吳廣福 宋元洪

（渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司 河北任丘）

渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司隸屬于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司，是一家從事固井工程技術(shù)設(shè)計(jì)施工服務(wù)的公司。20世紀(jì)90年代，由于固井生產(chǎn)需要，公司購(gòu)置了一批SNC35-15及SNC35-16型傳統(tǒng)固井水泥車。限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)制造水平，整車存在著設(shè)計(jì)布局不合理，操作控制繁瑣、混灰能量低、泥漿密度波動(dòng)大、自動(dòng)化程度低等問題。為提升公司原有SNC35-15及SNC35-16型傳統(tǒng)固井水泥車技術(shù)性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，通過積極探索與實(shí)踐，采取修理、改造與更新相結(jié)合的方式，對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)代化技術(shù)改造。

一、傳統(tǒng)固井水泥車存在的主要問題

（1）臺(tái)面發(fā)動(dòng)機(jī)多年未大修，故障頻率增高，冷啟動(dòng)困難，發(fā)動(dòng)機(jī)完全暴露在外面，容易與塵土和雨水接觸。

（2）臺(tái)面變速箱傳動(dòng)比范圍小，需經(jīng)鏈條箱增大傳動(dòng)比后再與3缸柱塞泵相連，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝占用空間多，且可靠性低。

（3）液壓系統(tǒng)動(dòng)力取自液力傳動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)的液壓雙聯(lián)泵，變速箱換擋容易引起泥漿密度的波動(dòng)，穩(wěn)定性可靠性差。

（4）混漿系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，混合能量小，操作人員難以觀察到混漿池液面，泥漿密度難以控制，可靠性差。

（5）臺(tái)上設(shè)備布局不合理，影響操作人員觀察視線，使用檢修空間狹小，操作維修不方便。

二、總體改造方案

將早已超過報(bào)廢年限不能滿足行駛要求的底盤車進(jìn)行更換，對(duì)車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、3缸柱塞泵進(jìn)行大修，加裝發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩，更換臺(tái)面變速箱、離心泵、及液壓馬達(dá)，加裝密度計(jì)和清水流量計(jì)，改造原車混漿系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，重新制作儀表控制臺(tái)、計(jì)量水罐、混漿罐，其他電、氣、液系統(tǒng)根據(jù)需要進(jìn)行修理或更換。

車臺(tái)各部件重新進(jìn)行布局，構(gòu)架平臺(tái)依照布局重新設(shè)計(jì)制作，使臺(tái)面各部件能有機(jī)的布置到新底盤車上，以充分發(fā)揮整車的技術(shù)性能。

三、改造實(shí)施

1.汽車底盤

將原捷克產(chǎn)TATRA T815底盤車改為國(guó)產(chǎn)北方奔馳6×6底盤車，此底盤適應(yīng)性強(qiáng)，并配備了底盤集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，提高了車輛的潤(rùn)滑可靠性，降低了司機(jī)保養(yǎng)車輛的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

（1）將原車臺(tái)MWM TBD234V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆檢大修，更換發(fā)動(dòng)機(jī)4配套、3濾和潤(rùn)滑油等。加裝發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩，減少雨水和灰塵與發(fā)動(dòng)機(jī)接觸，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在陽(yáng)光下暴曬，以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。加裝發(fā)動(dòng)機(jī)燃油加熱器，便于天氣寒冷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并可通過發(fā)動(dòng)機(jī)油-水熱交換器和油底殼加熱來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的油溫。

（2）將原凱星BY520液力變速箱更新為擋位更多傳動(dòng)比更大的凱星BY400液力變速箱，去掉鏈條傳動(dòng)箱，改用傳動(dòng)軸將變速箱動(dòng)力傳至3缸柱塞泵，這樣可在不改變總傳動(dòng)比的情況下，使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，并消除了由鏈條傳動(dòng)箱帶來的各種事故隱患，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性，又降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。

3 3缸柱塞泵

（1）動(dòng)力端檢修。檢查柱塞泵主、副軸、偏心輪及軸承磨損情況；檢查主、副軸與軸承徑向間隙及軸向間隙，保證各部配合符合原廠修理標(biāo)準(zhǔn)。檢查內(nèi)部各連接及緊固情況，檢查十字頭銹蝕情況,更換十字頭密封件，清洗柱塞泵潤(rùn)滑油池，更換潤(rùn)滑油，清洗潤(rùn)

滑油泵和濾清器，更換濾芯，更換膠管等。

（2）液力端檢修。更換部分易損件和密封件，包括O形圈、盤根、橡膠圈、柱塞襯套等；檢查柱塞盤根安裝孔表面有無嚴(yán)重刺傷及磨損，如超過修理極限予以更換。檢查柱塞泵柱塞、柱塞盤根、柱塞隔套、油環(huán)、壓緊螺母等，如超過使用要求予以進(jìn)行更換。檢查凡爾座體是否有損傷，更換凡爾、凡爾膠皮、凡爾座、凡爾彈簧。檢查液力端的螺紋有無裂紋，如有裂紋，應(yīng)進(jìn)行修理或更換。檢查壓力表及更換各管線等，清洗集油槽。

（3）其他。將原剪銷式安全閥更換為彈簧式安全閥，當(dāng)泵的壓力超過預(yù)定的壓力時(shí)，3缸柱塞泵卸壓，彈簧式安全閥能自動(dòng)復(fù)位，保證固井的連續(xù)性。增加一套電感式超壓保護(hù)裝置。當(dāng)泵的壓力超過預(yù)定的壓力時(shí)，該裝置能立即輸出超壓報(bào)警信號(hào)，控制車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速，變速箱回空擋，柱塞泵停止工作，保證設(shè)備的安全運(yùn)行和人身安全。兩套超壓保護(hù)裝置互為備用，提高了超壓保護(hù)功能的可靠性。

原車柱塞泵液力端、各離心泵采用潤(rùn)滑氣泵注油潤(rùn)滑的方式，由于潤(rùn)滑氣泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在工作過程中容易發(fā)生故障，導(dǎo)致盤根潤(rùn)滑不良，且維修不便成本高，因此改用儲(chǔ)油罐加壓潤(rùn)滑的方式，提高盤根潤(rùn)滑的可靠性，避免潤(rùn)滑不良現(xiàn)象的發(fā)生。

4.混漿系統(tǒng)

原托拉多混漿系統(tǒng)沒有清水流量計(jì)、密度計(jì)、干灰計(jì)量閥、擴(kuò)散筒等，混合能量低，水灰混合不均勻，泥漿密度難以控制，水泥粉塵易擴(kuò)散，危害人體健康并污染環(huán)境，已不適應(yīng)固井工藝和HSE的要求，因此更新為目前廣泛使用的再循環(huán)高能混漿系統(tǒng)（圖1）。這種混漿系統(tǒng)增加了干灰計(jì)量閥、3英寸非放射性密度計(jì)、清水流量計(jì)、擴(kuò)散筒等，增大了混漿池容積。清水流量計(jì)裝在噴射管路上，密度計(jì)裝在循環(huán)管路上，高能混合器上灰口裝有干灰計(jì)量閥。

圖1 混漿系統(tǒng)示意圖

新混漿系統(tǒng)混漿池有效容積為1.6 m3，比傳統(tǒng)型SNC35-15及SNC35-16固井水泥車混漿池容積大得多，增大了混漿量，便于混漿操作?；鞚{池下部采用錐形設(shè)計(jì)，可極大地提高混漿效果，同時(shí)在作業(yè)完成后又可保證罐內(nèi)流體能充分排出?；鞚{池內(nèi)裝有雙攪拌器，攪拌器設(shè)計(jì)為單軸雙級(jí)葉片槳，能充分對(duì)泥漿進(jìn)行攪拌，使得混合后的泥漿密度更均勻，極大的改善了混漿效果?；鞚{池上部安裝了擴(kuò)散筒，擴(kuò)散筒設(shè)有專門的氣體排出口，有利于干灰水泥中的氣體排出，便于操作員觀察混漿池液面。

新混漿系統(tǒng)采用噴射式混合器，其混合能量高，混漿質(zhì)量好，操作容易，并且其獨(dú)特的偏心式結(jié)構(gòu)，可很好地防止閥芯被卡死。

改造后的混漿系統(tǒng)安裝在車架尾部。

5.液壓系統(tǒng)

保留原有的循環(huán)離心泵及液壓馬達(dá)。對(duì)液壓油箱進(jìn)行重新設(shè)計(jì)加工。為使液壓油滿足長(zhǎng)時(shí)間施工需求，加裝液壓油冷卻散熱裝置，位于臺(tái)面發(fā)動(dòng)機(jī)前端，液壓油箱配置有液位視窗、過濾器及呼吸閥等。液壓油冷卻由發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇吸風(fēng)在冷卻器上換熱完成。

增加一供水泵，供水泵和噴射泵的吸入排出管路采用并聯(lián)連接，以便當(dāng)一個(gè)離心泵或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過合理切換閥門改變管路流程即可實(shí)現(xiàn)供水泵和噴射泵的相互替換，提高液壓系統(tǒng)的可靠性。

混漿裝置中離心泵及攪拌馬達(dá)的動(dòng)力改為從底盤車取力，使混漿裝置的工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，避免因車臺(tái)變速箱換檔所帶來的沖擊而引起泥漿密度的不穩(wěn)定，提高水泥漿的混配質(zhì)量。

6.控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)型SNC35-15及SNC35-16固井水泥車只能手工操作，且操作繁瑣，因此改為手自一體的密度自動(dòng)控制系統(tǒng)，使水泥漿的密度由手動(dòng)不易控制變?yōu)橛?jì)算機(jī)的自動(dòng)控制，水泥漿的密度調(diào)節(jié)更加準(zhǔn)確，保證了混漿的質(zhì)量。這種密度自動(dòng)控制系統(tǒng)能通過計(jì)算機(jī)控制干灰計(jì)量比例閥的開度，進(jìn)而控制輸入高能混合器的干水泥量，3英寸非放射性密度計(jì)能將混合后的水泥漿真實(shí)密度反饋給計(jì)算機(jī)，3英寸清水流量計(jì)能將水的流量信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過反饋回來的信號(hào)和已設(shè)定的密度要求指令液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整比例閥開口大小，使泥漿密度自動(dòng)控制到設(shè)定密度。

7.電、氣、液路管線及元件

更換原車所有電、氣、液路軟、硬管線，重新布置管線位置，更換電、氣、液路控制系統(tǒng)中各元件，使整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的操控性能。重新設(shè)計(jì)安裝供水管匯，使供水泵能對(duì)計(jì)量水罐內(nèi)任意一室或雙室的液體進(jìn)行循環(huán)混配，并能從車臺(tái)左右兩側(cè)同時(shí)上水或任一側(cè)上水功能。

8.臺(tái)上設(shè)備重新布局

由于車臺(tái)部件更新改造，因此需對(duì)車臺(tái)部件進(jìn)行重新布局。構(gòu)架平臺(tái)依照布局重新設(shè)計(jì)制作，使臺(tái)面各部件能有機(jī)的布置到新底盤車上，整車重心合理，保證整車前后左右正、平、穩(wěn)，運(yùn)行平穩(wěn)，以充分發(fā)揮整車的技術(shù)性能。

車臺(tái)從前至后依次為液壓油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、液力變速箱、傳動(dòng)軸、柱塞泵、混漿池。將計(jì)量水罐從車架尾部改裝到液力變速箱及傳動(dòng)軸上方，擴(kuò)大操作員的觀察視線。作業(yè)平臺(tái)及儀表控制臺(tái)安裝在柱塞泵上方，噴射泵安裝在混漿池一側(cè)，循環(huán)泵安裝在混漿池底部，供水泵安裝在主車車架左側(cè)，液壓泵安裝在液力變速箱上方，柱塞泵的潤(rùn)滑泵安裝在液力變速箱側(cè)面，空壓機(jī)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面。

四、改造效果

改造后的固井水泥車在長(zhǎng)慶、冀東等市場(chǎng)使用后，水泥漿密度誤差能控制在±0.024 g/cm3，最高壓力能達(dá)到35MPa，最大排量能達(dá)到1.6 m3/min。改造后的固井水泥車與傳統(tǒng)SNC35-15和SNC35-16固井水泥車相比，能自動(dòng)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密度、壓力、排量等參數(shù)，自動(dòng)化程度大大提高，密度波動(dòng)大大減小，混漿質(zhì)量大大提高，可靠性大大增強(qiáng)，安全環(huán)保性能大幅提升，其部分性能甚至與現(xiàn)在的GJC40-17固井水泥車相當(dāng)?，F(xiàn)場(chǎng)使用結(jié)果表明，改造后的固井水泥車整車技術(shù)性能已完全超過原SNC35-15及SNC35-16型傳統(tǒng)固井水泥車，各項(xiàng)技術(shù)、性能指標(biāo)均滿足固井施工要求。目前，公司已改造更新了13臺(tái)固井水泥車，并在華北、長(zhǎng)慶、二連等地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，收到了投資少見效快的良好效果，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 葉紀(jì)東.一種新型固井水泥車及其固井作業(yè)操作要求.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（6）:365～366