壓裂車液壓系統存在問題及改進措施

摘要：壓裂泵車是油田實施壓裂酸化作業的關鍵設備，壓裂泵車中的液壓系統是保證其正常工作的關鍵系統，而在現場施工中，經常會遇到液力變矩器油液變質而使潤滑系統不能正常工作的問題，嚴重影響著酸化壓裂施工的連續性，同時油液的變質也使得液力變矩器壽命縮短。基于此，本文以四機廠生產的TYL105型酸化壓裂泵車為例，在充分的現場調研分析的基礎上，對其液壓系統提出了改進措施，以期改善其運行狀態。

關鍵詞：壓裂泵車；液壓系統；問題；改進措施

引言

壓裂泵車是油田實施壓裂酸化作業的關鍵設備，其主要作用是利用壓裂泵車將攜帶有支撐劑的壓裂液打入儲層，在儲層中撐開人工裂縫而形成原有通道，從而提高油井產量。在壓裂泵車中液壓系統是保證其正常工作的關鍵系統，在施工作業時，臺上柴油機通過液力變矩器和萬向軸驅動減速器，將動力傳遞給柱塞，同時從液力變矩器取力而驅動液力端和動力端潤滑油泵，實現對系統的潤滑。而在現場施工中，經常會遇到液力變矩器油液變質而導致潤滑系統難以正常工作的問題，使壓裂作業被迫中斷，嚴重影響了酸化施工的連續性，而且一旦油液變質就需要進行重新更換，這將大大增加設備使用成本，同時會縮短液力變矩器的使用壽命。為此本文以四機廠生產的TYL105型壓裂泵車為例，在充分調研和分析的基礎上，提出了對液力變矩器上的取力結構進行優化改造的措施

1.液力變矩器結構及其潤滑方式

從液力變矩器結構上分析，影響油液變質的結構方面的原因主要集中在液力變矩器的動力端和液力端。

1.1.動力端

壓裂泵車的動力端主要由傳動軸、連桿、曲軸、十字頭滑塊、導板和殼體等部分構成，其主要作用是將傳動軸過來的旋轉動力轉換為柱塞的往復運動動力，其中傳動軸、曲軸及導板分別安裝在殼體的固定支撐部位上，而十字頭滑塊則通過其內部的螺紋與液力端的柱塞相連接。傳動軸和曲軸都采用合金鋼熱鍛而成，兩軸之間通過人字齒輪實現動力傳遞。曲軸上均勻的分布著相互夾角為120°的三個曲柄軸頸，曲柄軸頸和主軸頸的偏心距為120mm。連桿的兩端是滑塊軸承，在曲軸軸頸部位安裝有一個剖分式雙金屬軸瓦，而在十字頭滑塊部位則是一個銅套。這里的剖分式雙金屬片軸瓦的內表面因其使用條件不同而有所不同，其中連桿上的軸瓦內表面上澆鑄了一層錫銻合金，以使其達能夠承受高壓沖擊；而連桿下軸瓦內表面則設置了一條環形槽，作為手機曲軸軸頸上面的油通道，以保證油液不流出曲軸，并通過軸瓦下面的連桿上制的環形槽將油池與潤滑管連通。這兩種軸承的位置是不可調整的，當軸瓦間隙大于0.30mm，銅套間隙大于0.25mm時，其磨損程度就已達到其使用極限，這是就需要對這些零部件進行更換。另外，在十字頭滑塊配有青銅滑板在鋼制導板經過熱處理的工作表面上滑動，十字頭滑塊和導板之間的間隙超過1.2mm時，就已達到其許用極限，需要對其進行調整，這是可以通過更換位于導板和泵殼之間的墊片或更換已磨損的滑板來使其達到使用要求，而不需要再使用在導板表面上鍍層的方法來調整。

動力端所采用的潤滑方式為：以柱塞泵的泵殼作為動力端的潤滑油池，潤滑油被齒輪泵從潤滑油池中吸出，并通過濾清器和分配管，分別流向曲柄兩端的油孔，達到對主軸軸頸和連桿軸頸的潤滑，同時噴射到兩端和中間兩個軸承上，流到十字軸銷軸，齒輪則為飛濺潤滑。

1.2.液力端

壓裂泵車液力變矩器的液力端主要由泵頭體、凡爾總成、凡爾座、柱塞、缸套、密封組件等部分構成。泵頭體由分體式合金鋼鍛造而成，并通過M39螺栓和盤根盒連接在一起，吸入和排出凡爾總成都采用了相同的材質和結構，其結構上由凡爾體、凡爾和凡爾蓋等部件組成，其中凡爾座和凡爾體的配合錐角為55°，凡爾與泵頭體的配合錐度為16度，凡爾座的通孔半徑為40mm。柱塞首先用特殊的螺母和拉桿固定，然后拉桿直接被固定在十字頭滑塊上，柱塞規格為 100mm。并用缸套壓帽將缸套固定在泵頭體上。其潤滑方式為，齒輪泵動盤根盒中吸取潤滑油，并通過管線將其輸送至柱塞出實現潤滑。

2.油液變質原因分析

液力變矩器液力端、液力端的機油泵都被安裝與液力變矩器的側面，并通過取力器在液力變矩器上取力而得到動力。經過上文對液力變矩器動力端和液力端及其潤滑方式的分析，不難看出引起液力變矩器油液變質的原因主要兩個方面：一是動力端機油泵密封件失效。當柱塞盤根的彈性頭密封圈失效后酸液就會沿著管線進入大泵的驅動箱中，而對大泵中的齒輪油造成污染，使其變質；然后通過大泵的額潤滑驅動管道進入齒輪泵，并對齒輪泵的油封造成破壞，從而使酸液持續不斷地進入液力變矩器內部，導致液力變矩器內的油液增多，大泵油液減少。這時候設備操作人員僅僅通過觀察液面的方法很難及時發現問題；二是液力端機油泵密封件失效。當動力端缸套密封圈、盤根的密封性能劣化或喪失后，油、酸液的混合物就會沿著潤滑管線進入盤根盒內部，導致盤根盒內的機油變質；三是當潤滑柱塞的機油泵的密封件失效后，油、酸的混合液將沿著機油泵和液力變矩器相連接的管道進入液力變速器內部，使液力變矩器內油面上升，大泵油面下降。同樣，操作手僅靠觀察液面來判斷是不科學的。一般而言，液力變速器的油液沒工作1000h時需要進行更換，然而由于出現以上原因，會使液力變矩器的油液迅速劣化，需要平均每工作100～120h就需要更換，而更換一次需要95L左右的油液，造成了大量的浪費，且給壓裂作業埋下了安全隱患。

3.液壓系統改進措施

當齒輪泵的油封失效后，潤滑油和酸液就會通過取力器兩端機油泵進入液力變矩器內，為了防止液力變矩器油劣化變質，有必要采取措施阻止雜質進入液力變矩器內部，通過現場調研、查閱資料，并對改進的可行性進行分析，最終提出如下個改進措施。

3.1.保證齒輪泵油封及盤根等密封件的質量過關

齒輪泵油封和盤根劣化失效時導致潤滑油竄入液力變矩器內的重要原因，因此在更換油封時嚴把質量關，從源頭上杜絕劣質密封件，從而防止大泵油、盤根盒內潤滑油不變質，以此來保證液力變矩器的良好運行，延長其使用壽命。

3.2.改造取力器兩端的潤滑油泵

齒輪泵的動力是有取力器從液力變矩器上取得的，取力器是連接液力變矩器和齒輪泵的重要部件，因此在壓裂車工作時要密切監測取力器兩端油泵的工作狀態，這樣才能有效的防范大泵及盤根盒內潤滑油竄入到液力變矩器內。具體的改進措施有兩個方面：一是在取力器上裝設報警信號等，具體方法是首先在取力器通道上打一直徑10mm的小孔，然后在小孔內安裝一個螺釘式的液體傳感器，并在操作臺上安裝以聲光報警器，將傳感器輸出端與報警器相連，并將接入24V電源，這樣一旦油封失效而酸液通過油封進入通道槽內時，就會觸動傳感器，而使聲光報警器點亮并發出報警聲，以引起操作人員注意，及時查找原因并整改；二是在取力器通道底部安裝一條回油管線。方法是首先在取力器通道底部開一個小孔，并安裝一個放油閥，閥另一端接回油管線至盤根盒。這樣在作業中，如果齒輪泵油竄入到取力器通道槽內，聲光報警器觸發，操作人員可以立即停泵并打開放油閥門，竄入到取力器通道槽內的油液通過回油管循環至盤根盒內，這是可以繼續施工，待施工完畢后對其進行整改處理。這樣既避免了變質的潤滑油進入液力變矩器內，同時又保證了施工的連續性。

4.結束語

經過上述改進，大大的延長了液力變矩器潤滑油使用時間，改進前需要每隔70～100h更換一次，而改進后延長至700～800h。而且經過改進提高了液力變矩器的運行性能，保證了施工的延續性，提高了酸化施工的成功率和保證了施工質量。可以說，該項改造不經給壓裂施工單位創造了可觀的經濟效益，節約了大量的人力和物力，具有廣闊的推廣應用價值。

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作者簡介：

郭曉玉（1975-）男，漢，遼寧綏中人，勝利石油管理局濱南采油廠特車大隊，專科學歷，設備管理方向。