劉濤

摘要：隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，使得石油鉆探工作不斷向深層油藏發(fā)展，鉆井中在環(huán)形空間中需要有足夠的上反速度和鉆頭水眼上有足夠的壓力降，一般要求鉆井泵單泵有30～50L/s的排量，這樣迫切需要大功率泥漿泵組提供循環(huán)泥漿。為了滿足鉆井需要，設(shè)計(jì)大功率鉆井泵是非常必要的。同時(shí)，國(guó)家正大力提倡的使用電能替代化石能源隨的號(hào)召，并且隨著油田“井工廠”作業(yè)模式的持續(xù)推廣應(yīng)用，井場(chǎng)供電充足，我們有必要開展大功率電驅(qū)泥漿泵橇的技術(shù)研究，提高鉆井泥漿泵的工作性能，滿足超深井鉆機(jī)對(duì)高泵壓和大排量鉆井工藝的要求。大功率電驅(qū)泥漿泵橇具有很大的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)；泥漿泵橇；井工廠；應(yīng)用；市場(chǎng)

世界石油勘探開發(fā)的難度日益增大，降低勘探開發(fā)成本成為一個(gè)主要的經(jīng)濟(jì)壓力，鉆井費(fèi)用占勘探費(fèi)用的50%～80%，是各石油公司的最大的年項(xiàng)花費(fèi)。提高效率，在復(fù)雜的條件下經(jīng)濟(jì)地開發(fā)儲(chǔ)量，關(guān)鍵是重視技術(shù)的發(fā)展。鉆井泵是石油鉆井的關(guān)鍵設(shè)備之一，鉆井行業(yè)中將鉆井泥漿泵稱之為鉆機(jī)的“心臟”，鉆井泥漿泵的發(fā)展水平與性能的好壞對(duì)鉆井速率和成本有著最為直接的影響。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于石油能源的需求也在與日俱增，石油供需緊張矛盾更加凸顯，然而大多數(shù)石油都埋藏在幾千米甚至上萬米的地下。在能源危機(jī)形勢(shì)步步緊逼的大環(huán)境下，為獲得更加豐富的石油資源，人們需要付出的代價(jià)越來越大。大功率電驅(qū)泥漿泵橇的開發(fā)迫在眉睫。

1、大功率鉆井泥漿泵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

我國(guó)在石油鉆井泵的研究方面起步較晚，最初是由引進(jìn)美國(guó)技術(shù)而發(fā)展起來的。但通過技術(shù)引進(jìn)、自主研發(fā)，我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距正在逐步縮小。目前，我國(guó)生產(chǎn)石油鉆井泵的單位主要有寶雞石油機(jī)械有限公司、蘭州蘭石國(guó)民油井石油工程公司等單位，其生產(chǎn)的系列三缸泵己經(jīng)能基本滿足我國(guó)大部分油田鉆井的需要，并有部分出口。寶雞石油機(jī)械有限公司已有40多年設(shè)計(jì)和制造泥漿泵的歷史，生產(chǎn)的F-500、F-800、F-1000泵達(dá)到了美國(guó)LTV公司的技術(shù)要求，其特點(diǎn)為：無退刀槽人字齒輪傳動(dòng)；合金鋼曲軸；可更換的十字頭導(dǎo)板；機(jī)架采用鋼板焊接件；中間拉桿盤根采用雙層密封結(jié)構(gòu)，動(dòng)力端采用強(qiáng)制潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑相結(jié)合的潤(rùn)滑方式。F系列三缸泵具有沖程長(zhǎng)、沖次低的優(yōu)點(diǎn)。為了滿足油田高泵壓和大排量鉆井工藝的要求，寶雞石油機(jī)械有限公司還自行設(shè)計(jì)和制造了F-1300、F-1600、F-1600HL、F-2200和F-22OOHL大功率高壓泥漿泵。

目前，世界各國(guó)都在大量研究和使用三缸單作用泥漿泵，并且都是朝著大功率、長(zhǎng)沖程、大缸徑、高泵壓的技術(shù)方向發(fā)展。國(guó)外對(duì)鉆井泵的研究早、技術(shù)精、產(chǎn)品系列齊全，尤其以美國(guó)的技術(shù)最為先進(jìn)，俄羅斯和羅馬尼亞次之。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，特別是高壓噴射鉆井、近平衡鉆井、叢式定向井、水平井等新工藝、新技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)鉆井泥漿泵的工作性能要求越來越高。目前鉆井泵正朝著大功率、大排量和高壓力的方向發(fā)展。世界上主要生產(chǎn)大功率鉆井泵的廠家有：美國(guó)Emaco公司（FC-2200型）、美國(guó)National Oilwell公司（14-P-220型）、美國(guó)IDECO公司（T-2200HP）、加拿大DRECO公司（12T2000型）、德國(guó)WIRTH公司（TPK7-1/2”x14”2200型）。國(guó)外主要廠家大功率鉆井泵性能參數(shù)：

2、電驅(qū)動(dòng)相對(duì)于柴油驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

2.1降低生產(chǎn)成本

利用油田內(nèi)部完善豐富的電網(wǎng)資源，用耗電取代耗油，可以有效地降低鉆井綜合能耗，減少搬遷運(yùn)輸車輛，節(jié)省柴油機(jī)使用潤(rùn)滑油、冷卻液的消耗，降低設(shè)備運(yùn)行時(shí)數(shù)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。使用電力驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，還有利于計(jì)量管理，減少非生產(chǎn)性流失。

2.2提高設(shè)備的使用效率

由于鉆井生產(chǎn)存在風(fēng)險(xiǎn)性，鉆機(jī)在配套時(shí)，要考慮超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況發(fā)電機(jī)組的功率都配備較大這樣就存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，造成其有效功率較低，如鉆機(jī)使用電力驅(qū)動(dòng)，可更好地發(fā)揮泥漿泵功率提高泵沖、排量更好地滿足鉆井施工工藝需要

2.3利于環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康

由于柴油機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)組使用燃油和潤(rùn)滑油，在日常使用和管理上燃油和潤(rùn)滑油均有不同程度的泄漏現(xiàn)象，鉆機(jī)沒備油污比較大，造成了不同程度的噪音和排放污染，對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備維護(hù)人員都有一定的影響。而使用工業(yè)電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，噪音相對(duì)柴油機(jī)較小，并且無排放，也不會(huì)有燃油潤(rùn)滑油泄漏，對(duì)環(huán)境造成的影響較小，在環(huán)保施工方面比柴油驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，在工作環(huán)境方面電動(dòng)化鉆機(jī)設(shè)備工作條件比較千凈，在鉆井現(xiàn)場(chǎng)可以較明顯地看出電氣師同機(jī)械師在著裝方面的區(qū)別。

2.4減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度

由于交流電機(jī)的維護(hù)工作量小、安裝方便，因此，可大大減輕鉆井隊(duì)機(jī)房人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.5節(jié)省井場(chǎng)空間、方便運(yùn)輸

受現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)輸空間的限制，對(duì)泥漿泵組的重量、外形尺寸的要求越來越高。與傳統(tǒng)的泥漿泵組相比較，電驅(qū)泥漿泵橇在結(jié)構(gòu)上更加緊湊合理，占用井場(chǎng)空間更??；同時(shí)，電驅(qū)泥漿泵橇的重量更輕，運(yùn)輸更方便；

3、可行性分析（以電驅(qū)F-1600L泥漿泵橇為例）

電機(jī)參數(shù)：額定功率1200KW、額定電壓600V、額定轉(zhuǎn)速1000rpm；

皮帶輪直徑：Ф630/Ф1250；

泥漿泵參數(shù)：額定輸入功率：1600hp、額定沖次：120沖/分、齒輪速比：4.206：1；

3.1 功率匹配

1）已知電機(jī)的額定輸出功率為：N電=1200（kW）

2）電機(jī)能提供給泥漿泵的輸入功率計(jì)算：N輸=N電?h傳

式中：N電——電機(jī)輸出功率，N輸——泥漿泵輸入功率，h傳——皮帶傳動(dòng)效率，取0.95

對(duì)于泥漿泵：N輸=1200×0.95=1140（kW）

3）泥漿泵額定沖數(shù)和額定沖數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入功率為1180KWx80%=944KW；

電機(jī)能提供給泥漿泵的輸入功率N輸=1140kw>泥漿泵的額定輸入功率944KW，所以電機(jī)動(dòng)力輸出匹配滿足要求。

3.2 實(shí)際泵沖匹配

皮帶減速比i1=1250/630=1.98 泥漿泵減速比i2=4.206

總減速比為i=1.98*4.206=8.33

1000÷8.33=120

可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速能提供的泵沖能夠覆蓋泥漿泵的額定泵沖120r/min；

結(jié)果：電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足要求，滿足實(shí)際工況的要求。

4能源消耗分析

柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵的鉆機(jī)按每口井燃油消耗平均1421噸費(fèi)用873萬元，泥漿泵改用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，單井電能消耗為50400千瓦時(shí)，費(fèi)用277萬元，電驅(qū)泥漿泵鉆機(jī)打一口井的成本比柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵鉆機(jī)節(jié)省596萬元。綜合生產(chǎn)成本（生產(chǎn)維護(hù)、運(yùn)輸）和設(shè)備（配件、修理和維護(hù)）維護(hù)成本，一部電驅(qū)泥漿泵鉆機(jī)為071萬元，一臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵鉆機(jī)為149萬元，一部電驅(qū)泥漿泵鉆機(jī)同比一部柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵鉆機(jī)少消耗078萬元，綜上兩方面可得出：一部電驅(qū)泥漿泵鉆機(jī)同比一部柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥漿泵鉆機(jī)單井成本消耗節(jié)余675萬元。

5結(jié)論

將大功率柴驅(qū)動(dòng)泥漿泵橇改造成大功率電驅(qū)泥漿泵橇，可以有效地降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，改善工作條件，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以使鉆機(jī)配置更加合理，增強(qiáng)鉆機(jī)調(diào)配的靈活性和適應(yīng)性，在有條件的大面積鉆井區(qū)塊施工時(shí)，大功率電驅(qū)泥漿泵橇具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：長(zhǎng)江大學(xué)）