[实用新型]水力活塞泵换向阀

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水力活塞泵的换向阀，特别是一种换向阀的运动副采用动态密封的，应用于油田进行抽油作业的用水作动力液的水力活塞泵换向阀。

背景技术

水力活塞泵系统是一种液压传动的无杆抽汲设备，是一种用于从地下深孔中抽采石油的设备，它是由地面动力泵将动力液增压后经油管或专用通道泵入井下驱动油缸中的活塞和换向阀，实现液马达做上下往复运动，通过井下柱塞泵进行抽汲作业的泵，是一种专门的深抽设备。水力活塞泵系统由井下部分、地面部分和中间部分组成，其中中间部分指动力液管管道以及被抽汲的液体和乏动力液输送管道；地面部分由动力泵、控制阀及动力液处理设备组成，用于供给和处理动力液；井下部分水力活塞泵是水力活塞泵系统的主体，本实用新型涉及水力活塞泵关键元件换向阀。

水力活塞泵抽油是油田采油使用的主要方式之一，其工作方式严格意义上说属于液压应用领域，其工作介质的压力高达几十MPa。水力活塞泵的液压源在地面，水力活塞泵的工作端则在几千米的井下，水力活塞泵的结构是用液力驱动液压往复马达，实现柱塞泵抽油，液压往复马达核心部件是换向阀，它用液力驱动，控制液压往复马达往复运动。换向阀控制高低压液体有序流动，换向阀在工作时既要频繁灵活运动，同时又要保持在高压状态下运动面不能有泄漏。现有技术水力活塞泵的换向阀是采用刚性的间隙密封，即在运动副间保留适当的间隙，以保证其可以灵活运动，同时避免动力介质从运动间隙泄漏，高压状态下对换向阀运动副间隙有极严格的要求。由于通常的液压系统用油作动力介质，液压油的黏度大，润滑性能好，可以满足在高压条件下能正常灵活运动同时运动面泄漏很小的使用要求。同时，由于油膜的润滑保护作用使换向阀能长期频繁运动不产生过度的磨损。例如按相关的技术规范要求水力活塞泵的配合间隙为0.005mm，这是一个加工精度要求极高的配合间隙。现有技术中用油作为工作介质为时能完全保障水力活塞泵换向阀的正常工作。但用水作动力介质时传统的水力活塞泵换向阀不能满足实用要求，因为水的黏度很小，流动性很好，在井下高温条件下其表面张力急剧减小，流动性加强，以致在高压条件下渗漏严重。另外，采用水作为水力活塞泵工作介质时，在频繁的换向运动条件下，水的润滑性能十分有限，造成换向阀配合面磨损严重，实际运行时当密封间隙因磨损增大到0.1毫米时换向阀就已不能正常工作。当以水为工作介质时换向阀的工作寿命很短，在运行不长时间就无法满足间隙配合的条件。现有技术中使用了各种耐磨损的处理方法之后依然达不到实用要求。因此通常的水力活塞泵无法使用水作动力液。实际应用的水力活塞泵多采用井下抽上来的石油作动力液，或者使用加添加剂的水基动力液作水力活塞泵高压动力介质，用这些动力介质大幅度提高了设备运行费用。此外，水力活塞泵的关键部件换向阀在油井中小尺寸、高压、润滑条件不良及频繁运动条件下故障率高、寿命短，在几十MPa高压下，要求换向阀不漏液必须在多个间隙配合面有极高的动态配合间隙，对机械加工和耐磨损提出极高的要求，因此造成了设备价格高、运行费用高、寿命短的特点，大大限制了水力活塞泵的应用。采油区域的水力活塞抽油泵由于特定的使用条件均希望用水作为动力介质，但这需要解决水力活塞泵用水作动力液动配合面密封的问题，既要解决高压条件下水的动密封，同时要在动密封的前提下使动密封有一定耐磨损能力。迄今为止在水力活塞泵采油设备上所采用的各种技术仍无法解决这些问题。

从原理上说水力活塞抽油泵是一种理想的油田抽油设备，具有效率高、抽汲深度深，省去抽油杆，适合于平井、斜井抽油等一系列优点。但水力活塞泵设备存在价格高、运行费用高、设备正常运行寿命短的不足，这些问题大大限制了水力活塞泵在油田抽油作业中的应用。如进入21世纪，我国大部分油田已处于开发后期，油田供液能力明显不足，产出液中含水量不断增加，以石油为动力液的水力活塞泵的工况变劣，用水力活塞泵采油变的更为困难，最终水力活塞泵在国内退出正常使用。

在油田的开发深度和广度不断扩大的情况下，对石油开采设备提出了更高的要求。目前抽油设备性能与人们期望值有较大差别，提高抽油设备性能是世界性的科研课题，在过去相当长的时间里抽油设备的工作原理和应用方法没有大的突破，技术性能只在局部范围改进与完善，国内抽油设备主要是企业仿制改进国外产品，由于企业众多，缺乏主流产品，与国外产品尚有较大差距。目前常用的采油设备仍是常规的抽油效率低下的游梁式抽油机，尽管采取了各种措施，但仍无法解决常规游梁式抽油机效率低下的问题，这类设备在石油开采领域占据主要地位，统计资料表明，有杆抽油方法在我国的石油开采中所占比例为90%-97%。