磨粒浓度对压裂泵柱塞密封副摩擦特性影响研究

作     者：胡刚 罗鸿辉 王国荣 马建波 左润东 甘豪 

作者机构：西南石油大学 机电工程学院 四川 成都 610500 西南石油大学 能源装备研究院 四川 成都 610500 石油天然气装备技术四川省科技资源共享服务平台 四川 成都 610500 

出 版 物：《摩擦学学报》 

年 卷 期：2025年第44卷第12期

页      面：1639-1649页

核心收录：

基　　金：国家自然科学基金项目(52004240)和四川省科技厅自然科学基金创新研究群体项目(2023NSFSC1980)资助.This project was supported by the National Natural Science Foundation of China (52004240)  and Sichuan Provincial Department of Science and Technology Natural Science Foundation Innovation Research Group Program (2023NSFSC1980) 

主　　题：氢化丁腈橡胶 硬质颗粒 磨粒磨损 能量耗散 柱塞密封副 

摘      要：当压裂泵发生压裂液泄漏，硬质石英砂颗粒进入柱塞摩擦副，影响其摩擦学性能. 为研究颗粒浓度对柱塞橡胶摩擦学特性的影响，采用氢化丁腈橡胶与40CrNiMoA合金钢作为研究对象，制备含有固体颗粒的压裂液，通过模拟柱塞工作环境和运动形式，改变颗粒浓度，采用销-块试样进行往复摩擦试验. 摩擦试验后，将橡胶件洗净晾干，使用三维白光干涉形貌仪和扫描电子显微镜分析材料的磨痕表面形貌和化学成分. 试验结果表明，随着颗粒浓度增大，氢化丁腈橡胶表面磨损越严重，不同浓度下的橡胶表面形貌存在很大的不同. 含有颗粒的压裂液会提高摩擦副的摩擦系数，并随着颗粒浓度增加，摩擦系数呈增长趋势，增长率先增大后减小；纯润滑介质时，橡胶表面磨损形貌为微凹坑，磨损机制为疲劳磨损；随着颗粒的介入，橡胶表面磨损形貌为沟槽和凹坑，磨损机制变为磨粒磨损；往复摩擦瞬时速度不恒定，导致润滑状态不稳定且颗粒汇聚堆积；颗粒浓度增大时，颗粒汇聚堆积增多，橡胶表面磨损加剧，弹性变形增加会导致更多的能量损耗.