延长压裂车柱塞工作寿命课件

发布人：陈宣百,延长2000型压裂车柱塞泵内柱塞的工作寿命,江汉井下JH-YL101压裂酸化队,前言,在压裂施工作业中，压裂设备的柱塞的良好工作性能是满足压裂工艺设计要求的关键。JH-YL101压裂酸化队现有7台三缸泵压裂车，1台五缸泵压裂车；在压裂施工中，柱塞在泵腔内做高速往返运动，从而使低压液体变成高压液体。作为直接与压裂液接触的部件，柱塞工作的正常与否直接影响到压裂施工的成功与否。如果柱塞的工作周期短，更换频繁，无疑将影响压裂施工的正常进行，增加材料的支出，增大工人的劳动强度。,目 录,一、小组概况,二、选题理由,延长柱塞工作寿命,三、现状调查,为了能准确地掌握第一手资料，抓住主要矛盾对症下药，尽快解决问题。我们首先对2009年1-12月份的7台压裂车柱塞泵内柱塞的工作寿命进行调查统计,(注：7268号压裂车为2009年11份新进设备，不列入数据对比中),表1 2009压裂车柱塞泵内柱塞工作情况数据统计表,通过查阅2009年柱塞工作情况记录，我们可以发现：2009年，7261至7267的7台压裂车柱塞更换总数为36个，消耗成本为7.9370万元，平均工作寿命为107小时/个。,三、现状调查,四、目标设定,图2、柱塞工作寿命折线图,上图折线显示，平均单个柱塞工作寿命在107小时上下波动。 QC小组成员分析：1、107小时/个的柱塞工作寿命过短，制约了压裂施工效率，综合考虑压裂设备的保养现状，工人操作水平日益提高，硬件设施不断更新完善，故将107小时/个的柱塞工作寿命延长到130小时/个。,四、目标设定,2、为分析将单个柱塞工作寿命增加至130小时是否可行？小组成员查阅资料、分析数据及调查现状发现，从增强柱塞盘根材质质量、落实柱塞泵清洗制度、改善柱塞装卸工具等角度出发，认为完全可以达到这一目标。,103,130,活动前（小时/个),目标(小时/个),(140),图2 活动目标柱状图,本小组运用头脑风暴法，从“人、设备、料、法和环境”五个环节入手，寻找出了可能影响柱塞工作寿命的12条末端因素，绘制了因果分析图，详见图3。,五、原因分析,五、原因分析,柱 塞 工 作 寿 命 过 短,盘根漏装、装歪、装反,设备保养制度不完善,图3 因果分析图,盘根装配不合理,柱塞装卸时磕碰泵腔,设备管理制度不完善,柱塞装卸方式不合理,员工责任心欠缺,柱塞未及时保养,柱塞变形,施工压力过大,柱塞腐蚀、变形、磨损,柱塞长期与支撑剂、酸液接触,柱塞工作时碰撞泵腔,柱塞连杆工作时左右晃动,压裂泵腔与柱塞间隙过于紧凑,压裂泵腔设计不合理,六、要因确认,确认一、员工责任心欠缺 压裂一班是压裂队的核心班组，配备人员绝大多数为思想素质较好、工作责任心较强、设备维护保养技术全面的员工。通过对现场调查、检查各压裂设备的设备运转记录及巡回检查记录本发现，员工都能落实设备维护保养制度，做好设备维护保养工作。,确认二、设备保养制度不完善 小组通过资料分析与现场观察发现，上级部门出台的设备保养制度能较好地维持设备的日常管理工作，设备制度对岗位工人起到很好的监督作用，岗位工人能自觉履行设备保养制度，没有出现因制度不完善，而导致柱塞工作寿命较短的问题的出现。,确认三、柱塞未及时保养 通过查阅柱塞的保养记录，2009年柱塞保养检查率为100%，不应存在该问题，从现场调查看，每次压裂施工时，操作工人都会观察大泵润滑油对柱塞的润滑情况，并及时调整负责润滑液供应的针形阀，达到柱塞工作时的润滑效果。,确认四、铜圈内径过小 在装配柱塞前，需把铜圈套入泵腔内，铜圈位于盘根与琐紧螺母之间，主要起固定盘根的作用，防止盘根来回松动。而厂家设计的铜圈因内径紧贴柱塞外表面，从而使柱塞工作时，加剧柱塞外表面与铜圈内侧的摩擦，最终导致柱塞外径变小，压裂液刺漏，柱塞工作寿命减短并影响了压裂施工的质量与安全。,六、要因确认,六、要因确认,确认五、盘根装配不当 操作人员从事本岗位一年以上，具有丰富的理论知识和操作经验，能熟练的装配盘根。小组通过现场调查发现，操作人员装配盘根技术要领明确，方法准确，到目前为止，没有出现过装配不当或装配错误的事例。,确认六、柱塞材质不过关 我队使用的柱塞是由四机厂生产的，每一批材料都有产品合格证，2010年5月，小组成员对我队购买的柱塞的各项指标查阅了厂家技术部门对该原材料的相关检测报告，了解到其完全符合我队压裂施工要求。,确认七、压裂泵腔设计不合理 小组成员通过现场调查发现压裂泵腔中心轴与柱塞连杆中心轴在同一条直线上，泵腔最小内径比柱塞外径大2-3mm,泵腔设计符合柱塞工作要求。,确认八、盘根材质不过关 通过现场调查发现绝大部分压裂液的刺漏都是因盘根失效引起的，而压裂液的刺漏容易导致柱塞的磨损。我们从盘根材质方面分析，发现2009年盘根耐酸性、耐压性、耐磨性不强，它很容易因柱塞在泵腔内的高速做功而产生失效变形，特别是对酸压井，盘根腐蚀性尤为明显。,六、要因确认,确认九、压裂泵腔设计不合理 小组成员通过调查发现，压裂泵端连杆四周被固定，晃动性很小，可以忽略不计，连杆基本上是沿着泵腔中心轴做往复直线运动。,确认十、柱塞装卸方式不合理 小组通过调查发现，操作工人装卸柱塞流程正确，但所用装卸工具设计过于简单且容易误伤柱塞，具体操作步骤为：装卸柱塞时，把柱塞拉拔工具与柱塞对扣后，需用榔头使劲敲柱塞装卸工具的一端才能使柱塞装卸。这种柱塞装卸工具有如下弊端，第一、用榔头敲柱塞拉拔工具时，由于力度控制不好，容易使柱塞表皮与泵腔内壁撞击产生坑洞痕迹，而吭洞的产生将会影响柱塞的工作寿命。第二、工人拉拔柱塞的劳动强度大、时间长。每次压裂施工后，工人需用榔头配合柱塞装卸工具装卸柱塞。第三、存在安全隐患，工人操作时容易碰伤手指。,六、要因确认,确认十一、施工压力过大 压裂施工前，通过对压裂设备设置超压保护值确保设备在安全压裂状态下工作。对2000型压裂机组一般设置超压保护值不超98MPa,作为与高压液体直接接触的柱塞，其材质具备耐高压的能力，施工压力对柱塞本身并无影响。,确认十二、柱塞长期与支撑剂、 酸液接触 压裂酸化施工本身性质决定了柱塞不可避地与支持剂、酸液接触。我们通过现场调查发现，在压裂施工时，因受支撑剂与柱塞表面摩擦的影响，使得在高速高压环境下工作的柱塞表面形成刮痕；在酸化施工时，因酸液对金属具有腐蚀作用，也会使柱塞表面出现腐蚀的点状结构。 这就要求我们要在施工后及时清洗柱塞泵、及时清除压裂泵腔及柱塞周围的支撑剂及酸液，避免下次施工时，受泵腔内的残余支撑剂的影响磨损柱塞，使得柱塞产生抗拉疲劳。特别是酸液，它与金属接触会产生化学反应(Fe+2HCl稀=FeCl2+H2)，致使腐蚀现象的出现。虽然每次压裂酸化施工接近尾声时，会进行一定量的清水顶替，但残余酸液或支撑剂仍有一部分留在泵腔内。,六、要因确认,七、制定对策,针对影响柱塞工作寿命的要因，小组成员经过反复讨论，制定了相应的对策，并编制了对策表。,柱塞装卸方式不对,柱塞长期与支撑剂、酸液接触,柱塞盘根失效损伤柱塞,铜圈内径过小,four,one,two,three,导致柱塞损伤的主要原因,七、制定对策,表2 对策表,八、对策实施,针对以往安装柱塞过程中， 铜圈内径与柱塞外径空隙过小导致柱塞损伤的问题，我们从以下步骤来杜绝该类问题：1、把铜圈套入柱塞，观察其间隙大小，并用手晃动铜圈，检验铜圈与柱塞间隙是否合适；2、若铜圈内径过大，则用游标卡尺测量铜圈的内径与柱塞外径；3、用车床对铜圈内径进行扩径处理，按照铜圈内径比柱塞外径大1.0mm-1.5mm的原则进行车加工。,对策实施一：扩大铜圈内径,套入铜圈,测量内径,扩大内径,八、对策实施,对策实施一：扩大铜圈内径,通过采用以上步骤，达到了铜圈内径与柱塞外径间隙的最优化，避免了柱塞工作时与铜圈内壁的摩擦。铜圈加工情况见表3。,表3、铜圈加工情况统计表,八、对策实施,我们联系柱塞盘根厂家，向他们反映盘根失效问题。通过与厂家的合作，更换了一种材质可靠的柱塞盘根，使其更耐磨损、耐酸。自柱塞盘根的材质得到更换以来，压裂液刺漏及盘根失效的现象得到彻底的改观，使得柱塞发挥了最佳的做功性能，并确保了柱塞的完好性，通过更换盘根材质，盘根的工作寿命增加到100小时以上，不仅改善了盘根质量，而且增强了盘根与柱塞的密封性。由此可证明该柱塞盘根适用于较高线速度和较高介质压力下柱塞的动态密封。,对策实施二：更换盘根材质,更换后,更换前,八、对策实施,经过改进，QC小组研制了一种可行性非常高的拉拔工具，不仅降低了工人的劳动强度、减少了柱塞装卸时间，而且完全避免了装卸柱塞时柱塞与泵腔的撞击，延长了柱塞的工作寿命，使得装卸柱塞的效果非常明显。我们通过在柱塞装卸工具长杆上增加定向环（比泵腔内径小3-4mm），该定向环可以有效避免柱塞与泵腔内壁的撞击；除此之外，为降低工人的劳动强度及减少柱塞拉拔时间，我们QC小组在拉杆上增加了一个活动撞击环。装卸柱塞时，只需用手来回拉动撞击环，使撞击环与柱塞装卸工具长杆前后碰撞，柱塞就能在惯性力的作用下轻松进出泵腔。该项工具得到改进后，没有出现手指碰伤情况，也避免了装卸柱塞时柱塞与泵腔磕碰的现象，因此，柱塞得到很好的保护，进一步延长了柱塞的工作寿命。,对策实施三：选择合理的柱塞装卸方式,八、对策实施,柱塞装卸工 具模型设计,制作工具实物图,投入使用,研制装卸工具,对策实施三：选择合理的柱塞装卸方式,八、对策实施,对策实施四：清除压裂泵腔及柱塞周围的支撑剂及酸液,1、添置一台高压清洗机 每次施工完后，施工人员在井场利用高压清洗机排出的高压水清洗泵腔，有效的防止了酸液与柱塞、泵腔及其它部件产生化学反应。 2、压裂施工后到洗车台清洗压裂泵腔 每台压裂车在归队前，必须到洗车台进行大排量清洗泵腔，使得泵腔内的支撑剂及酸液得到彻底的清除，确保了柱塞工作寿命的延长。,九、效果验证及效益分析,效果验证,通过2010年的QC活动和对策实施，收到良好的效果，并全面完成了课题目标。自2010年QC活动开展以来，我队不断加强设备维护力度和投入技术力量后，压裂泵内柱塞工作寿命明显得到延长，单个柱塞平均工作寿命由2009年的107小时提升到目前的135.2小时，柱塞工作寿命得到明显改观。,表4 2010年1-11月压裂车柱塞泵内柱塞工作情况数据统计表,活动成果图,107,130,活动前(),目标(),(),135.2,活动后(),目标达到了！,效果验证,九、效果验证及效益分析,经济效益,通过开展活动，柱塞工作寿命比2009年多延长32.2小时/个，如果按每口压裂施工柱塞工作1.5小时计算，那么每个柱塞可多施工21井次。活动制作了一个柱塞装卸工具及配备了一个高压清洗设备，共花费0.21万元。2010至今，柱塞成本消耗为5.3940万元，比2009年节约成本2.5430万元（即：7.9370-5.3940）。本次活动共产生经济效益2.5430-0.21=2.333万元。,九、效果验证及效益分析,提高了压裂设备的完好率，延长了压裂设备的使用寿命。2000型压裂车的柱塞泵价格在30万元以上，而柱塞是造成柱塞泵损坏的关键部件，柱塞的工作寿命的延长确保了柱塞泵的完好性。我队现有8台压裂设备，每减少一次压裂泵损坏事件，就等于创效30多万元，所以其间接效益非常的明显。,无形效益,九、效果验证及效益分析,表5、小组成员自我评价表,九、效果验证及效益分析,本次QC活动，小组成员共同努力认真思考，运用QC知识，经过PDCA循环，运用统计工具，攻克了技术和生产上的难题，实现了预定的目标。小组成员不仅拓展了工作视野，增长了QC活动知识，增强了进取精神，提高了质量、改进、创新、团队协作意识。而且成员工作热情高涨、团队作用得到了充分发挥。 小组成员对活动前后的状态进行了自我评价，如下所示：,无形效果雷达图,社会效益,十、巩固措施,为有效控制保证柱塞工作寿命得到延长，巩固QC活动的经验成果，在原有基础上，小组分析制定以下措施。 1 、小组将柱塞保养维护措施上报至队部，队上制定了