国内外轻便钻井泥浆泵的发展现状

1、国内轻便钻井泥浆泵

    轻便钻井泥浆泵功率在956kW以下，主要配套于4kin以下钻机，因此，轻便钻井泵的市场前景基本依从于4kin以下钻机的使用现状和发展。据统计，我国拥有钻机1000余台，占世界钻机总量的32%。在中国石油集团公司拥有的700余台钻机中，4kin以下的钻机占总量的80%。平均新度系数仅为0.4，其中，48%的钻机新度系数小于0．3；有500台左右的钻机服役10年以上，亟待更新，与之配套的钻井泵相应也需要更新。我国每年所钻4km以下的井数为总井数的98.5%，4kin以下的进尺为总进尺的95.2%。目前，国内外三缸单作用往复式钻井泵存在的主要问题是：钻井泵质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约钻机的移运性；冲程短，冲次高，钻井泵在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；泵压低，不能完全满足钻井工艺的需要；结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻机高可靠性要求；缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。

2、国外三缸钻井泵的现状

    ①美国三缸单作用钻井泵系列  美国钻井泵大量采用三缸单作用泵，生产厂家主要有LE—TOURNEAU ELLIS WILLIAMS公司、IDEC0公司、EMSC0公司和NATIONAL—OILWELL公司等，EMSC0公司的设计技术已由我国宝鸡石油机械厂引进，并已形成F系列泵。各个公司输入功率小于956kW(1300hp)的产品自成系列，IDEC0公司为T系列，LEWC0公司为T系列，NATIONAL—OILWELL公司为P系列。

    美国三缸泵的液力端，阀箱采用L型，阀箱的吸人阀和排出阀为分体结构。吸入阀采用螺纹压紧，其壳体与阀箱螺纹连接，球形吸入空气包。泵机座多为焊接结构，小齿轮用键固定在传动轴上，大齿轮套安装在曲轴上。曲轴采用直轴与偏心轮一起铸造的结构。采用双列向心球面调心轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。齿轮采用斜齿或无槽人字齿轮。为了加强易损件的互换，阀腔和活塞杆制定了相应的API标准。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器、液压拆卸器、缸套拆卸器等。

    ②俄罗斯三缸钻井泵的现状  俄罗斯三缸钻井泵起步较晚，发展较慢，至今在钻井实践中，仍大量采用双缸泵。但其三缸泵已形成系列，而且发展势头较快。如俄罗斯石油钻机主要生产厂家，乌拉尔重型机械制造联合公司(J—I0“YaJiMam’’)计划新建一个生产三缸泵的专业化分厂，将生产整体人字齿轮。俄罗斯现有4个功率级别的三缸泵，即600kW、800kW、950kW和1180kW(主要参数略)。俄罗斯三缸泵的液力端，阀箱采用l型直通式和L型，阀箱吸人阀和排出阀不是分体结构，而是一体式液力模块。L型阀箱又有吸人阀在前、排出阀在后的常规型和吸人阀在后、排出阀在前的变L型结构。吸入阀采用液力压紧装置，不依靠螺纹压紧，压紧装置内充满液压油，其壳体与阀箱螺纹连接。排出阀用冠形螺纹压盖压紧。阀盘以锥面和端面与阀座接触，阀盘质量较轻，接触应力较小。阀胶皮保证可靠的密封。活塞一缸套之间有独特的水封装置，喷淋冷却管有铰链装置，可提高可靠性，减少机修时间和使用费用。喷淋泵的开关与钻井泵传动机组联锁，电动泵未启动，钻井泵不能启动，以保护主泵。缸套采用离心浇铸的双金属毛坯或双金属轧制钢管制造。外层是中碳结构钢，内层为高铬耐磨不锈钢。内层的金相组织为细针状马氏体和部分残余奥氏体。使用寿命为500h左右，最高可达800～900h。为了方便用户，减少易损件规格，制造的600kW、800kW、950kW及1180kW泵的缸套可以通用。活塞寿命平均300h左右，最高600～800h。阀盘和阀座的寿命200-300h，最高600h。吸人空气包有球形及筒形2种。动力端机座有铸件和焊接件，传动采用小螺旋角斜齿轮传动和宽槽人字齿轮。曲轴是由铸造的偏心轮套在直轴上组成的。采用双列圆锥滚子轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。介杆采用双室密封。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器、液压拆卸器、缸套拆卸器等。

    俄罗斯三缸泵易损件的使用寿命较低。与先进水平相比，尚有差距。然而，由于其三缸泵多数运转速度较小(如额定速度为135r／min的泵，经常以70～80r／min运转)，而且传动可以调速，因此，泵的功效发挥较好。

3、研究内容与关键技术

    钻井行业的发展方向是提高时效、降低成本和采用能够降低成本的新工艺、新技术和新 装备。运用高速高压喷射钻井工艺是这一趋向的必然选择。高速由高可靠性的钻机来保证，高压喷射则由高可靠性的钻井泵来保证。钻井泵要适应钻井工艺技术，特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的要求，将进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进，其性能水平和使用寿命直接影响钻井速度和生产成本，同时作为野外重要设备，工作条件十分恶劣，工况也异常复杂，对钻井泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求。决定钻井泵易损件寿命和工作效率的参数为泵冲次、冲程、排出压力和吸入压力。这些参数与有关寿命之间的关系是指数函数。实践表明，钻井泵80%的故障是由于缸套活塞组的磨损引起的。