[发明专利]一种超高压泵头体自增强的自紧密封与应力测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高压泵头体自增强的自紧密封与应力测试装置，属超高压容器的泵头体自增强技术领域。

背景技术

在石油与天然气开采中，油气井与油气层之间的孔隙不发达或者被堵塞，会严重影响油气井的产量。因此，有必要人为地改善油气层的物理结构，扩大、延伸、疏通地层孔隙，降低油气流动阻力，提高地层渗透能力。实践证明，压裂工艺是实现此目的的最有效的措施之一。实施压裂作业的最主要设备是压裂泵，而压裂泵的泵头体是价格昂贵的易损件。泵头体的内腔结构复杂，工作时承受100MPa以上超高压脉动循环的压裂液作用，在交变应力与腐蚀介质的作用下，其内腔的相贯线附近应力集中现象明显，容易萌生疲劳裂纹并迅速扩展。

自增强处理是提高泵头体疲劳强度的一种有效措施，其实质是对服役前的泵头体施加比工作压力高得多的内压（400～500MPa），使内层材料在超高压液体的作用下发生塑性变形，而外层材料仍处于弹性变形阶段，在内部高压卸除后，外层材料压缩内层材料，使内腔表面产生残余压应力。残余压应力的存在可以部分抵消泵头体内腔中的介质压力影响，因此，泵头体整体应力分布更加均匀，特别是能改善泵头体中相贯线处的应力集中状况，从而使得构件的疲劳强度得以大幅度提高。

采用液压油加压是目前最适合泵头体自增强的加压方式，即把泵头体内部十字交叉孔的四个方向堵塞密封后，向其内部注入高压液体。一方面，由于泵头体实施自增强的工艺步骤处于内腔已基本成型之后，使得密封方式、承压区域和变形区域受限，很难做到既方便、安全、可靠地实现密封和加压，又能使泵头体受到的变形影响最小；另一方面，在泵头体自增强加压过程中，腔体内表面相贯线区域的应力变化和残余应力值是重要数据，准确测量超高压腔体内表面的应力值并传输到泵头体外，难度很大。以上两方面的技术难题限制了自增强技术在泵头体上的应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对超高压泵头体自增强技术的密封和测试难题，提供一种整个装置的各密封面都采用锥面硬密封，当泵头体内腔中的液压力越高时密封面上的压力越大，能够确保超高压下的密封可靠性。且具有安装方便、初始预紧力可控、接线方便快捷等特点的超高压泵头体自增强的自紧密封与应力测试装置。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该超高压泵头体自增强的自紧密封与应力测试装置由超高压泵头体、水平密封锥杆、信号引出密封锥、水平密封调整杆、O型密封圈、信号引出杆、有机玻璃密封锥环、快插拔接头、高强度漆包线、应变片和接线过渡板构成，其特征在于：

超高压泵头体内制作有水平和垂直相交的十字形通孔，水平通孔的左端为柱塞腔，右端为堵头腔，左端柱塞腔内安装有水平密封锥杆，右端堵头腔内安装有水平密封调整杆，水平密封锥杆和水平密封调整杆通过螺纹连接，水平密封调整杆的右端由里向外依次装有密封平垫片、外锥面密封环、内锥面密封环、环孔轴向挡圈组合和外锥面螺母，环孔轴向挡圈组合由两片环孔轴向C形挡片和两片环孔轴向D形挡片组成，水平密封调整杆的右端通过外锥面密封环和内锥面密封环径向支撑在超高压泵头体上；

垂直通孔的上端为排出腔，下端为吸入腔，排出腔和吸入腔内分别装有信号引出密封锥，信号引出密封锥通过预紧带孔盘和预紧拉力螺栓固定在超高压泵头体上；信号引出密封锥上通过六角薄螺母和尼龙垫片固装有信号引出杆，信号引出杆上套装有O型密封圈和有机玻璃密封锥环，信号引出杆的顶部和底部插接有快插拔接头，底部的快插拔接头上安装有高强度漆包线；高强度漆包线的另一端连接有应变片和接线过渡板，应变片和接线过渡板粘贴在超高压泵头体内腔的十字形通孔的相贯线处，其上覆盖有松香与凡士林混合剂的防护层。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1、本发明由于各密封面都为锥面硬密封，泵头体内腔中的液压力越高密封面上的压力越大，能够确保超高压下的密封可靠性。且各密封面在低压或无压状态时的密封性，可在组装时由螺纹预紧力的大小来控制。

2、通过锥面密封可以将液压力分解成轴向和径向两个分力，减小泵头体密封面附近的局部应力，可有效保护泵头体的材料和内径圆柱度。

3、采用环孔轴向挡圈组合与外锥面螺母配合使用，实现了轴向定位，挡圈可加厚、加宽，使其具有足够的强度；而且环孔轴向挡圈组合安装所需要的环形空间小，安装方便。

4、通过采用有机玻璃密封锥环、O型密封圈和导线引出杆组合使用，解决了从超高压密封容器中引出导线，实时测试器壁应力的难题，对泵头体自增强实施过程的闭环控制提供了直接数据。

附图说明