石油礦場(chǎng)用往復泵發(fā)展現狀分析及研究方向探討

　　往復泵作為一種常見(jiàn)的流體機械，是一種高壓容積式泵，在石油礦場(chǎng)有著(zhù)廣泛的應用，詳細分析了石油礦場(chǎng)主要使用的往復泵的發(fā)展歷程、發(fā)展現狀以及技術(shù)性能，重點(diǎn)分析了曲柄連桿機構往復泵、液壓驅動(dòng)往復泵兩種類(lèi)型，還主要闡述了一種新型無(wú)壓力脈動(dòng)、恒流量凸輪機構往復泵的技術(shù)優(yōu)勢。指出未來(lái)一段時(shí)期往復泵應該側重于易損件壽命的提高、側重于自動(dòng)控制技術(shù)的應用、側重于故障診斷技術(shù)的應用，以提高往復泵的可靠性和連續運行效率；就技術(shù)性能而言，無(wú)壓力脈動(dòng)恒流量往復泵將是未來(lái)一段時(shí)期重點(diǎn)的發(fā)展方向。

　　往復泵在石油礦場(chǎng)上應用非常廣泛。它常常用在高壓下輸送高粘度、大密度和高含砂量的液體，而流量相對較小。按用途的不同，石油礦場(chǎng)用往復泵往往被冠以相應名稱(chēng)，例如：在鉆井工程中，為了攜帶出井底的巖屑和供給井底動(dòng)力鉆具的動(dòng)力，用于向井底輸送和循環(huán)鉆井液的往復泵，稱(chēng)作鉆井泵或泥漿泵；為了固化井壁，向井底注入高壓水泥的往復泵，稱(chēng)作固井泵；為了造成油層的人工裂縫，提高原油產(chǎn)量和采收率，用于向井底注入含有大量固體顆粒的液體或酸堿液體的往復泵，稱(chēng)作壓裂泵；在采油過(guò)程中，用于在井內抽汲原油的往復泵稱(chēng)作抽油泵，等等。

　　石油工業(yè)的發(fā)展對往復泵提出了更高的要求，主要是壓力越來(lái)越高，功率越來(lái)越大，而制造和維修成本要低，體積和重量不能過(guò)大。由于石油礦場(chǎng)用往復泵的工作條件都十分惡劣，提高其易損件(主要是泵閥、活塞和缸套等)的工作壽命，就成為往復泵設計、制造和選擇使用中迫切需要解決的問(wèn)題。近年來(lái)，國內外在往復泵的理論和試驗研究、設計制造和選擇使用等方面，做了許多工作，特別是三缸單作用往復泵在石油鉆井中的推廣使用，為提高鉆井速度創(chuàng )造了有利的條件。

1、機械式往復泵的發(fā)展現狀、技術(shù)性能及發(fā)展前景

　　往復泵是最早出現的泵類(lèi)機械，曾在工業(yè)屆廣泛應用。19世紀末和20世紀初，德國的魏斯特法爾(M.Westphal)和貝爾格(H.Berg)等人曾對往復泵技術(shù)基礎理論的研究作出了杰出的貢獻。貝爾格《活塞泵》一書(shū)是當時(shí)關(guān)于往復泵原理和設計的權威性著(zhù)作。該書(shū)中有關(guān)泵閥運動(dòng)的分析和公式、吸入與排出過(guò)程中液缸內壓力變化的規律、吸入管中的慣性水頭值計算等至今仍被引用。但在20世紀中，后起的離心泵、轉子泵等在許多應用領(lǐng)域取代了往復泵。其主要原因就是它們結構簡(jiǎn)單，通用性強。受此影響，往復泵的技術(shù)基礎理論和設計、制造技術(shù)的研究發(fā)展工作長(cháng)期停滯不前，特別是在基礎理論方面，往復泵無(wú)論是與內燃機、活塞式壓縮機等往復式機械相比，還是與離心泵等動(dòng)力式泵相比，其差距都是相當大的。

　　但是，往復泵所具有的一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是其它類(lèi)型泵無(wú)法比擬的。因而它的應用也不可被取代。除了上面提到的可實(shí)現恒流量外，還能在嚴苛條件下輸送特種介質(zhì)(腐蝕性、磨礪性、高粘度、高密度、高溫)、效率高、排出壓力大等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了往復泵在許多領(lǐng)域保留它的應用。但在不同的場(chǎng)合所要求的流量、壓力、功率和驅動(dòng)、傳動(dòng)型式相差甚遠，而且為適應各種不同的特種介質(zhì)和性能要求，泵的結構設計型式差別很大。從這個(gè)意義上說(shuō)，往復泵在今日已不再是通用機械了。因此應注意兩方面：一方面要注意各應用內生產(chǎn)產(chǎn)品、工藝規模的發(fā)展變化，使各類(lèi)往復泵更好地適應和滿(mǎn)足生產(chǎn)部門(mén)的需要；另一方面各類(lèi)往復泵之間仍需要相互借鑒和啟發(fā)。

　　在20世紀后半葉，為使往復泵適應資源開(kāi)發(fā)、石油、化工及重型機器制造等工業(yè)部門(mén)的發(fā)展需要，往復泵的基礎理論研究和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)又受到一定程度的重視。主要研究成果大多以該領(lǐng)域用泵，如計量泵、鉆井泥漿泵、化工用泵等專(zhuān)著(zhù)形式出現。例如我國自行研制的SL系列中速鉆井泵為臥式三缸單作用活塞泵，主要用于高壓噴射鉆井，增強破巖、攜巖效果，提高鉆井速度，該系列泵采用較長(cháng)沖程、較低泵速的優(yōu)選參數，在鉆井液密度小于l.5×103kg/m3、海拔500m以下，吸入管線(xiàn)長(cháng)度小于3.5m 時(shí)可以自然吸入，不配備灌注泵，吸入效率在0.9～0.95之間，為我國發(fā)展鉆井工藝技術(shù)提供了關(guān)鍵的設備，被國家經(jīng)貿委批準為首批替代國外進(jìn)口產(chǎn)品，特別是為我國發(fā)展高壓噴射鉆井工藝技術(shù)作出了巨大貢獻，大大提高了我國快速優(yōu)化鉆井工藝水平。目前國內幾乎所有油田都有SL系列中速鉆井泵，到20世紀30年代幾乎占70%以上。

　　從往復泵的傳動(dòng)結構來(lái)說(shuō)，國內外石油礦場(chǎng)用往復泵如鉆井泵、注水泵、壓裂泵、水泥泵，均為曲柄連桿機構傳動(dòng)的傳統泵。由此機構所決定的運動(dòng)特性，最突出的是兩點(diǎn)，即排出端流量與壓力不穩定，需要附加排出預壓空氣包(減震器)；吸入端存在流體加速度慣性損耗，在泵速高時(shí)需要附加灌注泵。特別是當介質(zhì)為假塑性流體(如聚合物溶液)粘度較大，而又不希望通過(guò)吸入灌注泵和液流加速度所引起多次剪切稀釋時(shí)，則傳統往復泵不能很好地滿(mǎn)足現場(chǎng)工藝要求。

　　從往復泵的液力端動(dòng)密封型式來(lái)說(shuō)，有活塞式、柱塞式兩種，一般來(lái)說(shuō)，高中壓小流量往復泵，以高泵速、柱塞式為主；高中壓大流量往復泵，以中等泵速活塞式為主；中低壓大流量泵一般以離心泵為主。如石油礦場(chǎng)所需要的低、中等流量、低、中等泵壓(10～30MPa)的泵，并要求有良好的吸入性能，體積、重量較小，而且有良好的機動(dòng)性能和可靠性時(shí)，若用曲柄連桿機構傳動(dòng)的傳統往復泵，上述要求往往互相矛盾。例如，要求體積小，則泵速高；泵速高則吸入性能差、可靠性低。所以目前出現的恒流量往復泵，可以實(shí)現將瞬變流量改變?yōu)楹懔髁�，取消排出預壓空氣包，取消吸入灌注泵，符合石油礦場(chǎng)實(shí)際情況。與傳統的曲柄連桿機構往復泵相比，其主要特征是采用較高泵速，以減小體積并具有較低的加速度；排出端疊加流量恒定，以實(shí)現低脈動(dòng)；吸入端疊加加速度為零，以實(shí)現良好的吸入性能。

　　自1901年第一臺雙缸雙作用活塞式往復泵在美國得克薩斯州的斯賓爾托普(SPINDLETOP)投入應用并成功鉆出具有商業(yè)價(jià)值的石油井以來(lái)，往復泵在石油工業(yè)上應用已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀的發(fā)展。隨著(zhù)鉆井工藝的需求和機械制造業(yè)的發(fā)展，逐步開(kāi)發(fā)了系列三缸單作用往復泵。它與雙缸雙作用活塞式往復泵相比，泵壓高、重量輕、易損件少、機械效率高，流量不均勻程度大大減小。如今，廣泛使用的是以曲柄連桿機構為典型傳動(dòng)方式的三缸或多缸單作用往復泵。此傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單可靠，量大面廣。從小型實(shí)驗室計量泵到超過(guò)1000kW的大功率石油鉆井泵以及注水、壓裂、固井、輸液等往復泵，幾乎均此傳動(dòng)方式所覆蓋，可謂獨領(lǐng)風(fēng)騷、經(jīng)久不衰，以致給人們留下認識上的慣性，即只要一涉及到往復泵，往往自然而然地把曲柄連桿機構這種傳動(dòng)方式作為不容置疑、非此莫屬的前提條件，從往復泵的誕生直到今天，也都采用的這種結構或其變形結構，運動(dòng)規律都是類(lèi)似于正弦或余弦運動(dòng)曲線(xiàn)的簡(jiǎn)諧運動(dòng)的變形。

　　多年來(lái)，人們對這種傳統往復泵的理論研究與試驗研究系統完整，揭示其運動(dòng)規律與動(dòng)力特性、水力特性，對發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)起到了積極重要的作用。人們在對傳統往復泵工作機理研究逐步深入并取得了積極成果的同時(shí)，也開(kāi)始認識到傳統曲柄連桿機構所決定的運動(dòng)與動(dòng)力特性局限了往復泵的應用范疇及其發(fā)展。傳統的曲柄連桿機構形式傳動(dòng)的往復泵，其柱塞(或活塞)的運動(dòng)近似于正弦或余弦曲線(xiàn)的規律變化。在此前提下，流量是瞬變的，形成排出系統和吸入系統的壓力脈動(dòng)，柱塞(或活塞)加速度是瞬變的，造成吸入系統慣性也是瞬變的，且泵速越高，加速度越大，慣性損失也越大，且最大值剛好發(fā)生在吸入過(guò)程的始點(diǎn)，惡化了往復泵的自吸性能，惡化了泵閥、柱塞、柱塞密封圈等運動(dòng)密封件的工作條件，限制了往復泵的使用范圍及發(fā)展。過(guò)去廣大科研人員從理論到實(shí)踐采取了多種積極的措施來(lái)改善往復泵的吸入條件、流量與壓力的波動(dòng)。所以，傳統的往復泵往往需配注吸入灌注泵、吸入緩沖器和排出預壓空氣包。這些配套設備的使用，在一定程度上緩解了這些矛盾，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。從理論上講，傳統的往復泵是很難自吸的，只是從參數設計及上述配套設備來(lái)改善它的運動(dòng)特性和動(dòng)力特性所帶來(lái)的后果。過(guò)去甚至現在仍然有許多科研人員在空氣包的配置及其理論上、灌注泵的配套設計及理論基礎上進(jìn)行苦苦研究，并且都建立了相應的一套理論，目的都是減輕吸入與排出管內液流加速度所帶來(lái)的不利影響，他們都沒(méi)有從產(chǎn)生這一后果的本質(zhì)方面即動(dòng)力端入手，所以從根本上沒(méi)有消除。采用曲柄連桿為傳動(dòng)方式的往復泵，無(wú)論從理論還是實(shí)踐都無(wú)法消除液流加速度。輸送的介質(zhì)在吸入與排出管線(xiàn)中總是受到?jīng)_擊和振動(dòng)，屬于非均勻穩定流動(dòng)。另外，灌注泵的使用還受許多礦場(chǎng)條件和自然因素等種種條件限制，灌注泵的質(zhì)量、壽命、性能如何、能否與主泵完全匹配都直接影響著(zhù)主泵的正常工作，也影響著(zhù)正常生產(chǎn)。雖然傳統往復泵的適用范圍廣，能在多種工況條件下運行輸送多種介質(zhì)。但在某些特殊場(chǎng)合下，特別是介質(zhì)為假塑性流體如聚合物溶液等，粘度較大。傳統往復泵如不用灌注泵，將無(wú)法正常運行，但由于工藝措施要求，聚合物溶液在泵進(jìn)、出口粘度相差不大(如5000ppm聚合物母液，降解率要求不大于5%)，

　　在此場(chǎng)合下，這種傳統曲柄連桿往復泵難以圓滿(mǎn)地承擔此任。而恒流量往復泵的誕生，能很好地滿(mǎn)足現場(chǎng)工藝要求。

　　實(shí)現恒流量的一種方式是仍然采用機械傳動(dòng)方式，只是須改變動(dòng)力端的結構和傳動(dòng)方式。目前，國內只有中石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院研制成功了以凸輪傳動(dòng)方式代替曲柄連桿機構的恒流量往復泵。該類(lèi)型泵已經(jīng)在現場(chǎng)廣泛推廣應用于三次采油注聚合物溶液和注水。但對于理論研究仍然處于摸索階段，有些認識仍然存在模糊而不能將有關(guān)結論完全確定。所以仍然需要將研究進(jìn)一步開(kāi)展，逐步使理論分析和實(shí)驗研究趨于豐富和完善。

2、液壓驅動(dòng)往復泵的國內外發(fā)展概況

　　液壓驅動(dòng)往復泵的研制工作在國外開(kāi)展的比較早。20世紀70年代初，美國哈利伯頓公司就研制出了HT-1000型液壓驅動(dòng)高壓壓裂泵。HT-1000型液壓驅動(dòng)高壓壓裂泵的排出壓力可達140MPa，沖程長(cháng)度為1.524m，水功率最大可達1524kW，泵由三套油缸和泵缸組成，其工作特點(diǎn)是考慮了高壓下液體可壓縮的影響，增加了預壓過(guò)程。當泵的兩個(gè)缸分別在吸入和排出過(guò)程中時(shí)，泵的第三個(gè)缸同時(shí)做預壓過(guò)程，即做緩慢的壓縮動(dòng)作，使液缸內的壓力提高至排出壓力，然后再開(kāi)始正式的排出過(guò)程。如沒(méi)有預壓過(guò)程，則泵在由吸入過(guò)程突然轉變?yōu)榕懦鲞^(guò)程時(shí)，由于液體可壓縮以及零件受載變形等因素的影響，短時(shí)間內泵沒(méi)有液體排出將引起劇烈振動(dòng)。由于采用液壓驅動(dòng)，而且增加了預壓過(guò)程，HT-1000型高壓壓裂泵的排出壓力波動(dòng)很小，當排出壓力為105.5MPa時(shí)，其壓力波動(dòng)只有2.1～3.8MPa，而一般機動(dòng)往復泵在同樣排出壓力下，壓力波動(dòng)可達17.58MPa。HT-1000型高壓壓裂泵由于采用了長(cháng)沖程、低沖次的工作方式并用液壓驅動(dòng)代替了機械驅動(dòng)，可以降低泵零部件的動(dòng)載荷，也減輕了泵的重量，提高了泵閥、密封件等易損件的壽命和工作可靠性。這種泵可以用于泵送含砂量很高的壓裂液，試驗時(shí)曾用砂徑6.2mm、含砂量約1.8～2.4kg/L的壓裂液，其工作狀態(tài)良好，而且，它還可以滿(mǎn)足深部地層和超深部地層的水力壓裂的需要，在深度為4000～4500m 的油井中取得了較好的效果。

　　HT-1000型高壓壓裂泵的缺點(diǎn)是外型尺寸太大，控制系統復雜：它的長(cháng)度為7.01m，寬度為1.068m，高1.778m，重量達7.257t。1985年，美國又研制出了一種液壓驅動(dòng)三缸單作用泵，它沒(méi)有齒輪和曲柄、連桿機構，由一臺柴油機或電動(dòng)機帶動(dòng)一臺變量液壓泵，用于驅動(dòng)3個(gè)工作缸，工作缸活塞通過(guò)活塞桿帶動(dòng)鉆井泵液缸工作。這種液壓鉆泵不僅使用可靠，而且可以靈活組合使用。2臺三缸泵可以串聯(lián)使用以提高泵壓，也可以并聯(lián)使用以提高排量，使用非常方便。

　　近些年來(lái)，隨著(zhù)國外液壓技術(shù)的迅猛發(fā)展，液壓元件的質(zhì)量和性能都有很大提高，給液壓驅動(dòng)往復泵的發(fā)展提供了良好的條件，國外很多石油機械生產(chǎn)廠(chǎng)商相繼推出了各種類(lèi)型和用途的液壓驅動(dòng)往復泵。挪威MH 公司推出了名為Mudmaster的液壓鉆井泵，它的輸入功率為1588kW，以雙缸單作用泵作為基本單元，組成四缸或六缸液壓鉆井泵。這種泵的結構很有特點(diǎn)：活塞的背部直徑較大，頂部的小液缸活塞用于吸入行程。每個(gè)單元泵包括兩個(gè)泵缸活塞組，裝有常規鉆井泵閥�；钊�在下行程時(shí)，排出鉆井液的壓力可達34.5MPa，活塞加大部分作用于環(huán)形容積，把經(jīng)過(guò)單流閥供給的清洗液通過(guò)活塞的下部清洗活塞的下部�；钊�在上行程時(shí)完成吸入功能，同時(shí)清洗液通過(guò)單流閥充滿(mǎn)環(huán)形空間。利用液壓控制系統保持鉆井泵兩個(gè)單元協(xié)調運動(dòng)。Mudmaster液壓鉆井泵的缺點(diǎn)是沖洗液對鉆井液有稀釋作用，會(huì )影響鉆井液的性能。

　　瑞典HK工程公司與挪威Norcem 海洋研究所共同研制了一種立式液壓鉆井泵，它屬于由變量液壓泵驅動(dòng)的雙缸單作用活塞泵，無(wú)齒輪、曲柄滑塊機構，結構先進(jìn)、新穎。這種單元泵的排量為15.14L/s，泵的排出壓為34.4MPa，每臺鉆機配4臺單元泵，總重量為12.5t。我國在液壓驅動(dòng)往復泵的研制方面搞的比較晚，但也做了大量的工作，先后制造出了幾種不同類(lèi)型的液壓驅動(dòng)往復泵。北京航空航天大學(xué)對液壓驅動(dòng)往復泵進(jìn)行了詳細研究，并設計出了一套稱(chēng)為“低頻大振幅自動(dòng)往復液壓泥漿泵”，其工作原理是：它的油缸與泥漿活塞連在一起，用液壓活塞桿直接驅動(dòng)泥漿活塞，使液壓泵輸出的壓能直接轉換成泥漿的高壓能。這種泥漿泵的傳動(dòng)鏈短，工作效率較高；液壓活塞與泥漿活塞的運動(dòng)方向一致，同軸線(xiàn)往復運動(dòng)，可將功率損失降到最低值；泥漿輸出近似等流量輸出，較為理想；采用液壓變量泵，可方便實(shí)現無(wú)級調速；液壓系統具有安全溢流功能，使裝置的結構近一步簡(jiǎn)化；泵的體積和重量大大減小，經(jīng)濟效益高。

　　新疆克拉瑪依雙環(huán)實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)公司研制出了一種臥式雙缸單作用雙向液壓泥漿泵，它的結構是完全對稱(chēng)的。這里“雙向”是指液壓活塞在進(jìn)程和回程兩個(gè)運動(dòng)方向均為全功率輸出。對兩個(gè)活塞的一推一拉，實(shí)現了排出和吸入泥漿液的功能。它的液壓活塞在大部分行程里是勻速運動(dòng)的，除了在兩端換向瞬間有壓力波動(dòng)外，其余時(shí)間里的流量是非常平穩的，而且由于它配置了泥漿液補償裝置，在兩端換向時(shí)，使它的壓力波動(dòng)可控制在20%以?xún)取?/p>

　　天津理工學(xué)院與石油物探局機械廠(chǎng)合作，研制成功了YNB-20型單缸雙作用液壓泥漿泵，它由帶單缸雙作用活塞桿的氣缸驅動(dòng)，其液壓系統裝有液控自動(dòng)換向裝置。它的輸出壓力為20MPa，沖次為82min-1，泥漿輸出流量為300L/min，傳動(dòng)功率為15kW。

　　目前的資料表明，盡管液壓驅動(dòng)往復泵出現了多種形式，但人們并沒(méi)有從理論上對液壓驅動(dòng)往復泵進(jìn)行細致的分析、研究，有關(guān)液壓驅動(dòng)往復泵的理論還很缺乏，人們對液壓驅動(dòng)往復泵的認識只限于對它的性能參數的測試上，人們在設計、制造、使用時(shí)缺乏足夠的理論、試驗依據。液壓往復泵也有其它許多缺點(diǎn)。如液壓件特別是液壓閥性能、可靠性都難以過(guò)關(guān)，從而使得整機的可靠性大大降低，效率低、發(fā)熱情況嚴重等。另外，各缸換向時(shí)難以銜接好，使得壓力和流量波動(dòng)有時(shí)較大，液壓系統和泵液力端系統內部都存在較大的液力沖擊。所以該類(lèi)型泵目前仍處與試驗研究階段，尚需做大量的工作。特別是要通過(guò)對液壓驅動(dòng)往復泵的理論、試驗研究，探索有關(guān)液壓驅動(dòng)往復泵的理論，為液壓驅動(dòng)往復泵的設計、制造、使用提供理論、試驗依據是亟待解決的問(wèn)題。所以難以大面積推廣應用。

3、往復泵的發(fā)展趨勢與研究方向

　　隨著(zhù)石油鉆采工藝的發(fā)展，對往復泵的要求也越來(lái)越高，這對從事往復泵研究、設計和加工制造人員提出了更新的課題，也推動(dòng)了往復泵向更高、更深的領(lǐng)域發(fā)展。今后一段時(shí)期，石油礦場(chǎng)用往復泵主要發(fā)展趨勢和研究方向如下：

　　(1)針對往復泵結構復雜、制造成本高的特點(diǎn)，要努力提高各類(lèi)往復泵的標準化和通用化水平。模塊化設計是一個(gè)方向，即以最少數量的液力端和動(dòng)力端的模塊組合成適應范圍極廣的變型產(chǎn)品。還可以用同一尺寸的液力端改變材料后適應不同的介質(zhì)和壓力，相同的傳動(dòng)端并聯(lián)成不同缸數的泵，等等。

　　(2)在提高標準化和通用化的基礎上，普及CAD/CAM 技術(shù)的應用，加強可靠性的研究。提高動(dòng)力端、缸體、泵殼、閥箱等復雜零部件的設計、工藝水平，提高軸承、密封件等基礎元件的質(zhì)量，提高裝配工藝水平。還應指出，往復泵多用于輸送特種介質(zhì)，這是它的優(yōu)勢

　　所在，但由此產(chǎn)生的問(wèn)題是液力端零件，特別是易損件的壽命較低，因此，重視液力端水力過(guò)程機制研究及其零件失效原因的研究，提高零件的使用壽命，減少停機修理時(shí)間，也是進(jìn)一步發(fā)揮往復泵特長(cháng)的重要課題。

　　(3)隨著(zhù)鉆采工藝技術(shù)發(fā)展的需要和適應不同工況的要求，應進(jìn)一步深入加強對往復泵的機理研究，在此基礎上研究新型往復泵。特別是恒流量往復泵的誕生，就是為了解決油田三次采油工藝技術(shù)的生產(chǎn)需要而研制成功的，今后應該加強無(wú)脈動(dòng)恒流量鉆井泵的研制。這進(jìn)一步說(shuō)明往復泵的研究應隨著(zhù)生產(chǎn)需要的發(fā)展而不斷發(fā)展。

　　(4)就恒流量往復泵而言，其實(shí)現形式有多種多樣，但主要形式仍然是兩種：液壓驅動(dòng)恒流量往復泵和凸輪傳動(dòng)恒流量往復泵。前者易于實(shí)現長(cháng)沖程低沖次，后者易于實(shí)現較短沖程較高沖次，二者在不同場(chǎng)合各有優(yōu)缺點(diǎn)，應各揚其長(cháng)，相互借鑒、相互補充。盡管這兩種恒流量往復泵在現場(chǎng)都有一定數量的使用，但共同的問(wèn)題是二者的可靠性仍然不高，與傳統的曲柄連桿機構往復泵相比有一定的差距。主要原因是目前對恒流量往復泵的機理研究和實(shí)現形式研究仍然比較缺乏。所以應加強這方面的工作。

　　(5)就凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵與曲柄連桿機構往復泵相比而言，由于凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵解決了傳統的曲柄連桿機構往復泵無(wú)法解決的壓力與流量波動(dòng)問(wèn)題，改變了往復泵的水力特性與動(dòng)力特性，減少的波動(dòng)能至少是傳統往復泵波動(dòng)能量的80%，且效率較高，結構新穎，性能優(yōu)良，吸入灌注泵、吸入緩沖器和排出預壓空氣包等配套設備將不復存在，大大減少了設備制造費用而且簡(jiǎn)化了工藝流程，可廣泛用于油田常壓注水、增壓注水、注粘土膠的堵水工藝以及注聚合物的驅油工藝。尤其在注聚合物的驅油工藝中，由于對聚合物的低剪切性和高的粘度保留率，因此具有更明顯的優(yōu)勢。這種恒流量往復泵的研制成功，不僅解決了注聚驅油工藝中注入泵的關(guān)鍵問(wèn)題，為油田實(shí)施控水穩油工程穩定原油產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。同時(shí)還拓寬了往復泵研究與開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域，填補了我國石油礦場(chǎng)恒流量往復泵的空白。所以往復泵的發(fā)展方向應是恒流量往復泵。

　　多年來(lái)人們對曲柄連桿機構往復泵的研究比較深入，理論和實(shí)驗手段比較完善，積累了豐富的設計、制造和使用經(jīng)驗，但對恒流量往復泵的研究比較晚，理論和實(shí)驗手段均不完備，有必要進(jìn)一步加強開(kāi)展對該類(lèi)型泵的理論研究，為實(shí)際制造和使用提供理論指導。所以凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵與曲柄連桿機構往復泵在相當長(cháng)的歷史階段內必將長(cháng)期共存，并按技術(shù)特征、工況條件、工藝要求、經(jīng)濟效益來(lái)劃分其各自的領(lǐng)域，各揚其長(cháng)，各得其所、互相補充、共同發(fā)展。

　　(6)恒流量往復泵通過(guò)采用凸輪傳動(dòng)裝置作為動(dòng)力端，改變了柱塞的運動(dòng)規律，使吸入與排出總管線(xiàn)無(wú)液流加速度和液流慣性損失，自吸性能好，泵閥的工況大大改善，提高了易損件的壽命。但其動(dòng)力端的可靠性仍然需要進(jìn)一步提高，所以應加強動(dòng)力端凸輪傳動(dòng)機構的研究，特別應該根據目前我國實(shí)際的制造水平和熱處理工藝技術(shù)，研究出切實(shí)可行的具有較高可靠性的動(dòng)力端，從而提高整機的可靠性。在相同參數下，凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵動(dòng)力端結構尺寸要比曲柄連桿機構往復泵要大，所以應引入優(yōu)化設計方法來(lái)設計恒流量往復泵。

　　(7)就凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵而言，凸輪的設計制造是關(guān)鍵。所以應該加強凸輪的CAD和CAM 技術(shù)研究，提高凸輪傳動(dòng)的可靠性和準確性。

　　(8)在參數設計上，既要借鑒傳統往復泵的設計經(jīng)驗，又要根據凸輪傳動(dòng)的特殊性來(lái)統籌兼顧綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，在中速和較低泵速下，往復泵的可靠性程度較高，所以“適當增長(cháng)沖程長(cháng)度、合理降低沖次”的技術(shù)路線(xiàn)仍是切合實(shí)際和具有現實(shí)意義的。雖然恒流量往復泵總管內無(wú)液流加速度和慣性損失，可以合理提高泵速，但缸內仍然有比曲柄連桿機構往復泵小25%的液流加速度，所以盲目提高泵速也將引起缸內的汽化和水擊并使工況惡化，同樣也會(huì )使得液力端易損件壽命降低。但沖次的提高可以減小柱塞力，降低凸輪與滾輪的接觸應力提高其疲勞強度，從而減小動(dòng)力端尺寸和改善凸輪與滾輪摩擦副的運轉工況，提高其壽命。同時(shí)沖次的提高可以適當縮短沖程長(cháng)度，從而可以減小凸輪的尺寸，也能夠減小動(dòng)力端的尺寸。從這一點(diǎn)上講，沖次的提高是大大有利的。因此，凸輪傳動(dòng)機構恒流量往復泵的參數設計原則是“適當縮短沖程長(cháng)度、合理提高額定泵速”。使恒流量往復泵的適用領(lǐng)域一方面突破傳統的“中低泵速”運行的限制，另一方面又能控制在“較高泵速”的范圍內，而絕不是毫無(wú)控制地談?wù)撌裁?ldquo;泵速越高越好”，以免走向反面。

　　(9)針對三次采油注聚合物驅油工藝技術(shù)的廣泛應用，應加強泵送聚合物溶液過(guò)程機理研究，特別是往復泵的性能對泵送聚合物溶液這種假塑性非牛頓流體的性能影響，從而提高其粘度保留率，降低工藝這種工藝成本，提高驅油效果，為我國穩定陸上原油產(chǎn)量作出貢獻。

4、結論

　　往復泵作為一種常見(jiàn)的流體機械，在石油、石化等行業(yè)有著(zhù)廣泛的推廣應用，但隨著(zhù)我國石油石化工業(yè)的發(fā)展，對于輸送不同流體介質(zhì)和不同工況條件而言，對往復泵的性能提出了更加高的要求，從往復泵的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢看，未來(lái)一段時(shí)期石油礦場(chǎng)往復泵要側重于易損件壽命的提高、側重于自動(dòng)控制技術(shù)的應用、側重于故障診斷技術(shù)的應用，以提高往復泵的可靠性和連續運行效率；就技術(shù)性能而言，無(wú)壓力脈動(dòng)恒流量往復泵將是未來(lái)一段時(shí)期重點(diǎn)的發(fā)展方向，經(jīng)過(guò)已經(jīng)研制成功樣機并在采油領(lǐng)域得到應用，但其可靠性和加工制造的精度，也需要進(jìn)一步提高。這種無(wú)脈動(dòng)恒流量往復泵有著(zhù)傳統曲柄連桿機構往復泵無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢，今后應該側重于大功率、高壓力、大排量方向發(fā)展，側重于向大功率的無(wú)脈動(dòng)恒流量鉆井泵的研制，為我國超高壓噴射鉆井以及依靠鉆井液流體傳遞信號的先進(jìn)測量?jì)x器(MWD\LWD等)提供可靠的技術(shù)保障。