750. 1300HV,。當活塞在缸套中往復(fù)運動時,，這些堅硬礦物粒子就對缸套內(nèi)壁產(chǎn)生犁耘刮擦的作用，產(chǎn)生拉傷犁溝,。當犁溝尺寸較大時，高壓鉆井液將泄漏,，并沖刷缸套內(nèi)壁，進而出現(xiàn)更嚴重的侵蝕條件下的三體硬粒磨損,，使缸體、活塞,、缸套在短期內(nèi)失效,。
2)結(jié)構(gòu)設(shè)計雙金屬缸套的優(yōu)點在于它的抗腐蝕性,，抗研磨性，很好的磨合性及工作表面的高光滑度,。缸套采用雙金屬制作,，外套用45鋼,，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理獲得回火索氏體組織,，具有較好的綜合性能。其內(nèi)層為高鉻白口合金鑄鐵,，高鉻鑄鐵缸套失效的特點是:馬氏體基體的磨損及就凸出的碳化物的折斷和脫落,，交替發(fā)生直至失效,。碳化物的折斷和脫落是缸套磨損失效的主要機制,，為了提高缸套壽命,，必須控制碳化物的折斷和脫落的速率,，優(yōu)選合適的缸套表面硬度有效地提高高鉻鑄鐵套壽命,�,？刹捎秒x心澆注,，經(jīng)淬火+回火處理，獲得馬氏體+合金碳化物+殘留奧氏體組織,，硬度61^-68HRC,，加工內(nèi)襯內(nèi)孔時盡量控制內(nèi)壁加工余量小于5mm，以保留澆鑄后的細品區(qū),。
3)表面處理技術(shù)
因鉆井泵與泥漿接觸，在工作過程中一直承受著強烈的0*粒肺損,，使其壽命極低,，原材料大量消耗，生產(chǎn)設(shè)備工時嚴重浪費,，維修費用大量增加和鉆井效率大幅度降低。據(jù)統(tǒng)計,，平均每支鉆井隊每年消耗缸套約100-200個。目前我國石油工,，III有】000多支鉆井隊,。這樣，全國鉆井隊每年僅缸套消耗就超過1億多元,，而且更換費工費時。鉆井泵修理工時約占1部鉆機總修理工時的1/2,。在鉆1口井的總時間內(nèi)，因鉆井泵等設(shè)備的易損件壽命太低,，而使所需的停機修理時間占到12%-15%，相當于1個井隊侮年少鉆井1500-2000m,。因此,，提高缸套的使用壽命,，可大幅提高鉆井進尺,。
可采用激光滲硼、激光熔覆制備高硬度耐磨涂層,、二次強化、表面自增強等技術(shù),。
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