способ предварительной обработки гидравлической части насоса (варианты)

Формула изобретения

1. Многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий нагартовку центрального цилиндра и нагартовку двух боковых цилиндров, причем нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки двух боковых цилиндров.

2. Способ по п.1, в котором при нагартовке двух боковых цилиндров осуществляют одновременную нагартовку боковых цилиндров.

3. Способ по п.1, в котором давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, превышает давление нагартовки, приложенное к двум боковым цилиндрам в процессе нагартовки двух боковых цилиндров.

4. Способ по п.1, в котором нагартовка центрального цилиндра выполняется перед нагартовкой двух боковых цилиндров.

5. Способ по п.1, в котором нагартовка двух боковых цилиндров выполняется перед нагартовкой центрального цилиндра.

6. Многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий следующие стадии:

приложение гидростатического давления на центральный цилиндр для создания в нем сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на центральном цилиндре;

приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра для создания в них сжимающих остаточных напряжений;

сброс гидростатического давления на двух боковых цилиндрах, при этом приложение гидростатического давления на центральный цилиндр выполняется независимо от приложения гидростатического давления на два боковых цилиндра.

7. Способ по п.6, в котором при приложении гидростатического давления на два боковых цилиндра выполняют одновременное приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра.

8. Способ по п.6, в котором гидростатическое давление, приложенное к центральному цилиндру, превышает гидростатическое давление, приложенное к любому из двух боковых цилиндров.

9. Способ по п.6, в котором приложение и сброс гидростатического давления на центральном цилиндре выполняются перед приложением и сбросом гидростатического давления на два боковых цилиндра.

10. Способ по п.6, в котором приложение и сброс гидростатического давления на два боковых цилиндра выполняются перед приложением и сбросом гидростатического давления на центральный цилиндр.

11. Многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего центральный цилиндр и, по меньшей мере, два комплекта боковых цилиндров, содержащий следующие стадии:

нагартовка центрального цилиндра;

нагартовка первого комплекта, состоящего, по меньшей мере, из двух комплектов боковых цилиндров;

нагартовка второго комплекта, состоящая из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, при этом нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки первого и второго комплектов, состоящих из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров.

12. Способ по п.11, в котором первый комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, содержит первый боковой цилиндр, расположенный вплотную к первой стороне центрального цилиндра, и второй боковой цилиндр, расположенный вплотную ко второй стороне центрального цилиндра.

13. Способ по п.12, в котором второй комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, содержит третий боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне первого бокового цилиндра, и четвертый боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне второго бокового цилиндра.

14. Способ по п.13, в котором нагартовка первого и второго боковых цилиндров выполняется одновременно, и нагартовка третьего и четвертого боковых цилиндров выполняется одновременно, и нагартовка первого и второго боковых цилиндров происходит независимо от нагартовки третьего и четвертого боковых цилиндров.

15. Способ по п.11, в котором давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, превышает давление нагартовки, приложенное к первому и второму комплектам боковых цилиндров в процессе нагартовки первого и второго комплектов боковых цилиндров.

16. Способ по п.11, в котором нагартовка центрального цилиндра выполняется перед нагартовкой первого и второго комплектов боковых цилиндров.

17. Способ по п.11, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является пятицилиндровым насосом.

18. Способ по п.11, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является семицилиндровым насосом.

19. Многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров, содержащий одновременную нагартовку всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров и нагартовку центрального цилиндра из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров, при этом нагартовка всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров выполняется независимо от нагартовки центрального цилиндра.

20. Способ по п.19, в котором давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, превышает давление нагартовки, приложенное ко всем из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров в процессе нагартовки всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров.

21. Способ по п.19, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является трехцилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.

22. Способ по п.19, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является пятицилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.

23. Способ по п.19, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является семицилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.

24. Многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлических части цилиндров, включающий следующие стадии:

одновременное приложение первого гидростатического давления ко всем, по меньшей мере, трем гидравлическим частям цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на всех, по меньшей мере, трех гидравлических частях цилиндров;

приложение второго гидростатического давления на центральный цилиндр, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на центральном цилиндре, при этом приложение первого гидростатического давления выполняется независимо от приложения второго гидростатического давления.

25. Способ по п.24, в котором второе гидростатическое давление превышает первое гидростатическое давление.

26. Способ по п.24, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является трехцилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.

27. Способ по п.24, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является пятицилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.

28. Способ по п.24, в котором многоцилиндровый плунжерный насос является семицилиндровым насосом и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение главным образом относится к способу механической предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса с целью остаточных сжимающих напряжений в цилиндрах гидравлической части насоса.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Гидравлический разрыв скважинных пластов является крайне необходимой технологической операцией для возбуждения скважины. Обычно она производится закачиванием жидкости в скважину при относительно высоком давлении, разрывая пласт и порезы, расположенные вблизи ствола скважины. Нефть может поступать в ствол скважины через эти разрывы, значительно увеличивая продуктивность скважины. Плунжерные насосы и, более точно, трехцилиндровые насосы обычно используются для закачивания жидкости для гидроразрыва пласта под большим давлением в скважину. Однако периодическое воздействие высоких давлений на гидравлическую часть насоса вызывает в ней усталостные разрушения. В связи с этим существует необходимость увеличить сопротивляемость цилиндров гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса усталостным разрушениям. (JP 2005095923 А, 14.04.2005.)

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ предварительной обработки может использоваться для создания остаточного сжимающего напряжения во внутренних стенках гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса так, что обеспечивается минимальное растягивающее напряжение, которое испытывает гидравлическая часть насоса во время насосного цикла. Во время нагартовки цилиндрические отверстия гидравлической части насоса подвергаются высоким гидравлическим давлениям, что приводит к пластической деформации внутренних зон гидравлической части насоса, в то время как деформация внешней зоны остается упругой. Когда давление сбрасывается, внешняя зона гидравлической части упруго возвращается в первоначальное состояние, в то время как внутренние зоны, подвергнутые пластической деформации, остаются в состоянии напряженного сжатия. Это состояние напряженного сжатия увеличивает усталостную прочность гидравлической части насоса.

Согласно изобретению создан многоступенчатый способ нагартовки для предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий нагартовку центрального цилиндра и нагартовку двух боковых цилиндров, причем нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки двух боковых цилиндров.

При нагартовке двух боковых цилиндров можно осуществлять одновременную нагартовку боковых цилиндров.

Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное к двум боковым цилиндрам в процессе нагартовки двух боковых цилиндров.

Нагартовка центрального цилиндра может выполняться перед нагартовкой двух боковых цилиндров.

Нагартовка двух боковых цилиндров может выполняться перед нагартовкой центрального цилиндра.

Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части трехцилиндрового насоса, содержащего центральный цилиндр и два боковых цилиндра, включающий следующие стадии:

приложение гидростатического давления на центральный цилиндр для создания в нем сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на центральном цилиндре;

приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра для создания в них сжимающих остаточных напряжений;

сброс гидростатического давления на двух боковых цилиндрах, при этом приложение вышеупомянутого гидростатического давления на центральный цилиндр выполняется независимо от приложения гидростатического давления на два боковых цилиндра.

При приложении гидростатического давления на два боковых цилиндра можно выполнять одновременное приложение гидростатического давления на два боковых цилиндра.

Гидростатическое давление, которое может прилагаться к центральному цилиндру, превышает гидростатическое давление, приложенное к любому из двух боковых цилиндров.

Приложение и сброс гидростатического давления на центральном цилиндре могут выполняться перед приложением и сбросом гидростатического давления на два боковых цилиндра.

Приложение и сброс гидростатического давления на два боковых цилиндра могут выполняться перед приложением и сбросом гидростатического давления на центральный цилиндр.

Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ нагартовки предварительной обработки многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего центральный цилиндр и, по меньшей мере, два комплекта боковых цилиндров, содержащий следующие стадии:

нагартовка центрального цилиндра;

нагартовка первого комплекта, состоящего, по меньшей мере, из двух комплектов боковых цилиндров;

нагартовка второго комплекта, состоящая из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, при этом нагартовка центрального цилиндра выполняется независимо от нагартовки первого и второго комплектов состоящих из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров.

Первый комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, может содержать первый боковой цилиндр, расположенный вплотную к первой стороне центрального цилиндра, и второй боковой цилиндр, расположенный вплотную ко второй стороне центрального цилиндра.

Второй комплект, состоящий из, по меньшей мере, двух комплектов боковых цилиндров, может содержать третий боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне первого бокового цилиндра, и четвертый боковой цилиндр, расположенный вплотную к стороне второго бокового цилиндра.

Нагартовка первого и второго боковых цилиндров может выполняться одновременно, и нагартовка третьего и четвертого боковых цилиндров выполняется одновременно, и нагартовка первого и второго боковых цилиндров происходит независимо от нагартовки третьего и четвертого боковых цилиндров.

Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное к первому и второму комплектам боковых цилиндров в процессе нагартовки первого и второго комплектов боковых цилиндров.

Нагартовка центрального цилиндра может выполняться перед нагартовкой первого и второго комплектов боковых цилиндров.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом или семицилиндровым насосом.

Согласно изобретению создан многоступенчатый способ предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров, содержащий одновременно нагартовку всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров и нагартовку центрального цилиндра из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров, при этом нагартовка всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров выполняется независимо от нагартовки центрального цилиндра.

Давление нагартовки, приложенное к центральному цилиндру в процессе нагартовки центрального цилиндра, может превышать давление нагартовки, приложенное ко всем из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров в процессе нагартовки всех из, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть трехцилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть семицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.

Согласно изобретению создан также многоступенчатый способ нагартовки предварительной обработки гидравлической части многоцилиндрового плунжерного насоса, содержащего, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров, включающий следующие стадии:

одновременное приложение первого гидростатического давления ко всем, по меньшей мере, трем гидравлическим частям цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на всех, по меньшей мере, трех гидравлических частях цилиндров;

приложение второго гидростатического давления на центральный цилиндр, по меньшей мере, трех гидравлических частей цилиндров для создания в них сжимающего остаточного напряжения;

сброс гидростатического давления на центральном цилиндре, при этом приложение первого гидростатического давления выполняется независимо от приложения второго гидростатического давления.

Второе гидростатическое давление может превышать первое гидростатическое давление.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть трехцилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат три цилиндра.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть пятицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат пять цилиндров.

Многоцилиндровый плунжерный насос может быть семицилиндровым насосом, и, по меньшей мере, три гидравлические части цилиндров содержат семь цилиндров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из следующего подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает перспективный вид многоцилиндрового плунжерного насоса, используемого в способе нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - поперечный разрез одной из гидравлических частей многоцилиндрового плунжерного насоса, изображенного на фиг.1;

фиг.3 - блок-схема одного варианта способа нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - схематический вид другого многоцилиндрового плунжерного насоса, используемого в способе нагартовки в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5 - блок-схема другого варианта способа нагартовоки в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 - блок-схема еще одного варианта способа нагартовки в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как указано выше, в нефтяных и газовых скважинах многоцилиндровые плунжерные насосы обычно используются для нагнетания в них жидкости для гидроразрыва пласта под высоким давлением для повышения продуктивности скважины.

Фиг.1 показывает примерный вариант такого насоса 10. В изображенном варианте насос 10 - это трехцилиндровый насос, имеющий три цилиндра 12А, 12В, 12С, каждый с соответствующим плунжером 14А, 14В, 14С, способным перемещаться относительно цилиндра. Центральным из трех цилиндров является центральный цилиндр 12В, а цилиндры 12А, 12С являются боковыми. Однако, как рассматривается ниже, насос 10 может быть насосом с любым подходящим количеством цилиндров, например насос с пятью цилиндрами (пятицилиндровый насос) или насос с семью цилиндрами (семицилиндровый насос).

В данном варианте насос 10 состоит из двух секций: силовой части 16 и гидравлической части 18. Силовая часть 16 включает в себя коленчатый вал 20, приводимый в движение силовой установкой (не показано) для привода плунжеров насоса 14А, 14В, 14С. Гидравлическая часть 18 включает в себя цилиндры 12А, 12В, 12С, при этом плунжеры 14А, 14В, 14С, перемещаясь возвратно-поступательно, втягивают жидкость при низком давлении и выпускают жидкость при высоком давлении, как описывается далее.

Для простоты фиг.2 показывает поперечный разрез только одного цилиндра 12 гидравлической части насоса. Однако показанный цилиндр 12 представляет любой из цилиндров в многоцилиндровом плунжерном насосе, таком как трехцилиндровый насос, пятицилиндровый насос или семицилиндровый насос среди других подходящих насосов. По существу любое дальнейшее обсуждение, относящееся к гидравлической части цилиндра 12, в равной степени касается всех трех цилиндров 12А, 12В, 12С трехцилиндрового насоса 10, показанного на фиг.1, или любого из цилиндров пятицилиндрового насоса или семицилиндрового насоса; и любое нижеприведенное описание, относящееся к плунжеру 14, в равной степени справедливо в отношении всех трех плунжеров 14А, 14В, 14С трехцилиндрового насоса 10, показанного на фиг.1, или любого из плунжеров в пятицилиндровом насосе или семицилиндровом насосе. Каждая из гидравлических частей цилиндров 12А, 12В, 12С в трехцилиндровом насосе 10 включает плунжер 14А, 14В, 14С, способный перемещаться относительно него. Обычно при использовании для гидравлического разрыва пласта размер каждого плунжера 14А, 14В, 14С составляет от приблизительно 4,5 до приблизительно 6,5 дюйма (11,25 см - 16,25 см) в диаметре, при этом каждый плунжер 14 производит давление до 12000 фунтов на квадратный дюйм.

Как показано на фиг.2, каждый цилиндр 12 включает камеру 22 рабочей жидкости. Каждый плунжер 14 установлен так, что может скользить внутри соответствующего ему цилиндра 12, совершая возвратно-поступательные движения внутри камеры 22 рабочей жидкости. Возвратно-поступательное движение плунжера 14 действует на изменение объема жидкости в камере 22 рабочей жидкости. Далее цилиндр 12 включает обратные клапаны, такие как всасывающий клапан 24 и выпускной клапан 26, которые управляют потоком жидкости в и из камеры 22 рабочей жидкости во время возвратно-поступательного движения плунжера 14.

Как упомянуто выше, возвратно-поступательное движение плунжера 14 может осуществляться двигателем, управляемым вращающимся коленчатым валом 20. Всасывающий клапан 24 и выпускной клапан 26 действуют под действием сил давления жидкости и пружины. Всасывающий клапан, например, смещен пружиной 30, расположенной между всасывающим клапаном 24 и пружинным стопором 32 в направлении посадочного места всасывающего клапана 28, т.е. в направлении закрытой позиции. Точно так же выпускной клапан 26 смещается пружиной выпускного клапана 36, расположенной между выпускным клапаном 26 и пружинным стопором 38, в направлении посадочного места выпускного клапана 34, т.е. в направлении закрытой позиции.

Когда плунжер 14 движется во внешнюю сторону (в левую сторону на фиг.2) через уплотнительное отверстие 40, в камере 22 рабочей жидкости создается перепад давления. Этот перепад давления вызывает движение всасывающего клапана 24 против смещения пружины 30 к открытой позиции и вызывает протекание жидкости через всасывающую трубу 25 и через всасывающий клапан 24 в камеру 22 рабочей жидкости. Эта фаза движения плунжера 24 может быть названа как «такт впуска».

Когда плунжер 14 движется в обратном направлении (вправо по фиг.2) через уплотнительное отверстие 40, всасывающий клапан 24 закрыт пружиной 20, и давление в камере 22 рабочей жидкости увеличивается. Увеличение давления заставляет выпускной клапан 26 открываться и заставляет жидкость из камеры 22 рабочей жидкости выходить наружу через напорный клапан 26 и из напорной трубы 35. Напорный клапан 26 остается открытым, в то время как плунжер 14 продолжает прилагать давление (обычно от приблизительно 2 до приблизительно 12 тысяч фунтов/кв. дюйм) к жидкости в камере 22 рабочей жидкости. Эта фаза движения плунжера 14 под высоким давлением, в которой жидкость выпускается через сливной клапан 26, известна как «такт выпуска».

При частоте накачки в 2 Гц (т.е. 2 цикла сжатия за секунду) гидравлическая часть 18 насоса может испытывать большое количество циклов напряжения за относительно короткий срок эксплуатации. Эти циклы напряжения вызывают усталостное разрушение гидравлической части 18. Разрушение включает усталостный процесс, в котором маленькие трещины инициируются на свободной поверхности компонента при циклическом напряжении. Трещины увеличиваются со скоростью, определяемой циклическим напряжением и свойствами материала, до тех пор, пока станут достаточно велики, чтобы обеспечить разрушение компонентов. Поскольку усталостные трещины обычно инициируются на поверхности, стратегия противостояния механизму таких разрушений состоит в предварительном создании на поверхности напряжения сжатия.

Это может быть выполнено способом нагартовки, включающим предварительную механическую обработку гидравлической части 18 насоса для создания остаточного напряжения на его внутренних поверхностях (т.е. поверхностях, которые подвергаются действию рабочей жидкости гидравлической части цилиндра 12). Во время нагартовки гидравлическая часть цилиндра 12 подвергается действию высокого гидростатического давления. Давление во время нагартовки вызывает пластическую деформацию внутренних зон стенок гидравлической части цилиндра 12. Поскольку уровень сжатия уменьшается поперек толщины стенок, деформация внешних зон стенок остается упругой. Когда гидростатическое давление снимается, внешние зоны стенок стремятся возвратиться в их первоначальную форму.

Однако пластически деформированные внутренние зоны этих стенок ограничивают эту деформацию. В результате внутренние зоны стенок гидравлической части цилиндра 12 получают остаточное сжимающее напряжение. Это сжимающее напряжение увеличивает выносливость гидравлической части насоса. Эффективность способа нагартовки зависит от объема остаточного напряжения на внутренних стенках и их величины.

Способ нагартовки включает одновременное приложение гидростатического давления к каждому из цилиндров многоцилиндрового насоса, т.е. все три цилиндра, в случае трехцилиндрового насоса, деформируются одновременно. Давление зависит от размера насоса, например в многоцилиндровом плунжерном насосе, имеющем плунжеры диаметром 5,5 дюйма (13,75 см), можно использовать давление нагартовки приблизительно 55 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Однако компьютерные модели показали, что указанное одновременное приложение давления к цилиндрам недостаточно оптимально и приводит к относительно низкому остаточному напряжению в центральном цилиндре гидравлической части. Это происходит из-за того, что деформация центрального цилиндра сдерживается деформируемыми совместно с ним боковыми цилиндрами многоцилиндрового насоса, что приводит к относительно низкому пластическому напряжению в центральном цилиндре во время нагартовки и низкому остаточному напряжению сжатия после этого. В результате растягивающие напряжения в центральном цилиндре могут быть относительно большими и приводят к относительно небольшим срокам эксплуатации гидравлической части 18 насоса.

Первый вариант вышеописанного способа нагартовки на гидравлической части 18 многоцилиндрового насоса 10 включает в себя два этапа, при этом на первом этапе нагартовка центрального цилиндра 12В осуществляется отдельно от нагартовки оставшихся цилиндров 12А, 12С, а на следующем этапе происходит одновременная нагартовка каждого из оставшихся цилиндров 12А и 12С. Компьютерные модели показали, что такой двухэтапный процесс приводит к улучшенному распределению остаточного напряжения на гидравлической части 18 насоса, что приводит к увеличению срока эксплуатации гидравлической части 18 насоса.

Фиг.3 иллюстрирует многоэтапный способ 300 нагартовки для предварительной обработки гидравлической части 18 многоцилиндрового насоса 10, имеющего, по меньшей мере, три цилиндра (цилиндры 12А, 12В, 12С в случае трехцилиндрового насоса 10 фиг.1). Способ, показанный на фиг.3, используется в комбинации с насосом 10, изображенным на фиг.1, как изложено ниже. Первый вариант способа 300 нагартовки включает первый этап 310, включающий нагартовку центрального цилиндра 12В отдельно от нагартовки оставшихся цилиндров, в данном случае боковых цилиндров 12А, 12С. Этап 310 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр 12В и затем сброс гидростатического давления. В первом варианте это гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Второй этап 320 включает одновременную нагартовку оставшихся цилиндров, в данном случае цилиндров 12А, 12С, без нагартовки центрального цилиндра 12В. Этот этап 320 включает приложение гидростатического давления только на боковые цилиндры 12А, 12С, а затем сброс гидростатического давления. В первом варианте это гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

В первом варианте способа последовательность этапов, этапы 310 и 320, может быть изменена, т.е. этап 320 нагартовки боковых цилиндров 12А, 12С может быть выполнен первым, а этап 310 нагартовки центрального цилиндра 12В может быть выполнен вторым. В любой последовательности выполнения этапов давление нагартовки в центральном цилиндре 12В может превышать давление нагартовки в боковых цилиндрах 12А, 12С. Несмотря на то что значение примерного давления нагартовки дано выше, другие приемлемые значения давления могут быть использованы даже за рамками вышеупомянутого предела. В первом варианте способа оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, которые берут в расчет, среди других факторов механические свойства материала гидравлической части насоса, давление способа нагартовки и зоны, в которых давление нагартовки прикладывается, в гидравлической части насоса.

Многоступенчатый способ нагартовки может быть применен к трехцилиндровому насосу и насосам, имеющим более трех цилиндров, с соответствующим увеличением числа этапов нагартовки. Например, фиг.4 показывает схематическое изображение гидравлической части пятицилиндрового насоса 418, имеющего пять цилиндров 412А, 412В, 412С, 412D, 412Е. Многоступенчатый способ 500 нагартовки, показанный на фиг.5, показывает один вариант этапов, включенных в нагартовку такого насоса.

Как показано, один вариант первого этапа 510 включает нагартовку центрального цилиндра 412С отдельно от остальных цилиндров. В этом случае оставшиеся цилиндры включают и первый комплект боковых цилиндров 412В, 412D, которые вплотную прилегают к центральному цилиндру 412С, и второй комплект цилиндров 412А, 412Е, которые удалены на один цилиндр от центрального цилиндра 412С. Этап 510 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Второй этап 520 включает одновременную нагартовку первого комплекта цилиндров 412В, 412D без нагартовки центрального цилиндра 412С и второго комплекта боковых цилиндров 412А, 412Е. Этап 520 включает одновременное приложение гидростатического давления только к первому комплекту боковых цилиндров 412В, 412D, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Третий этап 520 включает одновременную нагартовку второго комплекта боковых цилиндров 412А, 412Е без нагартовки центрального цилиндра 412С и первого комплекта боковых цилиндров 412В, 412D. Этап 530 включает одновременное приложение гидростатического давления на второй комплект боковых цилиндров 412А, 412Е, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Дополнение этапа нагартовки может быть выполнено для каждого, последовательно добавляемого к центральному цилиндру 412С, комплекта боковых цилиндров. В этом варианте последовательность выполнения этапов 510, 520, 530 может быть изменена на обратную и/или выполнена в любом порядке. Несмотря на то что примерные значения давления нагартовки приведены выше, другие подходящие значения давления могут быть использованы, даже те, которые выходят за вышеупомянутые пределы. В этом варианте оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, как описано выше.

Фиг.6 иллюстрирует многоступенчатый способ 600 для предварительной обработки гидравлической части 18 многоцилиндрового плунжерного насоса, имеющего, по меньшей мере, три цилиндра гидравлической части. Как показано в одном варианте, первый этап 610 включает одновременную нагартовку всех цилиндров в гидравлической части (например, все цилиндры 12А, 12В, 12С в трехцилиндровом насосе на фиг.1 или все цилиндры 412А, 412В, 412С, 412D, 412Е в пятицилиндровом насосе на фиг.4). Этап 610 включает одновременное приложение гидростатического давления ко всем цилиндрам, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм.

Второй этап 620 включает нагартовку только центрального цилиндра (например, центральный цилиндр 12В в трехцилиндровом насосе на фиг.1 или центральный цилиндр 412С в пятицилиндровом насосе на фиг.4). Этап 620 включает приложение гидростатического давления только на центральный цилиндр, а затем сброс гидростатического давления. В этом варианте гидростатическое давление может быть в пределах от приблизительно 55 до приблизительно 65 тысяч фунтов/кв. дюйм. Несмотря на то что примерное давление нагартовки дано выше, другие подходящие значения давления могут быть использованы, даже те, которые выходят за вышеупомянутые пределы. В этом варианте оптимальное давление нагартовки определяется из подходящих компьютерных моделей, как описано выше.

В результате каждого из описанных выше многоступенчатых способов 300, 500, 600 нагартовки распределение остаточного напряжения в предварительно обработанном насосе улучшается по сравнению с одноэтапным способом, приводящим к большим зонам остаточных напряжений сжатия в центральном цилиндре. Это сводит к минимуму растягивающее напряжение, которое испытывает гидравлическая часть насоса во время качания насосом, приводящее к увеличению срока эксплуатации гидравлической части. Несмотря на то что вышеупомянутые рассуждения относились главным образом к использованию многоступенчатого способа нагартовки для предварительной обработки многоцилиндровых насосов, которые применяются для гидравлического разрыва пласта, такой предварительно обработанный насос может быть использован для любой другой подходящей цели. Например, типичное применение в нефтяной промышленности включает применение в гибких насосно-компрессорных трубах и применение для цементирования скважин среди других подходящих применений.

Предшествующее описание было представлено со ссылкой на предпочтительный в настоящее время вариант изобретения. Специалисты в этой области, к которым обращено это изобретение, оценят, что дополнения и изменения в описанных структурах и методах действия могут выполняться без значительного отступления от границ и духа этого изобретения. Соответственно предшествующее описание не должно быть прочитано только в отношении точных структур, описанных и показанных в прилагаемых чертежах, но скорее должно быть прочитано в соответствии и как поддержка для последующих формул, которые представляют наиболее полный и подробный их объем.