胜利油田黄河钻井40569队山东东营257000
摘要:伴随着石油资源的不断减少,石油资源的勘探开发不断地向深井与复杂地层发展。由于井深的不断增加,地层也越来越复杂,对钻井设备提出了更高的要求。为了提高井底钻头的注入压力,提高岩屑的返出能力,还可以大大减少井下钻井事故的发生,从而使钻井过程中需要更高的排量和泵压。在一定条件之下钻井泥浆泵有一些特定的要求。
关键词:钻井泥浆泵;发展;活塞优化;研究
一、钻井泥浆泵发展概述
钻井泥浆泵已经使用了大概100年。早期的泥浆泵设计用于循环泥浆、冷却井底与携带岩屑。随着深井与超深井的不断开发,对钻井泥浆泵的压力与功率提出了更高的要求。泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵,流量和压力波动大,传动效率低,重量重,体积大,不能满足苛刻的钻井条件,尤其是海上钻井的需要。为此,在20世纪60年代,采用了更加先进的三缸单作用泥浆泵,三缸泵具有体积小、效率高、重量轻、压力波动小等等优点。所以随着石油开采技术的不断创新与钻井要求的不断提高,出现了一些新的泥浆泵。
二、背景介绍
大家都知道在钻井系统中,钻井泥浆泵有着无可替代的作用,相当于人的心脏,心脏出现问题一定要迅速查找及时解决,在众多“疾病”中活塞的问题尤为突出,排量达不到就会引起“身体”各个部位的不适,所以要时刻关注活塞是否刺漏,“心脏病”的耗材一般有活塞、凡儿体、凡儿座,活塞在钻井钻进过程中更换的频率居高不下,我们发现活塞有四个个部分组成,一般更换的活塞都是胶皮部分刺漏损坏,我们便考虑何不只更换胶皮部分呢?
三、主要内容
我们发明的废旧活塞更新器有两个部分组成:
1.主体部分是由废旧的套管切割焊接而成,形成一个可以使废旧活塞胶皮挤压的容器,主要作用是承受千斤顶的挤压。
2.千斤顶,相信每个井队都有不同规格千斤顶吧,使用千斤顶在主体仓内把活塞的胶皮挤压变形,从而拆除卡胶皮的卡子,然后泄压拆除旧活塞胶皮,在活塞钢体部分涂抹黄油(方便下次更换),再次通过千斤顶挤压胶皮的方法,卡上活塞卡簧,至此活塞更新完成。方便简单一般5到10分钟便可更新一个活塞。
四、影响活塞寿命的主要因素
本研究主要是探讨泵压。生产工艺、设计结构、材质、运行条件等等因素综合影响了泥浆泵活塞寿命的长短。活塞间隙、冲击摩擦热、泥浆与缸套缺陷对活塞使用寿命的影响。
(一)泵压、冲次的影响
同时,由于活塞磨损不均和结构的非中立性,偏心磨损的可能性大大增加。因此,根据实际情况选择合适的泵压和冲程,可以提高活塞的使用寿命。
(二)摩擦热的影响
活塞是橡胶密封,摩擦热是影响运动密封使用寿命的重要因素。
(三)活塞间隙的影响
活塞间隙越大,活塞皮碗材料进入间隙的可能性越大,挤压的可能性越大。活塞间隙越小,活塞芯的正面效果越好,但同时它带来的危险也越大。会造成人身伤害,活塞根部被咬伤的可能性越大,合理的间隙值可以用来改善缸套。钢芯和活塞的寿命非常重要。
(四)泥浆液的影响
泥浆泵活塞的工作条件很差。泥浆泵在钻井过程中输送的钻井液粘度高、含沙量大、腐蚀性强,有时还会产生油和高温。因此,为了改善活塞的使用寿命和工作环境,也是一个重要方面。
五、泥浆泵活塞的优化设计研究
在泥浆泵的使用中,泥浆泵的损坏会给井组带来大量的人员和物质损失,从而有效地避免泥浆泵的损坏,提高井组的工作效率,提高井队的经济效益。据统计,活塞失效是泥浆泵损坏的主要原因之一。因此,开展泥浆泵活塞的优化设计研究,提高活塞的寿命,可以大大降低泥浆泵的损坏概率,减少事故的发生。
泥浆泵活塞的高速运动摩擦会产生大量的热量。活塞的密封系统长期处于高温状态会导致密封失效,因此,有必要加强对活塞冷却润滑的优化。经研究分析表明,活塞的最佳冷却方式是全冷却。在充分冷却的前提下,采用外冷和喷雾制冷来降低活塞温度,优化活塞工作环境。在冷却剂的选择上,采用柴油和机油的混合物可以提高活塞的冷却效率。实验结果表明,在含氯冷却液中,可以降低金属与橡胶之间的摩擦程度,使摩擦表面形成一层氯化物。氯化物能降低摩擦表面的摩擦系数,充分地降低摩擦产生的热量,降低活塞的工作温度。除上述措施之外,还可通过降低泥浆温度来降低泥浆泵的转速。在泵的使用过程中,对泵的冷却润滑系统进行了检查,防止泥浆泵温度长期过高,造成泥浆泵损坏。当泥浆泵清洗液受到污染时,必须及时清洗,以改善泥浆泵工作环境的质量。
至于活塞碗和活塞根部材料的选择,原来的尼龙材料有很高的热量和摩擦,很快就会失效。随着科学技术的发展,新工艺、新材料得到了开发与应用。一些改性材料,如石墨,已应用于泥浆泵。这些改性材料的性能和耐磨性能得到了广泛的应用。
六、延长活塞使用寿命的措施
(一)皮碗根部加强措施
皮碗的根部是活塞最薄弱的环节,加强根部的加固具有重要意义。
(二)避免挤伤、偏磨
代替传统的圆柱形钢芯法兰。活塞采用圆球钢芯法兰,集中功能完全由皮碗完成,即使在同心度相差较大的情况下,也不会直接产生活塞钢芯和缸套。因此,可以选择尽可能小的活塞间隙,以提高活塞的咬合能力,达到延长活塞使用寿命的目的。
(三)改进皮碗唇部和尺寸突变处
皮碗与筒体壁的摩擦接触面从接头处开始有一定的锥度,整个皮碗具有固定锥度,可提高皮碗的自补偿能力,活塞的正常磨损阶段延长。
(四)延长活塞使用寿命的其他措施
通过消除摩擦热,选择优良的皮碗材料,可以延长活塞的使用寿命。
七、应用情况
40569队在官2-平1井施工过程中一共更换了3个活塞,2个为自行翻新组装的活塞,经使用观察效果与正常活塞相差无几。
八、经济评价及推广前景
该成果是我们队在节能增效的大环境下应运而生的,试想一下:活塞报价208RMB,而我们只需买45RMB的胶皮外加5RMB的卡簧,运用我们的更新器便可以重新组装一个全新的活塞,而且胶皮的大小可以随意调换,如果你的缸套磨损严重,那么你只需更换一个稍微大1到3毫米的胶皮便可以了。
九、创新心得
我们队自从有了活塞更新器后,便不在额外多报活塞了。一个活塞便可以节省158RMB,一口2500米左右的井怎么得也需要6到8个活塞吧?这节省的1000多元钱可都是兄弟们辛辛苦苦的血汗钱啊,试想一下一个队一年能节省1万多,那公司40多个队一年就得快50万。我们队的这项成果在节省了材料费的前提下还实现了“傻瓜”式操作,确保每一个职工看一遍就会轻松操作安装,此项技术必定会给公司带来良好的经济效益。
十、结语
总之,石油钻井中泥浆泵起着重要作用。泥浆被认为是用来钻探血液。因此泥浆泵是血液输送的动力源。泥浆泵通过对钻井液的压力作用,实现了井底钻头的润滑、岩屑的向上携回以及井下动力钻具的动力。与常规泵相比,泥浆泵工作环境差、摩擦大、粘度高、密度大。钻井泥浆泵是钻井过程中的一个薄弱环节,由于泥浆泵不能正常工作,经常导致严重的事故。因此,提高泥浆泵的工作效率和使用寿命具有重要意义。本文根据泥浆泵的应用实践,结合理论分析,介绍了泥浆泵近年来的发展现状,并提出了提高泥浆泵使用寿命的优化措施。通过研究,促进了泥浆泵的进一步发展和应用。
参考文献
[1]张玉斌,刘彩玉,王景昌.钻井泵活塞寿命可靠性研究[J].石油机械,1998(06):17-20+57.
[2]刘洪宾,周锡容,彭胜商.钻井泵活塞的功能及使用寿命[J].石油机械,1987(07):58-62.