本專利發(fā)明總體上涉及井增產(chǎn)泵系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端塊及其再制造方法。
背景技術(shù)：
可以執(zhí)行地下水力壓裂來(lái)增加或刺激來(lái)自井的烴流體的流動(dòng)。為了進(jìn)行壓裂過(guò)程，通常含有分散在流體中的支撐材料(也稱為“支撐劑”)的壓裂流體在高壓下沿井眼向下泵送并進(jìn)入烴地層以使巖石地層沿著從井眼延伸的脈紋或平面分裂或破裂。一旦形成期望的裂縫，流體流動(dòng)反向，并且壓裂流體的液體部分被去除。支撐劑保留在適當(dāng)位置以在打開(kāi)條件下支撐裂縫，防止烴地層內(nèi)的應(yīng)力引起開(kāi)口塌陷。
支撐材料(例如硅砂)通常以顆粒形式提供。支撐劑將裂縫支撐在打開(kāi)位置中，但仍然可以滲透烴流體流，因?yàn)樗鼈冃纬深w粒的填充床，其間限定有允許流體從中流過(guò)的間隙空間。因此，利用支撐劑團(tuán)塊被支撐打開(kāi)的裂縫可以用作新的地層排放區(qū)域和從地層到井眼的流動(dòng)管道，從而提供來(lái)自井的增加的烴產(chǎn)量。
柱塞泵通常在油氣工業(yè)中被用作水力壓裂應(yīng)用的井增產(chǎn)泵。柱塞泵具有流體端和驅(qū)動(dòng)流體端的動(dòng)力端。常規(guī)井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端通常具有有限的使用壽命，因?yàn)槠湓谝欢康摹皾衿凇眽毫ρh(huán)之后容易發(fā)生故障。壓裂流體可能是腐蝕性的并且可能引起流體端的內(nèi)部表面的腐蝕。腐蝕的表面造成應(yīng)力升高。濕疲勞涉及失效過(guò)程，其中裂紋可以通過(guò)作為循環(huán)應(yīng)力的函數(shù)的這些應(yīng)力升高而傳播，直到裂紋顯著到足以引起流體端的失效。
美國(guó)專利號(hào)8,359,967的標(biāo)題為“用復(fù)合材料增強(qiáng)的流體端”。'967專利涉及用于往復(fù)泵的流體端，該流體端包括比常規(guī)流體端材料(例如碳鋼)較少受到磨損、腐蝕、侵蝕和/或濕疲勞的基礎(chǔ)材料，以及用于增加耐應(yīng)力性并減少流體端的重量的增強(qiáng)復(fù)合材料。
在本領(lǐng)域中持續(xù)需要提供額外的解決方案以延長(zhǎng)使用壽命和/或便于井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的維護(hù)。例如，持續(xù)需要產(chǎn)生再制造的流體端塊的再制造技術(shù)，對(duì)于具有改善的耐腐蝕性的再制造零件的更新的使用壽命來(lái)說(shuō)，所述再制造的流體端塊被恢復(fù)到滿意的操作條件。
將認(rèn)識(shí)到的是，該背景描述已經(jīng)由發(fā)明人創(chuàng)建以幫助讀者，并且不被認(rèn)為是任何所指出的問(wèn)題本身在本領(lǐng)域中被認(rèn)識(shí)到的指示。盡管在一些方面和實(shí)施例中，所描述的原理可以減輕其它系統(tǒng)中固有的問(wèn)題，但是將認(rèn)識(shí)到的是，所保護(hù)的創(chuàng)新的范圍由所附權(quán)利要求，而不是由任何所公開(kāi)的特征解決本文所述的任何具體問(wèn)題的能力來(lái)限定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在實(shí)施例中，本發(fā)明描述了用于井增產(chǎn)泵的流體端塊。流體端塊包括本體和非金屬材料的涂層。
本體包括內(nèi)部表面，所述內(nèi)部表面限定腔室、與腔室連通的柱塞通道、與腔室流體連通的進(jìn)入通道，以及與腔室流體連通的排出通道。內(nèi)部表面由基礎(chǔ)材料制成。本體包括壓縮殘余應(yīng)力層。
涂層被施加到本體的內(nèi)部表面的至少一部分上。涂層由不同于基礎(chǔ)材料的非金屬材料制成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用于井增產(chǎn)泵的流體端組件包括本體、進(jìn)入閥、排出閥、柱塞，以及非金屬材料的涂層。本體包括內(nèi)部表面，所述內(nèi)部表面限定腔室、與腔室連通的柱塞通道、與腔室流體連通的進(jìn)入通道，以及與腔室流體連通的排出通道。內(nèi)部表面由基礎(chǔ)材料制成。本體包括壓縮殘余應(yīng)力層。
進(jìn)入閥被設(shè)置在本體的進(jìn)入通道內(nèi)。進(jìn)入閥被構(gòu)造成在進(jìn)入關(guān)閉位置與進(jìn)入打開(kāi)位置之間選擇性地運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)入關(guān)閉位置中，進(jìn)入閥使進(jìn)入通道閉塞，在進(jìn)入打開(kāi)位置中，進(jìn)入閥允許流體從中流過(guò)。
排出閥被設(shè)置在本體的排出通道內(nèi)。排出閥被構(gòu)造成在排出關(guān)閉位置與排出打開(kāi)位置之間選擇性地運(yùn)動(dòng)，在排出關(guān)閉位置中，排出閥使排出通道閉塞，在排出打開(kāi)位置中，排出閥允許流體從中流過(guò)。
柱塞被設(shè)置在柱塞通道內(nèi)，使得柱塞可以在包括吸入沖程和排出沖程的行程范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞將進(jìn)入閥吸到進(jìn)入打開(kāi)位置，以在吸入沖程期間打開(kāi)進(jìn)入通道。柱塞使進(jìn)入閥運(yùn)動(dòng)到進(jìn)入關(guān)閉位置，以在排出沖程期間使進(jìn)入通道閉塞并且使排出閥運(yùn)動(dòng)到排出打開(kāi)位置。
涂層被施加到本體的內(nèi)部表面的至少一部分上。涂層由不同于基礎(chǔ)材料的非金屬材料制成。
在又一個(gè)實(shí)施例中，描述了一種再制造井增產(chǎn)泵的流體端塊的方法。清潔流體端塊的本體的內(nèi)部表面。內(nèi)部表面由基礎(chǔ)材料制成。內(nèi)部表面限定腔室、與腔室連通的柱塞通道、與腔室流體連通的進(jìn)入通道，以及與腔室流體連通的排出通道。
對(duì)流體端塊的內(nèi)部表面進(jìn)行冷加工以在本體內(nèi)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力層。向本體的內(nèi)部表面的至少一部分施加由非金屬材料制成的涂層。所述非金屬材料不同于所述基礎(chǔ)材料。
通過(guò)下面的詳細(xì)描述和附圖將認(rèn)識(shí)到所公開(kāi)的原理的進(jìn)一步與替代的方面和特征。如將認(rèn)識(shí)到的是，本文所公開(kāi)的裝置、系統(tǒng)和方法能夠在其它和不同的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，并且能夠在各個(gè)方面進(jìn)行修改。因此，應(yīng)當(dāng)理解，前面的一般描述和下面的詳細(xì)描述僅僅是示例性和說(shuō)明性的，并不限制所附權(quán)利要求的范圍。
附圖說(shuō)明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。
圖2是圖1的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的示意性俯視圖。
圖3是圖1的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的示意性正視圖。
圖4是沿著圖3中的線iv-iv截取的圖1的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的橫截面視圖。
圖5是圖1的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端塊的透視圖，所述流體端塊根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造而成。
圖6是沿著圖5中的線v-v截取的圖5的流體端塊的橫截面視圖。
圖7是示出了遵循本發(fā)明的原理的再制造用于井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端塊的方法的實(shí)施例的步驟的流程圖。
應(yīng)當(dāng)理解，附圖不必按比例繪制，并且所公開(kāi)的實(shí)施例往往是用圖解的方式和以局部視圖的方式示出。在某些情況下，對(duì)理解本發(fā)明不必要的或使得其它細(xì)節(jié)難以感知的細(xì)節(jié)可以被省略。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于本文所示的特定實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
本文公開(kāi)了井增產(chǎn)泵系統(tǒng)、流體端塊組件，以及再制造流體端塊的方法的實(shí)施例。在實(shí)施例中，遵循本發(fā)明的原理的再制造用于井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端塊的方法可以包括將非金屬材料的涂層施加在流體端塊的內(nèi)部表面上。在實(shí)施例中，制成涂層的非金屬材料可以具有比制成流體端塊的基礎(chǔ)材料的耐腐蝕性大的耐腐蝕性。
在實(shí)施例中，非金屬材料(例如環(huán)氧樹(shù)脂、彈性體(例如橡膠)等)涂層可以經(jīng)由任何合適的技術(shù)而被施加。例如，在實(shí)施例中，非金屬材料的涂層可以通過(guò)被噴射在流體端塊的內(nèi)部表面上而被施加到流體端塊的內(nèi)部表面上。在其它實(shí)施例中，非金屬材料的涂層可以是單獨(dú)制成的固體襯套的形式，并且通過(guò)被插入到流體端塊中且被放置成與內(nèi)部表面成接觸關(guān)系而被施加到內(nèi)部表面上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，在圖1至圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20的示例性實(shí)施例。井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20可以用于將高壓壓裂流體泵送到井中，用于開(kāi)采地下烴地層內(nèi)含有的油和/或氣體。
井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20包括動(dòng)力端23和聯(lián)接到動(dòng)力端23的流體端25。圖1中所示的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20是包括三個(gè)柱塞27的三重泵的形式。因此，流體端包括三個(gè)泵送腔室組件30、31、32。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在其它實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)可以具有不同的形式。
動(dòng)力端23包括被設(shè)置在殼體37內(nèi)的電動(dòng)機(jī)組件35。電動(dòng)機(jī)組件35被構(gòu)造成選擇性地驅(qū)動(dòng)柱塞27。電動(dòng)機(jī)組件35可以被構(gòu)造成使柱塞27往復(fù)運(yùn)動(dòng)以對(duì)流體端25中的工作流體(例如壓裂流體)加壓。在實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)組件35可以具有任何合適的布置。在實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)組件35包括合適的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī))，以及被構(gòu)造成將發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成柱塞27的往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。在實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)可以包括任何合適的動(dòng)力端，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。
在實(shí)施例中，流體端25包括至少一個(gè)泵容器，該泵容器被構(gòu)造成容納通過(guò)吸入沖程內(nèi)相應(yīng)的柱塞27的運(yùn)動(dòng)而被吸入其中的流體源，以及從其中排出由動(dòng)力沖程內(nèi)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而被加壓的加壓流體。流體端25可以包括流體端塊40、入口管道41，以及高壓出口接頭43。
在實(shí)施例中，流體端塊40限定一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部泵送空腔，每個(gè)內(nèi)部泵送空腔被構(gòu)造成與相應(yīng)的柱塞27相互作用以將工作流體(例如壓裂流體)吸到其中以及從其中排出加壓工作流體。在所示的實(shí)施例中，流體端塊40限定了其中分別容納三個(gè)泵送腔室組件30、31、32的三個(gè)泵送空腔47、48、49(參見(jiàn)圖5)。流體端塊40包括安裝凸緣51，該安裝凸緣51可以被設(shè)置成鄰近動(dòng)力端23。安裝凸緣51可以被構(gòu)造成接收穿過(guò)其中的用于將流體端25連接到動(dòng)力端23的多個(gè)緊固件53。在實(shí)施例中，可以使用其它合適的連接技術(shù)將流體端25固定到動(dòng)力端23。
參考圖1、圖3和圖5，入口管道41與流體端塊40的泵送空腔47、48、49中的每一個(gè)流體連通。入口管道41可以被放置成與壓裂流體源流體連通，用于在井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20的操作期間選擇性地輸送到流體端塊40的每個(gè)泵送空腔。如圖1中所示的入口管道41為圓柱形管的形式，在所示的實(shí)施例中，其與流體端塊40限定的所有三個(gè)泵送空腔47、48、49流體連通。在其它實(shí)施例中，入口管道41可以具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的不同的構(gòu)造。
參考圖1至圖3，高壓出口接頭43被安裝到中心泵送腔室組件30上。高壓出口接頭43被構(gòu)造成分配來(lái)自流體端25的流體端塊40的加壓工作流體(例如加壓壓裂流體)，以便輸送到工作位置。例如，在實(shí)施例中，管道(未示出)可以聯(lián)接到高壓出口接頭43，使得管道被構(gòu)造成經(jīng)由井將高壓壓裂流體輸送到地下位置。在實(shí)施例中，高壓出口接頭43可以具有任何合適的構(gòu)造(例如陽(yáng)連接器或陰連接器)。
在使用期間，流體端25接收處于低壓的工作流體(例如壓裂流體)并且將處于高壓的工作流體排出。流體端25內(nèi)的壓裂流體的加壓由在動(dòng)力端23的電動(dòng)機(jī)組件35引導(dǎo)下的柱塞27引起。柱塞27在吸入沖程期間運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離流體端25，以通過(guò)入口管道41將低壓流體從壓裂流體源吸入到流體端25的泵送空腔47、48、49中，并且柱塞27在動(dòng)力沖程期間運(yùn)動(dòng)朝向流體端25，以對(duì)流體端25內(nèi)的流體加壓并且通過(guò)高壓出口接頭43將加壓壓裂流體從流體端25排出。
應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20可以具有不同的形式。例如，在其它實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)可以為不同類型的多重往復(fù)泵的形式。例如，在其它實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)可以為五重泵的形式，其包括五個(gè)柱塞和具有五個(gè)泵室腔室組件的流體端。
另外，在又一些其它實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)可以包括為整體式流體端形式的流體端，所述整體式流體端包括與單個(gè)柱塞一起使用的單個(gè)泵送腔室。在又一些其它實(shí)施例中，流體端可以包括使用任何合適的技術(shù)(例如多個(gè)螺紋緊固件和拉桿)連接在一起的多個(gè)模塊化流體端塊。每個(gè)模塊化流體端塊可以包括至少一個(gè)泵送腔室并且可以提供相應(yīng)數(shù)量的柱塞。
參考圖4，流體端25的中心泵送腔室組件30被示出設(shè)置在由流體端塊40限定的中心泵送空腔47中。流體端25的兩個(gè)側(cè)泵送腔室組件31、32基本上與圖4中所示的那個(gè)相同，并且分別被設(shè)置在兩個(gè)側(cè)泵送空腔48、49中。因此，應(yīng)當(dāng)理解，一個(gè)泵送腔室組件的描述同樣適用于其它泵送腔室組件。中心泵送腔室組件30包括進(jìn)入閥55、排出閥57、柱塞27、插塞58，以及高壓出口接頭43。
參考圖4和圖6，流體端塊40包括具有內(nèi)部表面70的本體69，所述內(nèi)部表面70限定腔室72、與腔室連通的柱塞通道74、與腔室流體連通的進(jìn)入通道75，以及與腔室72流體連通的排出通道77。腔室72被構(gòu)造成接收通過(guò)用于柱塞27的進(jìn)入通道75吸入的壓裂流體，以實(shí)現(xiàn)腔室72中的壓裂流體的高度加壓。加壓壓裂流體可以通過(guò)排出通道77從流體端25排出。參考圖4，流體端25的泵送腔室組件30被構(gòu)造成將工作流體循環(huán)地吸入到腔室72中、對(duì)腔室72中的工作流體加壓，并且將其從中排出以將其輸送到工地，例如地下烴地層。
參考圖4至圖6，流體端塊40限定公共橫穿孔排出通道79，該公共橫穿孔排出通道79與泵送空腔47、48、49中的每一個(gè)的排出通道77流體連通，使得流過(guò)流體端塊40的排出通道77中的任何一個(gè)的加壓壓裂流體可以轉(zhuǎn)向到被定位在中心泵送空腔47的排出通道77中的高壓出口接頭43。
參考圖4，進(jìn)入閥55被設(shè)置在流體端塊40的進(jìn)入通道75內(nèi)。進(jìn)入閥55被構(gòu)造成在進(jìn)入關(guān)閉位置(圖4所示)與進(jìn)入打開(kāi)位置(從圖4所示的位置向上移位)之間選擇性地運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)入關(guān)閉位置中，進(jìn)入閥55使進(jìn)入通道75閉塞，在進(jìn)入打開(kāi)位置中，進(jìn)入閥允許流體從中流過(guò)?？梢蕴峁┻M(jìn)入偏置機(jī)構(gòu)82(例如彈簧)以將進(jìn)入閥55從腔室72向外偏置到進(jìn)入關(guān)閉位置。
進(jìn)入閥55被構(gòu)造成響應(yīng)于腔室72內(nèi)的負(fù)壓差而選擇性地運(yùn)動(dòng)到打開(kāi)位置，以在腔室72中的壓力足夠小于進(jìn)入閥55的另一側(cè)上的壓力時(shí)允許工作流體通過(guò)進(jìn)入閥55進(jìn)入腔室72中。腔室72內(nèi)的負(fù)壓力可以通過(guò)柱塞27在吸入方向84上相對(duì)于腔室72向外運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。一旦腔室72與進(jìn)入閥55外側(cè)上的進(jìn)入通道75之間的負(fù)壓差處于足以克服進(jìn)入偏置機(jī)構(gòu)82的偏置力的水平，進(jìn)入閥55可以響應(yīng)于腔室內(nèi)的負(fù)壓力而向內(nèi)吸入，以使進(jìn)入閥55運(yùn)動(dòng)到進(jìn)入打開(kāi)位置，從而打開(kāi)進(jìn)入通道75。在實(shí)施例中，用于打開(kāi)進(jìn)入閥55的腔室72內(nèi)的閾值負(fù)壓力可以改變。
排出閥57被設(shè)置在流體端塊40的排出通道77內(nèi)。排出閥57被構(gòu)造成在排出關(guān)閉位置(圖4所示)與排出打開(kāi)位置(從圖4所示的位置向下移位)之間選擇性地運(yùn)動(dòng)，在排出關(guān)閉位置中，排出閥57使排出通道77閉塞，在排出打開(kāi)位置中，排出閥57允許流體從中流過(guò)。可以提供排出偏置機(jī)構(gòu)85(例如彈簧)以將排出閥57向內(nèi)朝向腔室72偏置到保持排出通道77閉塞的排出關(guān)閉位置。
排出閥57被構(gòu)造成響應(yīng)于腔室72內(nèi)的正壓差而選擇性地運(yùn)動(dòng)到打開(kāi)位置，以在腔室72中的壓力足夠大于排出閥57的另一側(cè)上的壓力時(shí)允許加壓工作流體通過(guò)排出閥57離開(kāi)腔室72。腔室72內(nèi)的正壓力可以通過(guò)柱塞27在與吸入方向84成相反關(guān)系的動(dòng)力方向87上相對(duì)于腔室72向內(nèi)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。一旦腔室72與排出閥57外側(cè)上的排出通道77之間的正壓差處于足以克服排出偏置機(jī)構(gòu)85的偏置力的水平，排出閥57可以響應(yīng)于腔室72內(nèi)的正壓力而被向外推出以使排出閥57向外運(yùn)動(dòng)到排出打開(kāi)位置。在實(shí)施例中，用于打開(kāi)排出閥57的腔室72內(nèi)的閾值正壓力可以改變。
柱塞27被設(shè)置在柱塞通道74內(nèi)，使得柱塞27可以在包括吸入沖程和排出行程的行程范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在與柱塞27相對(duì)的柱塞通道74的一端處，插塞58與流體端塊40的內(nèi)部表面70螺紋地接合。插塞58可以從流體端塊40去除以提供對(duì)腔室72的選擇性進(jìn)入。在實(shí)施例中，插塞58可以具有不同的構(gòu)造，并且可以使用不同的技術(shù)被安裝到流體端塊40上，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。
柱塞27可以與流體端25的流體端塊40密封地接合，以基本上防止工作流體通過(guò)柱塞通道74經(jīng)過(guò)柱塞27流出腔室72。在實(shí)施例中，可以提供一個(gè)或多個(gè)密封構(gòu)件88以實(shí)現(xiàn)密封關(guān)系。在實(shí)施例中，密封構(gòu)件88和插塞58可以具有合適的o形環(huán)，所述o形環(huán)被插在其外部表面與內(nèi)部表面70之間，以提供密封的界面。
在使用中，柱塞27可以在吸入方向84上相對(duì)于腔室72向外運(yùn)動(dòng)，以在腔室中實(shí)現(xiàn)負(fù)加壓來(lái)將進(jìn)入閥55吸到進(jìn)入打開(kāi)位置，從而在吸入沖程期間打開(kāi)進(jìn)入通道75。壓裂流體源可以經(jīng)由入口管道41與進(jìn)入通道75流體連通。壓裂流體源可以處于相對(duì)低的壓力下，該壓力不足以克服進(jìn)入偏置機(jī)構(gòu)82的偏置力，但是是可操作的，以便一旦柱塞27將進(jìn)入閥55吸到進(jìn)入打開(kāi)位置，將壓裂流體源推進(jìn)到腔室72中。排出閥57在吸入沖程期間保持在排出關(guān)閉位置中。
在吸入沖程完成之后，柱塞27可以在動(dòng)力沖程期間在動(dòng)力方向87上相對(duì)于腔室向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以在腔室中實(shí)現(xiàn)正加壓來(lái)對(duì)腔室中的壓裂流體加壓。響應(yīng)于腔室內(nèi)產(chǎn)生的正壓力，允許進(jìn)入偏置機(jī)構(gòu)82將進(jìn)入閥55推回到進(jìn)入關(guān)閉位置以使進(jìn)入通道75閉塞，并且排出閥57向外運(yùn)動(dòng)到排出打開(kāi)位置，使得腔室72中的加壓壓裂流體通過(guò)排出閥57通過(guò)排出通道77流到井眼位置。在動(dòng)力沖程期間，進(jìn)入閥55保持在進(jìn)入關(guān)閉位置中。
柱塞27可以在吸入沖程和動(dòng)力沖程內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以通過(guò)進(jìn)入通道75周期性地將壓裂流體從壓裂流體源吸入到腔室72中，并將壓裂流體從腔室72排出到排出通道77中，以便輸送到井眼位置。隨著柱塞27的持續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓裂流體交替地被吸入到腔室72中以及在相對(duì)較高的壓力下從腔室72中排出。
與側(cè)泵送腔室組件31、32相關(guān)聯(lián)的柱塞27可以以類似的方式操作。在實(shí)施例中，井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20可以被構(gòu)造成使得三個(gè)泵送腔室組件30、31、32中的每個(gè)柱塞27往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得其中一個(gè)與其它兩個(gè)柱塞27異相。從側(cè)泵送腔室組件31、32的每一個(gè)中排出的加壓壓裂流體可以經(jīng)由與泵送腔室組件30、31、32中的每一個(gè)的排出通道77流體連通的公共橫穿孔排出通道79被進(jìn)給到中心泵送腔室組件30。側(cè)泵送腔室組件31、32中的每一個(gè)的排出通道77可以具有螺紋地固定到其上的插塞89(參見(jiàn)圖2)以將加壓壓裂流體從側(cè)泵送腔室組件31、32引導(dǎo)到公共橫穿孔排出通道79中，并且從固定在中心泵送腔室組件30的排出通道77中的高壓出口接頭43引出到井眼位置。
參考圖5和圖6，示出了井增產(chǎn)泵系統(tǒng)20的流體端塊40。流體端塊40包括本體69和施加到本體69上的非金屬材料的涂層90。
參考圖5，本體69基本上限定泵送空腔47、48、49和公共橫穿孔排出通道79。在實(shí)施例中，可以將至少一個(gè)蓋板固定到本體69上，以封閉公共橫穿孔排出通道79的相應(yīng)端。本體69還可以包括安裝凸緣51。
在實(shí)施例中，本體69可以使用任何合適的技術(shù)制成，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。例如，在實(shí)施例中，本體69可以具有單一式構(gòu)造。在實(shí)施例中，本體坯件可以由一片材料制成，并且然后被機(jī)加工成最終尺寸和構(gòu)造以形成本體69。例如，在實(shí)施例中，本體69可以包括高強(qiáng)度鋼鍛件，該高強(qiáng)度鋼鍛件可以被機(jī)加工以幫助限定泵送空腔47、48、49和公共橫穿孔排出通道79。在實(shí)施例中，本體坯件可以由(例如通過(guò)焊接)連接在一起以形成一體式本體坯件的多個(gè)部件形成。
在其它實(shí)施例中，本體69可以具有多件式構(gòu)造。例如，在實(shí)施例中，本體69可以包括塊部分以及一個(gè)或多個(gè)套筒和/或套管，所述塊部分限定具有柱塞孔和流體孔的至少一個(gè)泵送通道，所述一個(gè)或多個(gè)套筒和/或套管被安裝在塊部分的柱塞孔和流體孔中的一個(gè)內(nèi)部以限定泵送空腔(例如類似于本體69的泵送空腔的一個(gè)泵送空腔)。在實(shí)施例中，可以使用任何合適的技術(shù)將每個(gè)套筒和/或套管安裝到塊部分上，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。在實(shí)施例中，至少一個(gè)套筒和/或套管限定腔室、柱塞通道、進(jìn)入通道和排出通道中的至少一個(gè)。在本體具有多件式構(gòu)造的實(shí)施例中，具有將接收非金屬材料的涂層的內(nèi)部表面的部分的一個(gè)或多個(gè)部件可以具有在形成本體的部件的組裝之前或之后被施加到其上的涂層。
參考圖6，流體端塊40的柱塞通道74沿著柱塞軸線pa延伸。進(jìn)入通道75沿著進(jìn)入軸線ia延伸，以及排出通道77沿著排出軸線da延伸。在所示的實(shí)施例中，進(jìn)入軸線ia和排出軸線da各自基本上垂直于柱塞軸線pa。進(jìn)入軸線ia和排出軸線da基本上彼此對(duì)準(zhǔn)。公共橫穿孔排出通道79沿著基本上垂直于柱塞軸線pa、進(jìn)入軸線ia和排出軸線da中的每一個(gè)的橫穿孔排出軸線cba延伸。
在所示的實(shí)施例中，柱塞通道74為從本體69的前面92延伸到安裝凸緣51的通孔的形式。進(jìn)入通道75和排出通道77也是通孔的形式，使得進(jìn)入通道75和排出通道77對(duì)準(zhǔn)。沿著柱塞軸線pa的柱塞通道74的通孔和沿著垂直的進(jìn)入軸線ia和排出軸線da對(duì)準(zhǔn)的進(jìn)入通道75和排出通道77的通孔在腔室72處彼此相交。
在實(shí)施例中，柱塞通道74、進(jìn)入通道75和/或排出通道77可以具有不同的構(gòu)造。例如，在實(shí)施例中，流體端塊40的本體69可以限定形成t形、y形、直線構(gòu)造或其它構(gòu)造的通道，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。
本體69的內(nèi)部表面70由基礎(chǔ)材料制成。在實(shí)施例中，基礎(chǔ)材料可以是任何合適的材料，例如金屬合金。例如，在實(shí)施例中，本體69的基礎(chǔ)材料包括碳鋼。
在實(shí)施例中，本體69可以包括壓縮殘余應(yīng)力層。在實(shí)施例中，壓縮殘余應(yīng)力層可以使用如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的任何合適的技術(shù)制成。例如，在實(shí)施例中，可以對(duì)流體端塊40的本體69的內(nèi)部表面70進(jìn)行冷加工以在本體69內(nèi)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力層。在實(shí)施例中，可以使用任何合適的技術(shù)對(duì)內(nèi)部表面70進(jìn)行冷加工，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。例如，在實(shí)施例中，可以使用噴丸硬化對(duì)本體的內(nèi)部表面進(jìn)行冷加工。
在實(shí)施例中，非金屬材料的涂層90被施加到本體69的內(nèi)部表面70的至少一部分上。在實(shí)施例中，流體端塊的本體69的內(nèi)部表面70包括至少一個(gè)螺紋部分和非螺紋部分。在實(shí)施例中，涂層90基本上覆蓋本體69的內(nèi)部表面70的非螺紋部分，所述非螺紋部分限定腔室72、柱塞通道74、進(jìn)入通道75，以及排出通道77。
在所示的實(shí)施例中，本體69的內(nèi)部表面70包括設(shè)置在柱塞通道74的相應(yīng)開(kāi)口96、97處的第一柱塞端螺紋部分93和第二柱塞端螺紋部分94，以及設(shè)置在排出通道77的出口開(kāi)口99處的排出聯(lián)接螺紋部分98。第一柱塞端螺紋部分93和第二柱塞端螺紋部分94被構(gòu)造成將密封構(gòu)件88和插塞58螺紋地固定到本體69。排出聯(lián)接螺紋部分98被構(gòu)造成將高壓出口接頭43螺紋地固定到本體69。在所示的實(shí)施例中，涂層90完全覆蓋腔室72。涂層90還覆蓋柱塞通道74、進(jìn)入通道75和排出通道77的內(nèi)部部分。在所示的實(shí)施例中，涂層90從第一柱塞端螺紋部分93和第二柱塞端螺紋部分94中的每一個(gè)以及排出聯(lián)接螺紋部分98偏移。在實(shí)施例中，涂層90不覆蓋流體端塊的本體的內(nèi)部表面的螺紋部分中的任何一個(gè)。
在實(shí)施例中，涂層90也可以被施加到限定公共橫穿孔排出通道79的橫穿孔內(nèi)部表面100上。在實(shí)施例中，涂層90可以基本上覆蓋橫穿孔內(nèi)部表面100。
在實(shí)施例中，涂層90可以由具有期望性質(zhì)的任何合適的非金屬材料制成。例如，在實(shí)施例中，涂層90由耐腐蝕性優(yōu)于制成本體69的內(nèi)部表面70的基礎(chǔ)材料的非金屬材料制成。在實(shí)施例中，涂層90由包括環(huán)氧樹(shù)脂和彈性體材料中的至少一種的非金屬材料制成。在實(shí)施例中，涂層90由不同于本體69的基礎(chǔ)材料的非金屬材料制成。
在實(shí)施例中，非金屬材料(例如環(huán)氧樹(shù)脂、彈性體(例如橡膠)等)涂層90可以經(jīng)由任何合適的技術(shù)而被施加。例如，在實(shí)施例中，非金屬材料的涂層90可以通過(guò)經(jīng)由噴嘴施用器被噴射在內(nèi)部表面70上而被施加到流體端塊40的本體69的內(nèi)部表面70上。在其它實(shí)施例中，非金屬材料的涂層90可以是單獨(dú)制成的固體襯套的形式，并且通過(guò)被插入到流體端塊40的本體69中并且放置成與內(nèi)部表面70成接觸關(guān)系而被施加到內(nèi)部表面上。
雖然圖1至圖6所示的實(shí)施例描繪了適合用于多重井增產(chǎn)泵系統(tǒng)中的流體端，但這僅僅是示例性的。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，與流體端構(gòu)造相關(guān)的所公開(kāi)的原理的各個(gè)方面可以與多種不同類型的系統(tǒng)和應(yīng)用一起使用。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在其它實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的用于井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端可以具有不同的形式，并且可以用于其它高壓泵送應(yīng)用中以減輕與內(nèi)部通道的操作壓力、機(jī)械應(yīng)力、侵蝕和/或腐蝕相關(guān)的問(wèn)題。
在遵循本發(fā)明的原理的再制造流體端塊的方法的實(shí)施例中，流體端塊被再制造，使得流體端塊的內(nèi)部表面的至少一部分具有施加到其上的涂層，該涂層由非金屬材料(例如合適的彈性體或環(huán)氧樹(shù)脂)制成。在實(shí)施例中，遵循本發(fā)明的原理的再制造流體端塊的方法可以用于制造根據(jù)本文所討論的原理的流體端塊的任何實(shí)施例。
參考圖7，示出了遵循本發(fā)明的原理的再制造井增產(chǎn)泵的流體端塊的方法700的實(shí)施例的步驟。清潔流體端塊的本體的內(nèi)部表面(步驟710)。所述內(nèi)部表面由基礎(chǔ)材料制成。內(nèi)部表面限定腔室、與腔室連通的柱塞通道、與腔室流體連通的進(jìn)入通道，以及與腔室流體連通的排出通道。
對(duì)流體端塊的內(nèi)部表面進(jìn)行冷加工以在本體內(nèi)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力層(步驟720)。向本體的內(nèi)部表面的至少一部分施加由非金屬材料制成的涂層(步驟730)。所述非金屬材料不同于所述基礎(chǔ)材料。
在實(shí)施例中，流體端塊的柱塞通道沿著柱塞軸線延伸。進(jìn)入通道沿著進(jìn)入軸線延伸，以及排出通道沿著排出軸線延伸。進(jìn)入軸線和排出軸線中的每一個(gè)基本上垂直于柱塞軸線。在實(shí)施例中，本體基本上由基礎(chǔ)材料制成。
在遵循本發(fā)明的原理的方法的實(shí)施例中，檢查所使用的流體端塊以驗(yàn)證其處于將允許再制造過(guò)程應(yīng)用于其上以產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果的狀態(tài)。例如，在實(shí)施例中，檢查所使用的流體端塊包括確定流體端塊是否具有即使在經(jīng)歷再制造方法700之后仍然會(huì)使其不能使用的機(jī)械缺陷或其它損壞。
在實(shí)施例中，清潔流體端塊以去除油、油脂、污垢和其它外來(lái)材料。在實(shí)施例中，在將涂層施加到流體端塊上之前，清潔流體端塊不超過(guò)預(yù)定時(shí)間量(例如在涂覆之前不超過(guò)5小時(shí))。
在實(shí)施例中，可以使用任何合適的技術(shù)來(lái)清潔本體的內(nèi)部表面。例如，在實(shí)施例中，可以通過(guò)利用研磨介質(zhì)流對(duì)內(nèi)部表面進(jìn)行噴砂處理來(lái)清潔本體的內(nèi)部表面。在實(shí)施例中，可以使用任何合適的噴砂介質(zhì)。例如，在實(shí)施例中，研磨介質(zhì)流包括玻璃珠。
在遵循本發(fā)明的原理的方法的實(shí)施例中，所述方法可以包括清潔和以其它方式去除流體端塊的內(nèi)部表面上的腐蝕、雜質(zhì)累積和污染。在實(shí)施例中，流體端塊經(jīng)歷各種表面制備步驟以使流體端塊準(zhǔn)備接收非金屬材料的涂層。例如，在實(shí)施例中，可以在將涂層施加到本體上之前修復(fù)本體中的任何裂紋。
在實(shí)施例中，可以使用任何合適的技術(shù)來(lái)修復(fù)本體中的裂紋。例如，在實(shí)施例中，可以通過(guò)焊接本體來(lái)修復(fù)裂紋。在這類實(shí)施例的至少一些中，本體可以是在尺寸規(guī)格的容差范圍內(nèi)的機(jī)器。例如，在實(shí)施例中，可以對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行機(jī)加工，以使流體端塊包含焊接區(qū)域的部分在至少一個(gè)尺寸規(guī)格的容差范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，可以對(duì)流體端塊進(jìn)行機(jī)加工以去除會(huì)干擾將涂層施加到內(nèi)部表面上的流體端塊的磨損部分，例如存在于流體端塊中的腐蝕區(qū)域或缺陷。
在實(shí)施例中，可以使用任何合適的技術(shù)對(duì)內(nèi)部表面進(jìn)行冷加工，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到。例如，在實(shí)施例中，對(duì)本體的內(nèi)部表面進(jìn)行冷加工包括對(duì)內(nèi)部表面進(jìn)行噴丸硬化。
在其它實(shí)施例中，可以經(jīng)由自增強(qiáng)工藝對(duì)流體端塊進(jìn)行冷加工，所述自增強(qiáng)工藝涉及流體端塊的機(jī)械預(yù)處理，以便在內(nèi)部自由表面(即暴露于壓裂淤漿的表面)處引起殘余應(yīng)力。在自增強(qiáng)期間，流體端塊的內(nèi)部表面可以暴露于足以引起內(nèi)部表面的塑性屈服的高流體靜壓力。內(nèi)部表面的變形可以是彈性的。當(dāng)流體靜壓力被去除時(shí)，流體端塊往往恢復(fù)到其原始構(gòu)造。然而，塑性變形的內(nèi)部表面約束該變形。結(jié)果，流體端塊的內(nèi)部表面獲得殘余壓縮應(yīng)力層。
可以使用任何合適的技術(shù)來(lái)施加涂層。例如，在實(shí)施例中，可以通過(guò)從橫穿腔室、柱塞通道、進(jìn)入通道和排出通道中的至少一個(gè)的可鉸接噴嘴噴射非金屬材料而原位施加涂層。在實(shí)施例中，所述方法包括噴射或噴砂處理將具有施加到其上的涂層的流體端塊的內(nèi)部表面的區(qū)域，以便產(chǎn)生促進(jìn)涂層粘附到本體上的粗糙表面。
在實(shí)施例中，可以通過(guò)使用噴嘴相對(duì)于流體端塊的內(nèi)部表面的多次通過(guò)施加非金屬材料的連續(xù)涂層來(lái)建立涂層。在實(shí)施例中，噴嘴的單次通過(guò)的寬度可以通過(guò)改變噴嘴構(gòu)造來(lái)改變?？梢允褂脟娮斓亩啻紊晕⒅丿B的通過(guò)產(chǎn)生連續(xù)的非金屬材料層。在實(shí)施例中，噴嘴通過(guò)的數(shù)量和相鄰?fù)ㄟ^(guò)之間的增量距離可以改變。因此，噴嘴的一系列噴射通過(guò)可以將非金屬材料的涂層構(gòu)建成期望的厚度。類似地，可以進(jìn)行噴嘴的一系列噴射以覆蓋所需的內(nèi)部表面的表面積，其中隨后的噴射通過(guò)使非金屬材料沉積在先前的噴射通過(guò)形成的涂層附近并且與其重疊。在實(shí)施例中，由運(yùn)動(dòng)的噴嘴產(chǎn)生的沉積厚度可以基于材料進(jìn)給速率、噴嘴橫向速度以及沉積效率而改變。在實(shí)施例中，噴嘴可以由機(jī)器人臂操縱。在實(shí)施例中，應(yīng)用設(shè)備的控制參數(shù)可以改變以產(chǎn)生期望的非金屬材料層。在實(shí)施例中，應(yīng)用設(shè)備的操作參數(shù)可以改變以實(shí)現(xiàn)適合于其預(yù)期應(yīng)用的非金屬材料層。
在其它實(shí)施例中，涂層可以為與本體分離制成的插入件的形式。一旦插入件被設(shè)定，可以通過(guò)將插入件定位在本體內(nèi)期望的位置處而將插入件施加到本體的內(nèi)部表面上。在實(shí)施例中，流體端塊的內(nèi)部表面可以限定一個(gè)或多個(gè)臺(tái)肩表面，所述一個(gè)或多個(gè)臺(tái)肩表面被構(gòu)造成與襯套形式的涂層機(jī)械地相互作用，以幫助防止本體與涂層之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)施例，襯套形式的涂層的尺寸可以被設(shè)計(jì)成使得在涂層與本體的內(nèi)部表面之間產(chǎn)生過(guò)盈配合，以幫助將涂層保持在適當(dāng)位置。
在實(shí)施例中，流體端塊的內(nèi)部表面包括至少一個(gè)螺紋部分和非螺紋部分。可以施加涂層，使得涂層基本上覆蓋非螺紋部分。在實(shí)施例中，涂層基本上覆蓋限定在柱塞通道、進(jìn)入通道和排出通道之間的腔室。
在實(shí)施例中，非金屬材料可以具有相對(duì)于本體的基礎(chǔ)材料改善的性質(zhì)，其中可以基于再制造的流體端塊在其預(yù)期應(yīng)用中恢復(fù)使用時(shí)的預(yù)期環(huán)境來(lái)選擇改善的性質(zhì)。例如，在實(shí)施例中，非金屬材料被選擇為提供相對(duì)于基礎(chǔ)材料增強(qiáng)的耐腐蝕性。在實(shí)施例中，非金屬材料包括環(huán)氧樹(shù)脂和彈性體材料中的至少一種，并且基礎(chǔ)材料包括金屬。在實(shí)施例中，基礎(chǔ)材料包括鋼(例如碳鋼)。
在遵循本發(fā)明的原理的再制造流體端塊的方法的實(shí)施例中，流體端塊例如可以被細(xì)化到去除任何過(guò)量噴射?？梢郧鍧嵲僦圃斓牧黧w端塊?？梢詼y(cè)量并檢查再制造的流體端塊以驗(yàn)證再制造的流體端塊在原始規(guī)格的容差內(nèi)。在滿足規(guī)格后，再制造的流體端塊可以返回使用或轉(zhuǎn)送到可互換的新流體端塊和再制造的流體端塊的庫(kù)存。
在實(shí)施例中，再制造的流體端塊在其被使用之前滿足流體端塊的尺寸規(guī)格。在實(shí)施例中，非金屬材料的涂層可以被設(shè)置在磨損區(qū)域上，所述磨損區(qū)域被定位在與再制造的流體端塊的預(yù)期用途相關(guān)聯(lián)的磨損路徑上。
此外，將理解的是，遵循本發(fā)明的原理的再制造流體端塊的方法一般可以應(yīng)用于修復(fù)和再制造多種不同類型的流體端塊。而且，雖然所示的實(shí)施例描述了為流體端塊形式的部件，但這僅僅是示例性的，并且一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于任何類型的部件。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，與再制造相關(guān)的所公開(kāi)的原理的各個(gè)方面可以與多種不同類型的零件(例如經(jīng)受腐蝕性材料的其它零件)一起使用。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在其它實(shí)施例中，遵循本發(fā)明的原理的再制造方法可以應(yīng)用于再制造不同類型的部件并且可以采取不同的形式。
工業(yè)實(shí)用性
通過(guò)前面的討論將容易認(rèn)識(shí)到本文所述的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)、流體端塊組件，以及再制造流體端塊的方法的實(shí)施例的工業(yè)實(shí)用性。可以使用遵循本發(fā)明的原理制成的井增產(chǎn)泵系統(tǒng)和流體端塊組件的實(shí)施例通過(guò)井眼將高壓壓裂流體輸送到地下烴地層以使巖石破裂。然后，油和/或氣體可以通過(guò)這些裂縫遷移到井眼并且顯著提高井的生產(chǎn)率。
如上所述，用于這類操作的壓裂流體可能是腐蝕性的。柱塞進(jìn)出井增產(chǎn)泵系統(tǒng)的流體端的腔室的持續(xù)循環(huán)，以及所伴隨的流體端的本體的內(nèi)部表面所經(jīng)歷的正壓力與負(fù)壓力之間的波動(dòng)可導(dǎo)致流體端容易產(chǎn)生濕疲勞故障。使用本發(fā)明的原理，在實(shí)施例中，可以將比制成流體端的本體的內(nèi)部表面的基礎(chǔ)材料更耐腐蝕的非金屬材料的涂層施加到流體端的本體的內(nèi)部表面，以增加流體端的使用時(shí)間。使用本發(fā)明的原理，流體端可以在使用本發(fā)明的原理的再制造過(guò)程中再建或再涂覆非金屬材料的涂層，以進(jìn)一步增加和/或更新流體端的使用時(shí)間。
將認(rèn)識(shí)到的是，前面的描述提供了所公開(kāi)的系統(tǒng)和技術(shù)的實(shí)例。然而，可以預(yù)期的是，本發(fā)明的其它實(shí)現(xiàn)方式可以在細(xì)節(jié)上不同于前面的實(shí)例。對(duì)本發(fā)明或其實(shí)例的所有引用旨在提及特定實(shí)例在該點(diǎn)被討論并且并不旨在暗示更一般地對(duì)本發(fā)明的范圍的任何限制。關(guān)于某些特征的區(qū)別和貶低的所有語(yǔ)言旨在表示對(duì)感興趣的特征缺乏偏好，但不是將其完全排除在本發(fā)明的范圍之外，除非另有明確說(shuō)明。
本文中數(shù)值范圍的列舉僅僅旨在用作單獨(dú)地指代落入該范圍內(nèi)的每個(gè)單獨(dú)值的速記方法，除非本文另有說(shuō)明，并且每個(gè)單獨(dú)值被并入本說(shuō)明書(shū)中，如同其在本文中單獨(dú)列舉一樣?？梢砸匀魏魏线m的順序執(zhí)行本文所述的所有方法，除非本文另有說(shuō)明或與上下文明顯矛盾。