侯勇俊 都 磊 张芳芳 蒲宗珉 席建秋

(1.西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500；2.宏华集团 四川成都 610036；3.宝鸡石油机械有限公司成都装备制造公司 四川成都 610052)

我国对石油天然气的开采随钻井工艺技术的进步而逐渐向深地层发展。随着钻井深度增加，地层情况越来越复杂，对钻井泵的工作压力要求也越来越高。在钻井泵液力端中，活塞缸套密封性能将直接影响到整个钻井生产的效率[1]。由于高压作业时，活塞的使用寿命和密封性能均急速下降，所以研究活塞的力学特性，不仅能分析出活塞失效的原因，还能为活塞后期的优化设计提供相应的指导依据。近年来，国内很多学者对活塞的使用性能进行了深入研究。王晓伟等[2]分析了活塞缸套的失效形式，并提出了合理使用缸套、活塞的方法。王新怡[3]通过有限元软件对活塞皮碗及连杆进行了力学分析，并针对其薄弱环节提出了改进措施。文献[4-6]通过观察生活中动植物形态，设计了多种仿生形活塞，并通过有限元软件ANSYS建立了仿生活塞三维轴对称结构，研究了仿生活塞受力特性。苑惠娟等[7]通过实验分析，对活塞的失效原因进行了归纳总结，并提出了提高活塞寿命的建议。

现有的相关研究大多都忽略了钻井泵工作过程中活塞缸套与钻井液的流-固耦合作用，得出的结论与实际的受力特性有一定的差别。本文作者以某2000HP型钻井泵活塞为研究对象，活塞缸套示意图如图1所示，基于Workbench下FSI流-固耦合分析模块，研究活塞在吸排液过程中不同工作压力下活塞缸套与钻井液流-固耦合作用的力学特征，同时探究过盈量和皮碗唇角等参数对活塞缸套密封性能的影响。……