高压压裂泵配流阀流场特性分析及结构参数优化

叶文杰，陈奎生，湛从昌，陈 兵

(1.武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉，430081；2.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北 武汉，430081)

随着我国油田和页岩气井深度的逐渐增加，压裂泵不断向大排量、大功率及高压力方向发展。同时，为了减少流量和压力的脉动，高压压裂泵的柱塞数也在增多。高压压裂泵在极限工况下的最高压力可达140 MPa[1]，其中每一根柱塞处安装有两个配流阀(吸入阀与排出阀)，任何一个配流阀失效导致液体泄漏，都会给压裂泵带来很大的容积损失，影响其正常工作，而更换配流阀又会影响采收效率。因此，优化压裂泵配流阀的结构参数，延长其使用寿命，这对提高油气开采效益有着重要的研究意义。

李德清[2]研究了阀盘升程、弹簧刚度、预压缩量、流体的动态特性及脉动特性等对压裂泵容积效率的影响。周加龙[3]分析了泵阀的运动规律、关闭阶段引起的冲击应力和微细阀隙流场对阀体的影响程度，优化了阀盘设计参数。付云霞[4]建立了泵阀工作时的力学模型，借助有限元方法进行强度分析和优化求解。朱万胜等[5]对不同阀芯半锥角、阀芯前部过渡圆弧半径及阀座长度下的阀口压力进行测量，得出了较优的钻井液锥阀结构参数。目前对压裂泵液力端的研究主要还是集中在液动力模拟、流固耦合分析和配流阀的运动规律等方面[6-10]，对高压压裂泵配流阀阀盘升程及锥角等结构参数的优化还有待于更深入的探讨。……