新型耐磨钻井泵缸套试验研究.pdf

2 0 1 1 年 第 4 O卷 第 1 1 期 第 2 O贞 石 油 矿 0I L FI ELD 场 机 械 E QUI P MENT 2 O 1 1 ， 4 0 1 1 2 0 ～2 3 o o 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 1 1 1 0 0 2 0 一 O 4 新型耐磨钻井泵缸套试验研究 周玉海 ， 刘 超 ， 徐 志明 ， 钟安武。 ， 徐克敏 ， 马谢书 ，王国辉 1 中国石油渤海钻探公司 工程技术 研究 院， 河北 任丘 0 6 2 5 5 2 ； 2 ．中石 化天 然气工程项 目管理部 ， 四川 达州 6 3 5 9 0 0 ； 3 ． 中国石油技术开 发公 司， 北京 1 0 0 0 2 8 ； 4 ．天 津石 油职业技术学 院， 天津 3 O 1 6 O 7 摘 要 钻 井泵缸套 的早 期 失效主要 是耐 磨性 不足造 成 的 。采 用新 型 耐磨 材料 与 基 体材 料 热膨 胀 粘 合 工 艺 ， 研 制 出高抗 磨缸 套 ， 内层硬度 7 0 HR C 。实验室试验与钻井现场应用结果表 明， 该缸套的 磨损率是 国内外高铬 高碳双金属缸套的 1 ／ 2 5 ； 使 用寿命比双金属缸套 高 5 0倍 。 该新 型 耐 磨 缸 套 适用于石油钻井等恶劣工况， 能节约钻井成本、 提 高钻效率 。 关键词 钻 井 泵 ； 缸 套 ； 耐磨 性 ； 试验 中图分 类号 T E 9 2 6 文 献标 识码 A Te s t i n g S t u d y o f Ne w Dr i l l i ng Pu mp Cy l i n d e r Li n e r ZH OU Yu ha l ， LI U Ch a o ， XU Zhi mi ng ，ZH ONG An～ w u 3 ， XU Ke - m i n 4． M A Xi e s hu ， W ANG Gu o hui I 1 E。” gi n e e r i ng Te c h no l 。 g Re s e ar c h I ns t i t u t e ，CNPC Bahai Dr i l l i g E” g 挖 P r 抽 昌 C。 声 n”v ，Li ， R q “ 0 62 55 2， Chi } l a； 2 ．Na t u r a l G a s En A i 7 l e e r l“ t l g Pr o j e c t Mu n a g e me n t De Pa r m t l f S i n l b c ． Du } l O u 635 90 0， Chi n a； 3 ．C h i n “Pe ￡ r O z M Ⅲ Te c h n o z ’ gy＆． De v e l o pr ee n e Co r p o r u “o n ，Be i j i n 1 0 0 0 2 8． C h n ul 4 Ti a n j i n Pe t r o l e u m Vo c a t i o n a n d Te c h n i c a l Co ／ l e g e 9Ti nnf i 301 6 07， Chi na Ab s t r a c t Ea r l y f a i l ur e of pu m p c y l i n de r l i ne r i s ma i n l y c a u s e d b y a l a c k o f a b r a s i o n r e s i s t a nc e ．The ne w t y p e we ar r e s s t l ng m a t e r i a l a nd t he r ma l e xp a ns i o n s u bs t r a t e we r e US e d t o d e v e l o D a hi g h h a r d n e s s d l l i n g p u mp c y l i n d e r l i n e r ， wh o s e h a r d n e s s7 0 HRC ．The l a b o r a t o r y t e s t a n d f i e l d a P P h c a t o n r e s u I t s s h o we d t h a t t h e p u mp c y l i n d e r l i n e r ’ s we a r r a t e i s 1 ／ 2 5 o f h i g h C Cr h i me t a 1 c y l nd e r l h e s e r v i c e l i f e i s 5 O t i m e s l o ng e r t ha n t ha t of bi me t a l o ne ．The Ne w t y p e d r i l l i n g pu mp c Y l n d e r l i n e r c a n be a p p l i e d i n s e v e r e d r i l l i ng c o n d i t i o ns ， a n d c a n s a v e c o s t a n d i mp r o v e t h e e f f i c i e n c v ． Ke y wo r d s d r i l l i ng p ump； c y l i nd e r l i n e r ； we a r r e s i s t a nc e t e s t 在复杂、 恶劣工况下 ， 钻井泵缸套易发生早期失 效 ， 致使钻井成本居高不下 。研究发现 ， 耐磨性不足 是主要原因。为了提 高缸套的耐磨性 ， 采用 了陶瓷 材料 ， 因为易碎而影响使用寿命。双金属缸套 的耐 磨性 比普通缸套好 ， 但 国内的使用寿命仅有 2 0 0 ～ 4 0 0 h 。近年来在深井、 硬岩层、 海洋钻探等复杂地 质条件下钻井 ， 大力推广 的高泵压和大排量条件下 的喷射钻井技术对钻进泵缸套 的耐磨性 、 耐蚀性提 出了更高的要求。笔者长期跟踪钻井泵缸套的技术 发展， 考虑缸套的工作环境和磨蚀条件， 在综合国内 外各种技术 的基础 上， 研究成 了新 型高耐磨缸套 。 这种缸套采用新型耐磨材料和基体材料热膨胀结合 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 1 1 作者简介 NN b壮 N 1 9 6 3 , ， 。 登 家 人 ，工 程 师 ， 1 9 8 8 年 毕 业 于 华 北 石 油 职 工 大 学 钻 井 工 程 专 业 ， 主 要 从 事 钻 井 工 艺 与 装 备 的 研 究 和 技 术 推 广 工 作 ，E- ma i l j d b c n p c ． c o m． c n ‘ 一 ～ 一⋯ 一 第 4 O卷第 1 1期 周玉海 ， 等 新型耐磨钻井泵缸套试验研究 工艺， 具 有 高 硬度 、 抗 高 压 、 抗腐 蚀 、 耐磨 损 等 优 点 ， 使用寿命1 0 0 0 0 h ， 为高效钻井提供了保证 。 目前在 国 内各 大 油 田试 用 情 况 良好 、 缸 套 质 量 稳定 。 1 钻井泵缸套 国内外现状 目前 ， 国 内外 使用 的 钻井 泵 缸套 主 要 有双 金 属 缸套 、 喷涂泥浆泵高性能缸套及陶瓷缸套 ， 双金属缸 套失效形式为磨料磨损 和腐蚀性损坏 ， 其使用寿命 通常为 2 0 0 ～4 0 0 h ； 据资料查 新和调研 ， 美国国 民 公 司 Na t i o n a 1 、 米 兴 公 司 Mi s s i o n 和 瑞 德 公 司 R e a d 以及俄 罗斯 等国家生产 和使 用的双金属缸 套使用寿命1 0 0 0 h ， 是双金属缸套 中使用寿命最 长的 ； 土库曼斯坦 国切列恳油田钻 4 9 号井使用的喷 涂缸套寿命约 1 0 0 0 h ； 陶瓷缸套失效形式主要是碰 碎 ， 泥浆 泵 中心 拉 杆 摆 差 0 ． 3 mm 时 就会 对 陶 瓷 缸 套造 成 冲击 性破 坏 ， 且 陶瓷 材 质韧 性 和 散 热性 能 均较差 ， 使用时对钻井液 固相粒径要求1 ． 2 5 ～1 ． 3 0 。 2 过渡磨损区， H ≈H ， 即 0 ． 8 H ／ H 1． 2 5。 3 高磨损区， H ／ H d0 ． 8 0 。 所以， 如何提高缸套表面材料的硬度 ， 使其处于 轻度磨损区是延长缸套寿命的关键。 对研究出的新型高耐磨缸套和 目前市场常用几 种钻井泵缸套材料进行 了室 内耐磨对比试验 。 4 ． 1 试 验装 置 试验装置由砂轮、 加力杆、 配重块、 传动轴、 电机 组 成 ， 如图 1 。砂轮 直径 o 1 2 mm， 砂 轮转 速9 3 8 r ／ mi n 主动轮 直径 1 1 6 mm， 被动 轮直 径 D 1 7 2 mm， 电 机 转 速 1 4 0 0 r ／ mi n 。砂 轮材 质为 白刚玉 。试 验时 用 水液润滑砂轮和被试件的摩擦面。 4 5 1 一配重块 ； 2 一加力杆 ； 3 一电机 ； 4 一砂轮磨头 ； 5 一被试件 图 1 试验装置 4 ． 2 试验 方法 测量被试件厚度 ， 并水平安装在试验台上， 砂轮 磨头 o 1 2 ram 平 面与试件被磨面接触。通过加力 杆给摩擦面施加 3 1 N 正压力 2 7 N／ c m 。磨 头在 石油 矿 场机 械 动力带动下旋转到规定时间， 清洗并测量被试件 的 磨 损量 。以同样 的试验 条件 及试验 方法 对不 同材质 进 行试验 ， 得 到材料 的磨 损数 据 。 4 ． 3试 验 结果 1 氮化硅陶瓷 对磨 时， 砂轮和氮化硅陶瓷 磨损均很快 ， 磨损率彼此相近 ， 氮化硅材质显塑性 ， 摩擦时发出亮光 ， 1 mi n内氮化硅磨损深度为 0 ． 3 5 mm， 未 继续作 试验 。 2 氧 化 铝 陶 瓷 试 验 片 厚 为 3 mm， 对 磨 时 氧化铝陶瓷碎裂 ， 未继续作试验。 3 碳化硅陶瓷 试验未发现异常现象， 非常 耐磨 ， 在 同 等 条 件 下 ， 3次 试 验 3 h ， 磨 痕 深 度 为0 ． 0 0 2 5 mm。 4 高铬合金铸铁 以淬火处理的高铬合金铸 铁 ， 测试硬度为 6 1 HR C。试验未发现异常现象 ， 在 同等条件下， 3次试验 3 h ， 磨痕深度为 0 ． 0 6 6 mm。 5 新型耐磨材 料共 3 个 试样 ， 在 同等条 件下 试验 ， 结果如表 1 。对磨过程 中， 除砂 轮有碎裂情况外 ， 无其他异常现象， 新材料对磨性很好。由表 l知， 在 O 1 2 r n r n的等圆面积上 的磨痕深度为 0 ． 0 0 1 r mn ／ 3 h 。 表 1 新型耐磨材料磨损试验数据 4 ． 4结果对 比 3种材料的磨损对 比数据如表 2 ， 表明新型材料 的耐磨性远高于高铬合金铸铁 。 表 2 3种 材 料 磨 损 数 据 对 比 5 现 场应 用 5 ． 1 试 验 2 0 0 5年在 胜 利 油 田黄 河 钻 井 公 司 7 0 1 7 0钻 井 队 F _ l 6 0 0型钻井泵上使用新型耐磨缸套， 共 l 套 3 个 ， 钻井深 度 7 0 0 0 I T I 试验 井 ， 连 续使 用 了约 1 0 1 8 5 h ， 测量 内壁磨 损量 为 0 ． 0 2 I T I I T I ， 该 值相 对 于 标准 允许 的活塞 磨损量 1 ． 2 5 H 1 1 1 1 是 可忽 略不 计 的 ； 内壁无腐蚀 ； 外壁有锈蚀 ， 锈蚀程度较小 ， 仍可 以继 续使用 。使用前后缸套如图 2 ～3 。 一 图 2 使用前 的缸套 图 3 使 用后 的缸套 5 ． 2 推广 应用 新 型 耐 磨钻 井 泵 缸套 在 渤 海钻 探公 司 、 胜利 油 田黄 河钻井 公 司进 行 推广 应 用 ， 分 别 在 5个钻 井 队 的 3 NB 一 1 3 0 0 C， F 一 1 6 0 0型 钻 井 泵 上 进 行 使 用 ， 使 用 后未见明显磨损 ， 还可正常使用。表 3为现场推广 应用 的情 况 。 表3 新型耐磨钻井泵缸套应用情况 钻井 队 钻井 泵型 号 耐磨缸套数量／ 个使用时问 h 缸套磨损情况 备 注 渤海钻探 4 0 5 0 9队 3 NB 1 3 0 0 C 渤海钻探 5 0 2 5 0队 3 ND1 3 0 0 C 渤海钻探 7 0 1 7 0队 3 ND1 3 0 0 C 譬 利 田 河 钻 F - 1 6 0 0 井7 0 1 7 5 队 9 8 7 2 内壁无磨损 ， 外壁有 锈蚀 。 7 8 O 0 内壁光滑 ，无明显磨损 。 9 5 O0 1 。 1 8 5 套 鬟 滑 ， 无 明 显 磨 损 ’ 夕 2 O O 6 0 6使 用 ，目 前仍在正常使崩 。 2 0 0 6 0 6使用 。 2 0 0 6 0 6使用。 2 0 0 5 0 6使用 。 2 0 1 1 年第 4 O卷 第 1 1 期 第 2 3页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I E LD E QUI P MENT 2 01 1 ， 4 0 1 1 2 3 ～2 5 文 章 编 号 1 0 01 - 3 4 82 2 01 1 1 1 - 0 0 23 03 低渗透油藏小水量防堵塞水嘴设计与试验 于九政 ， 申晓莉 ， 刘保彻 ， 罗必林 长庆油 田分公司 油气工艺研究院 ， 西安 7 1 0 0 1 8 摘要 针对低渗透 多层油藏分层注水时水嘴 易堵塞 问题， 研制 了小水量防堵 塞水嘴。利 用 F I u E NT软件对水嘴的节流原理进行 了数值模拟分析 ， 并对水嘴的节流效果进行试验研 究。数值模拟 分 析和试 验 结果表 明 ， 小水量 防堵 塞水嘴 通过 绕流 增加流 道 长度 以增加 沿程损 失 ， 改 变水嘴 内流体 的流动 方 向和 扩 大流道 截 面积 来增加 水嘴 的局 部压 力损 失 ， 在 不 降低水嘴 节 流效果 的前提 下 ， 既满 足 小水 量注 水的要 求 ， 又大幅度 扩 大 了水 嘴通 流 面积 ， 有 效 防止 了水嘴堵 塞 。 关键 词 低渗 透 油藏 ； 注 水 ； 水嘴 ； 堵 塞 ； 试 验 中图分 类号 T E 9 3 4 ． 1 文 献标识 码 A De s i g n a nd Ex p e r i m e nt o f Lo w Fl o w An t i Cl o g g i ng W a t e r No z z l e i n Lo w Pe r me a b i l i t y Re s e r v o i r YU J i u z h e n g， S HEN Xi a o l i ， LI U Ba o c h e ． LUO Bi l i n Oi l Ga s T e c h n o l o gy Re s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g q i n g Oi l f i e l d Co mp a n y， Xi ’ a n 7 1 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e m o f wa t e r n o z z l e c l o g g i n g d u r i n g s e p a r a t e l a y e r wa t e r i n j e c t i o n i n t h e l o w p e r me a b i l i t y mu hi l a y e r r e s e r v o i r ， t h r o u g h c r e a t i v e l y d e s i g n i n g t h e s t r u c t u r e o f wa t e r n o z z l e， t he l o w f l o w a nt i c l og g i ng wa t e r n oz z l e wa s de v e l o p e d ． The FLU ENT s o f t wa r e wa s u s e d i n n u me r i c a l s i mu l a t i o n a n a l y s i s t h r o t t l i n g p r i n c i p l e ， a n d t h e wa t e r n o z z l e t h r o t t l i n g e f f e c t wa s s t u d l e d． Nu me r i c a l s i m u l a t i on a nd e xp e r i me nt a l r e s ul t s s h owe d t h a t t he l ow f l ow a n t i c l o g gi n g wa t e r n o z z l e i nc r e as e d t he f r i c t i o na l l os s t hr ou gh i n c r e a s i ng f l ow l e n gt h ，c h a ng e d t he f l ow d i r e c t i o n o f f l u i d m e di u m a nd e x pa nd e d op e n a r e a t o i n c r e a s e 1 o c a 1 p r e s s ur e 1 O S S ． The wa t e r no z z l e d i d n o t 由表 3可知 ， 新型高耐磨缸套具有高硬度、 抗高 压、 抗腐蚀 、 耐磨损、 使用寿命长等优点 ， 适用于恶劣 的钻井工况， 解决 了双金属缸套不耐磨和陶瓷缸套 易碎 、 散 热性较差 的问题 。 6 结 论 1 新型高 耐磨 缸套具 有高 硬度 、 高耐 磨性 、 耐 腐蚀、 摩擦因数小等优点， 可用于深井 、 超深井、 海外 市场 及海 洋钻探 工程 。 2 解决了工程陶瓷等缸套的脆性损坏及散热 性差 、 双金属缸套使用寿命短等技术难题。 3 可靠性高， 使用寿命长， 能较大程度地节约 钻井成本和降低工人的劳动强度 ， 值得推广应用。 参考文献 [ 1 ] 陈宁生 ， 王全斌 ， 常 柃． 泥 浆泵 陶瓷缸 套推 广应用 的 可行性 分析 和试 验 [ J ] ． 石 油矿 场机 械 ， 2 0 0 6 ， 3 5 4 1 1 4 11 5 ． [ 2 ] 王峰 ， 罗军 。 李霞， 等． 吐 哈油 田钻井设备故 障分 析 及措施 [ J ] ． 石油矿 场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 7 8 8 9 0 ． E s ] 王学佳 ， 王荣业 ， 邹旭东 ， 等． 表面工程技术在钻井泵缸 套中的应 用分析 [ J ] ． 石油矿场 机械 2 0 0 5 ， 3 4 4 86 88 ． 收稿 日期 2 0 1 1 ～ 0 5 1 1 作者简介 于九政 1 9 8 1 一 ， 男 ， 辽宁葫芦 岛人 ， 硕士研究生 ， 2 0 0 9 年毕业于西安石油大学油气 田开发工程专业 ， 主要从事油 田注水和采油工艺技术研究 ， E ma i l y j z l 1 2 1 1 2 6 ． c o rn。