高温高压环境下液压系统的设计与研究

　　1引言

　　随着国家能源战略的实施，对石油勘探设备的需求量也越来越大，测井仪器作为一种石油勘探设备，也受到了越来越多的重视。液压技术由于其自身的一 些优点在测井仪器上的应用也越来越普遍。测井仪器是一种非常规仪器，在地层几千米下工作，经常在高温(极限环境温度高达180℃)和高压(极限环境工作压 力高达140MPa)的环境中使用。因此测井仪器所使用的液压系统必须能够在此高温高压环境下可靠工作。在常规的液压系统中，环境压力(一般为1个大气压 左右)相比液压系统的压力来说比较低，可以忽略其对液压系统的影响，但当周围环境压力比较大时(极限环境工作压力高达140 MPa)，此时环境压力对液压系统的影响非常大，不能忽略不计;当整个环境温度非常高(极限环境温度达到180℃)并且不能散热时，温度对液压系统的影响 也非常大，也不能忽略不计。

　　2高温高压环境对液压油介质的影响

　　在测井仪器作业时，周围环境的压力和温度随着仪器在井中深度的加深而升高。在测井仪器中，一般采用封闭式油箱使液压系统与周围环境隔离。在设计 封闭式油箱时，采用弹簧活塞式结构、皮囊及其他弹性结构来使油箱内部液压油的环境压力与外界环境压力相平衡。在高温高压环境中，液压油的体积和黏度将发生 较大变化，下面分别讨论高温高压环境对液压油的体积和粘度的影响。

　　2.1 高温高压环境对液压油体积的影响

　　(1) 液压油随着压力的升高、体积会不断缩小，其可压缩性用压缩率β表示：

　　油液的弹性模量K是压缩率β的倒数。

　　液压油的体积：

　　式(3)中：V₀为初始体积，ΔΡ为环境压力变化量，K为介质的弹性模量，一般石油介质弹性模量取K=1.2~2，当介 质中含气体较多时，适当的取小点，并且弹性模量会随着压力的变化而有所变化。在高压环境下，液压油体积的缩小量要以实际试验数据为准，根据弹性模量计算出 来的数据只能作为参考数据使用。

　　(2) 液压油体积随着温度的升高，体积不断膨胀，其体积:

　　其中V₀为初始体积，Δt温度变化量，a_v液压油的体积膨胀系数，一般取,不同的液压油有不同的体积膨胀系数，并且会随着环境温度的变化而有所变化。

　　在设计液压油油箱的内外平衡结构时，利用式(3)、式(4)计算其极限压缩量与膨胀量，所设计的平衡机构的容积变化范围一定要满足此要求。在选择或设计其它液压元器件时，一定要考虑液压油介质体积的变化。