CN210317733U - 钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵，涉及油田钻井泵技术领域，解决了现有技术中存在柱塞泵液力端的柱塞、缸套、油封等部件使用寿命短的技术问题。该钻井泵陶瓷缸筒，包括金属外套、设置于金属外套内的陶瓷内套以及设置于陶瓷内套内的陶瓷柱塞，金属外套上设置有润滑油道，润滑油道内设置有润滑机构，用于润滑陶瓷内套与陶瓷柱塞，陶瓷柱塞一端设置有连杆，连杆能够带动柱塞在陶瓷内套内进行往复式运动，且柱塞与连杆通过卡扣连接。本实用新型彻底改变了传统铜环、盘根、柱塞以及筒体的结构，在产品中融合了工业结构陶瓷材料和润滑机构，延长了钻井泵的使用寿命，降低了生产成本。

Description

钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵

技术领域

本实用新型涉及油田钻井泵技术领域，尤其是涉及一种新型钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵。

背景技术

油田注水就是在油田开发过程中，通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。在这个过程中，由于地层压力较大，通常需要采用柱塞泵将地面常压水加压压入地层中，增大地层的油层压力，进而推动地下油层油品的流动，提高油品的采收率。往复式活塞泵主要利用泵阀的吸入排出功能，循环对液体进行吸入和排出，从而达到液体增压的效果。往往为了能够满足现场使用工况，对泵阀的要求很高，要求必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、抗磨性能强、使用寿命长等特点。

但是，目前柱塞泵液力端的柱塞、盘根、油封等部件使用寿命短。因此上述技术问题是本实用新型亟待解决的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵，以解决现有技术中存在柱塞泵液力端的柱塞、缸套、油封等部件使用寿命短的技术问题，本实用新型彻底改变了传统铜环、盘根、柱塞以及筒体的结构，在产品中融合了工业结构陶瓷材料和润滑机构，延长了钻井泵的使用寿命，降低了生产成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种新型钻井泵陶瓷缸筒，包括外套、设置于所述外套内的内套以及设置于所述内套内的柱塞，其中；

所述内套由陶瓷制成，所述外套上设置有润滑油道，所述润滑油道内设置有润滑机构，润滑油能从所述润滑机构流至润滑油道的开口并流入所述内套与所述柱塞之间的缝隙；

所述柱塞一端与连杆相连接，所述连杆能够带动所述柱塞在所述内套内进行往复式运动，所述柱塞与所述连杆通过卡扣连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述润滑机构包括润滑油壳、设置于所述润滑油壳内的润滑油、出油口以及设置于所述润滑油上部的重力块，所述出油口与所述润滑油道的出口相连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述柱塞包括陶瓷柱、堵头以及设置于所述陶瓷柱内的金属头，所述金属头的轴线与所述陶瓷柱的轴线重合。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属头的一端为连接头，所述堵头与所述连接头通过螺纹连接，所述金属头与所述陶瓷柱之间采用胶水连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述内套的两端设置有陶瓷压盖，所述陶瓷压盖的外侧设置有油封，所述油封的外侧设置有油封压盖。

作为本实用新型的进一步改进，所述柱塞与所述连杆采用双半球支撑压盖的连接方式，包括双半球、卡簧以及金属压盖，所述柱塞的一端周向嵌有卡簧，所述连杆的一端螺纹连接有金属压盖，所述金属压盖扣在所述卡簧上，所述柱塞与所述连杆的端面分别设置有半圆形凹坑，两个所述半圆形凹坑分别与双半球相抵接，所述双半球包括两个转动连接的半球。

同时，本实用新型还提供了一种钻井泵液力端总成，包括如前所述的钻井泵陶瓷缸筒、阀箱、开设在阀箱上的进水口与出水口以及设置于所述阀箱内的进水阀座与出水阀座；

所述阀箱中部设置有泵腔，所述钻井泵陶瓷缸筒水平设置于所述泵腔一侧的阀箱壁上，所述阀箱顶部设置有阀盖，所述出水阀座与所述出水口连通，所述出水阀座上设置有出水阀体，所述出水阀体与所述阀盖之间设置有阀弹簧，所述进水阀座与所述进水口连通，所述进水阀座上设置有进水阀体。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻井泵陶瓷缸筒与所述阀箱壁之间设置有密封函体。

作为本实用新型的进一步改进，所述钻井泵陶瓷缸筒通过紧固螺栓固定安装在所述阀箱壁上。

同时，本实用新型还提供了一种钻井泵，包括如前所述的钻井泵液力端总成。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种新型钻井泵陶瓷缸筒，包括金属外套、设置于所述金属外套内的陶瓷内套以及设置于所述陶瓷内套内的陶瓷柱塞，所述陶瓷柱塞可以在所述陶瓷内套内做往复式运动，并且所述金属外套上还设置有润滑油道，高温润滑油可以及时对陶瓷内套与柱塞进行润滑，从而延长了钻井泵液力端的柱塞、缸套、油封等部件的使用寿命，提高了设备的现场工作效果，降低了现场工人劳动强度。

本实用新型提供的一种钻井泵液力端总成，彻底改变了以往金属柱塞和金属阀腔配合模式，将陶瓷材料运用于泵阀结构中，从而提高了钻井泵的使用性能与使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提出的钻井泵陶瓷缸筒结构示意图；

图2是本实用新型实施例提出的钻井泵缸套结构示意图；

图3是本实用新型实施例提出的钻井泵柱塞结构示意图；

图4是本实用新型实施例提出的钻井泵柱塞与连杆连接处的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提出的润滑机构结构示意图；

图6是本实用新型实施例提出的钻井泵液力端总成结构示意图；

图7是本实用新型实施例提出的出水阀体结构示意图。

图中，1、内套；2、外套；3、柱塞；301、堵头；302、陶瓷柱；303、金属头；4、油封；401、油封压盖；5、陶瓷压盖；6、润滑油道；7、润滑机构；701、润滑油壳；702、润滑油；703、重力块；8、连杆；9、双半球；10、卡簧；11、金属压盖；12、阀箱；121、阀盖；122、阀盖紧固螺栓；13、出水阀体；14、出水阀座；15、阀弹簧；16、缸盖；161、密封圈；162、缸盖紧固螺栓；17、进水阀体；18、进水阀座；19、密封函体；20、泵腔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型提供了一种新型钻井泵陶瓷缸筒、液力端总成及钻井泵。下面将结合图1～图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图5所示，本实用新型实施例所提供的一种新型钻井泵陶瓷缸筒，包括外套2、设置于外套2内的内套1以及设置于内套1内的柱塞3。

其中，内套1由陶瓷制成，外套2由金属制成，而且外套2上设置有润滑油道6，润滑油道6设置于金属外套2的左端或右端，优选的设置在与陶瓷压盖5所对应的位置处，润滑油道6内设置有润滑机构7，用于润滑内套1、柱塞3与油封4等部件；柱塞3一端设置有连杆8，连杆8能够带动柱塞3在内套1内进行往复式运动，柱塞3与连杆8采用卡扣的连接方式进行连接，便于拆卸安装。

具体的，本实用新型提供的新型钻井泵陶瓷缸筒，包括金属外套2、镶嵌于金属外套2内的陶瓷内套1以及安装于陶瓷内套1内的陶瓷柱塞3，陶瓷柱塞3可以在陶瓷内套1里面做往复式运动，并且金属外套2上还设置有润滑油道6，润滑油道6内安装有与其形状完全吻合的润滑机构7，高温润滑油可以及时对陶瓷内套1与柱塞3等部件进行润滑，从而延长了钻井泵液力端的柱塞3、缸套、油封4等部件的使用寿命，提高了设备的现场工作效果，降低了现场工人劳动强度。

本实用新型改变以往金属柱塞和金属阀腔配合模式，将陶瓷材料运用于泵阀结构中，本实用新型的工作部分主要由陶瓷内套1、金属外套2、陶瓷柱塞3组成。

本实用新型属于工业往复泵、柱塞泵设备系统方面，该实用新型作为柱塞泵工作系统的一种变革，将往复式活塞泵和柱塞泵进行充分的结合，从而研发出新型柱塞泵，该柱塞泵主要作用是通过对液体的增压，将低压液体通过柱塞泵柱塞的往复运动，进而从出口排出高压的液体，完成液体由低压向高压的转变，该设备运用十分广泛，能够用在所有往复式活塞泵和柱塞泵中。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，润滑机构7包括润滑油壳701、设置于润滑油壳701内的润滑油702、出油口以及设置于润滑油702上部的重力块703。

本实用新型为了保证陶瓷内套1和陶瓷柱塞3的有效润滑，该实用新型设计了自润滑系统，强制对柱塞3和内套1进行润滑，通过重力块703的重力或者由油泵对润滑油702进行挤压，从而强制将润滑油702从出油口被压入到陶瓷内套1和陶瓷柱塞3表面进行强制润滑。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，柱塞3包括陶瓷柱302、堵头301以及设置于陶瓷柱302内的金属头303，金属头303的轴线与陶瓷柱302的轴线重合。

本实用新型为了保证金属头303和陶瓷柱302的同心，金属头303的轴线与陶瓷柱302的轴线重合，防止不对中。该陶瓷柱塞3工作表面具有硬度高、耐磨损、耐水流冲击等优点，使用寿命能够达到传统喷焊柱塞寿命的20倍以上。

本实用新型还提供了陶瓷柱塞3的制备方法，柱塞3主要采用断裂韧性较高、硬度较高的改性氧化锆陶瓷材料。

柱塞的制备方法包括如下步骤：通过球磨机研磨氧化锆陶瓷粉料—喷雾造粒—橡胶模具填充—等静压机成型—车坯—烧结—陶瓷棒检测—外径粗加工—外径精加工—金属连接体粗加工—金属连接体精加工—金属连接体和陶瓷柱塞装配—陶瓷柱塞内表面抛光，表面光洁度达到0.1μm以下。

作为一种可选的实施方式，金属头303的一端为连接头，堵头301与连接头通过螺纹连接，金属头303与陶瓷柱302之间采用胶水连接。

本实用新型提供的柱塞3主要由陶瓷柱302、金属头303、堵头301三部分组成，陶瓷柱302为空心结构，陶瓷柱302和金属头303之间采用高强度胶水连接，堵头301和金属头303一端的连接头通过螺纹连接，从而在两端施加预紧力，防止陶瓷柱302在工作过程中松动。

作为一种可选的实施方式，如图2所示，内套1的两端设置有陶瓷压盖5，陶瓷压盖5的一侧设置有油封4，油封4的一侧设置有油封压盖401。

具体的，本实用新型的陶瓷内套1和陶瓷柱塞3采用机油润滑，并在工作中形成油膜密封，两端的油封4主要起到保护机油永远存在于陶瓷内套1和陶瓷柱塞3中，防止丢失。

金属外套2内表面上与陶瓷压盖5、油封压盖401相对应的位置处设置有螺纹，陶瓷内套1两端的陶瓷压盖5与金属外套2通过螺纹连接的方式来固定陶瓷内套1，同样油封压盖401也是与金属外套2通过螺纹连接的方式来固定油封4。

本实用新型还提供了陶瓷缸套的制备方法，陶瓷缸套主要采用断裂韧性较高、硬度较高的氧化锆陶瓷材料。

缸套的制备方法包括如下步骤：通过球磨机研磨氧化锆陶瓷粉料—喷雾造粒—橡胶模具填充—等静压机成型—车坯—烧结—内套检测—内套外径粗加工—内套外径精加工—金属外套粗加工—金属外套精加工—金属外套和陶瓷内套装配—陶瓷套内表面精加工—陶瓷套内表面抛光，表面光洁度达到0.1μm以下。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，柱塞3与连杆8采用双半球支撑压盖的连接方式，包括双半球9、卡簧10以及金属压盖11，柱塞3端面与连杆8端面上设置有半圆形凹坑，半圆形凹坑能够安装双半球9，卡簧10设置于柱塞3表面，金属压盖11的一端与连杆8通过螺纹连接，另一端扣在卡簧10上。

现有技术中柱塞部分设计为螺纹刚性连接，本实用新型改成卡扣连接，将刚性连接变成了分体式柔性连接，能够保护该结构有效的工作运行。

具体的，柱塞3和连杆8的连接采用双球支撑压盖连接方式，能够有效克服了由于十字头下沉带来的柱塞3的偏磨，从而延长了液力端构件的使用寿命。该卡扣连接机构主要由双半球9、卡簧10、金属压盖11、陶瓷柱塞3与连杆8等部件组成，在连杆8和柱塞3端面均设置有和半球相近尺寸的半圆形凹坑，在柱塞3发生一定角度倾斜时，双半球9能够依据柱塞3的行进方向，自动旋转一定角度，保证工作面、始终和陶瓷套内表面之间无缝润滑。

同时，如图6-7所示，本实用新型还提供了一种钻井泵液力端总成，包括如前述的钻井泵陶瓷缸筒、阀箱12、开设在所述阀箱12上的进水口与出水口以及设置于阀箱12内的进水阀座18与出水阀座14；

阀箱12中部设置有泵腔20，钻井泵陶瓷缸筒水平设置于泵腔20一侧的阀箱壁上，阀箱12顶部设置有阀盖121，出水阀座14与出水口连通，出水阀座14上设置有出水阀体13，出水阀体13与阀盖121之间设置有阀弹簧15，进水阀座18与进水口连通，进水阀座18上设置有进水阀体17。

本实用新型的工作原理：在柱塞3运行至下止点的过程中，阀箱12内部形成真空，液体在大气压力的作用下通过进水口、进水阀体17和进水阀座18流入泵腔20，然后进水阀体17和进水阀座18关闭；在柱塞3运行到上止点的过程中，泵腔内部的压力不断增加，从而克服了出水阀体13与阀弹簧15的力量，通过出水阀体13和出水阀座14，然后通过出水口流入管线。

作为一种可选的实施方式，钻井泵陶瓷缸筒与阀箱壁之间设置有密封函体19。

本实用新型改变以往金属柱塞和金属阀腔配合模式，将陶瓷材料运用于泵阀结构中，本结构的工作部分主要由陶瓷缸套筒和陶瓷柱塞组成，在传统阀箱的基础上，增加陶瓷缸套和陶瓷柱塞等独立结构，通过结构的改变，在传统阀箱的基础上减少了扶正环(铜环)、夹布盘根等易损件，从而大幅度减少易损件损坏的几率。

具体的，密封函体19内部的盘根采用芳纶纤维盘根替代夹布盘根，该芳纶纤维盘根具有高的抗拉强度，该盘根取代原来的夹布橡胶盘根，也具有高的稳定性和使用寿命。

作为一种可选的实施方式，钻井泵陶瓷缸筒通过紧固螺栓固定安装在阀箱壁上，且之间设置有密封圈，阀盖121通过阀盖紧固螺栓122固定安装在阀箱12顶部。阀箱12上与钻井泵陶瓷缸筒安装位置相对应的一侧的阀箱壁上设置有缸盖16，缸盖16通过缸盖紧固螺栓162固定安装，且之间还设置有密封圈161。

同时，本实用新型还提供了一种钻井泵，包括前述的钻井泵液力端总成。

本实用新型提供的钻井泵在部分区域进行试验，试验效果相对普通金属结构使用寿命长20倍左右。

陶瓷柱塞和陶瓷缸套的使用，通过各种材料和试验证明，陶瓷材料的耐磨性能、耐腐蚀性能、耐水流冲击性能，均达到或者超过金属镀铬产品的20倍以上，因此，该实用新型的使用寿命能够有大幅度的提高。

本实用新型提供的钻井泵能够提供35兆帕的压力和蒸汽，可以满足各种不同使用现场的使用要求，该长冲程陶瓷套及其系统工作结构简单，拆卸方便，密封性好，可靠度高，有效的延长了柱塞、盘根、油封的使用寿命，彻底改变了传统铜环、盘根、柱塞、筒体的结构，在产品中融合了工业结构陶瓷材料和改性氢化丁晴油封，采用较为先进的设计手段，充分利用柱塞表面和陶瓷套表面的细小间隙，在间隙中注入高温润滑油，能够有效的增加产品使用时间和寿命，更好的延长了泵阀的使用时间，节约了成本，减少了现场作业费用和劳动强度，增加了时效。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应当涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：包括外套(2)、设置于所述外套(2)内的内套(1)以及设置于所述内套(1)内的柱塞(3)，其中；

所述内套(1)由陶瓷制成，所述外套(2)上设置有润滑油道(6)，所述润滑油道(6)内设置有润滑机构(7)，润滑油能从所述润滑机构(7)流至润滑油道(6)的开口并流入所述内套(1)与所述柱塞(3)之间的缝隙；

所述柱塞(3)一端与连杆(8)相连接，所述连杆(8)能够带动所述柱塞(3)在所述内套(1)内进行往复式运动，所述柱塞(3)与所述连杆(8)通过卡扣连接。

2.根据权利要求1所述的钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：所述润滑机构(7)包括润滑油壳(701)、设置于所述润滑油壳(701)内的润滑油(702)、出油口以及设置于所述润滑油(702)上部的重力块(703)，所述出油口与所述润滑油道(6)的出口相连通。

3.根据权利要求1所述的钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：所述柱塞(3)包括陶瓷柱(302)、堵头(301)以及设置于所述陶瓷柱(302)内的金属头(303)，所述金属头(303)的轴线与所述陶瓷柱(302)的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：所述金属头(303)的一端为连接头，所述堵头(301)与所述连接头通过螺纹连接，所述金属头(303)与所述陶瓷柱(302)之间采用胶水连接。

5.根据权利要求1所述的钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：所述内套(1)的两端设置有陶瓷压盖(5)，所述陶瓷压盖(5)的外侧设置有油封(4)，所述油封(4)的外侧设置有油封压盖(401)。

6.根据权利要求1所述的钻井泵陶瓷缸筒，其特征在于：所述柱塞(3)与所述连杆(8)采用双半球支撑压盖的连接方式，包括双半球(9)、卡簧(10)以及金属压盖(11)，所述柱塞(3)的一端周向嵌有卡簧(10)，所述连杆(8)的一端螺纹连接有金属压盖(11)，所述金属压盖(11)扣在所述卡簧(10)上，所述柱塞(3)与所述连杆(8)的端面分别设置有半圆形凹坑，两个所述半圆形凹坑分别与双半球(9)相抵接，所述双半球(9)包括两个转动连接的半球。

7.一种液力端总成，其特征在于：包括阀箱(12)、开设在所述阀箱(12)上的进水口与出水口、设置于所述阀箱(12)内的进水阀座(18)与出水阀座(14)以及如权利要求1-6任一所述的钻井泵陶瓷缸筒；

所述阀箱(12)中部设置有泵腔(20)，所述钻井泵陶瓷缸筒水平设置于所述泵腔(20)一侧的阀箱壁上，所述阀箱(12)顶部设置有阀盖(121)。

8.根据权利要求7所述的液力端总成，其特征在于：所述钻井泵陶瓷缸筒与所述阀箱壁之间设置有密封函体(19)。

9.根据权利要求8所述的液力端总成，其特征在于：所述钻井泵陶瓷缸筒通过紧固螺栓固定安装在所述阀箱(12)壁上。

10.一种钻井泵，其特征在于：包括如权利要求7所述的液力端总成。

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