带缓冲功能钻井泵组的结构与试验分析.pdf

2 O l 4年第 4 3 卷 第 3期第 8 7页 石油 矿场 机械 OI L FI E LD E QUI PMENT 文 章 编 号 - 1 0 0 l 一 3 4 8 2 2 0 1 4 0 3 0 0 8 7 0 3 带缓冲功能钻井泵组的结构与试验分析 蔡金萍 ， 刘 永勤 ， 刘纪超 ， 王 东 ， 葛运春 ， 王志忠 ， 仲 林华。 ， 吴 杰 1 ． 南 阳二机石 油装备集团有限公 司， 河南 南 阳， 4 7 3 0 0 6 ； 2 ． 中海油能源发展股份有限公司 油田建设工程分公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 ； 3 ． 中石化华东石油工程有限公 司 西部分公 司， 新疆 轮 台 8 4 1 6 0 0 ； 4 ．川庆钻探J i f 西钻探公司 青海项 E l 部 ， 青海 花土沟 8 1 6 4 0 0 摘 要 系统 介绍 了经 由液 力 变矩 器驱动 的 T J BZ 1 0 A 型钻 井泵 组和 经 由偶 合 器驱动 的 J B Z1 0 N 型钻 井泵组的结构特点、 技术参数及厂 内工业试验情况。通过对这 2种泵组试验结果分析， 得 出调速型 液力偶 合 器更适 合 于油 田钻 井泵组 的应 用 。 关 键词 钻 井泵 ； 变矩 器 ； 偶 合 器 中图分 类号 T E 9 2 6 文献标 识 码 B 钻井 泵组 是 整个 钻 机 的心 脏 部 分 ， 钻 井 泵将 钻 井液 以一 定 的压 力 和流 量 输 送 进 钻具 、 钻 头 及环 形 空 间 ， 完成 整 个循 环 过 程 。不 同井 深 和 钻 井 工艺 对 钻井 泵组 的要 求差 异 较 大 ， 其 所 用 的钻 井 泵 是从 发 动机 传送 的旋 转 动力 转 化 为 活 塞 的往 复 动力 ， 利 用 吸入 阀和排 出 阀的配 合 ， 不 断进 行 重 复 吸 人 和排 出 过程 ， 使 钻井 液 被 不 断地 经 排 出管 送 向井 底 ] 。钻 井泵 在工 作过 程 中承 受 的 冲击 载荷 较 大 ， 因此 在 钻 井泵 组 的传 动 系 统 中 配 置 具 有 缓 冲 冲击 载 荷 的元 件 ， 将 会对 发 动机 和钻 井泵起 到 较好 的保 护作用 ， 有 助于延长钻井泵组的可靠性能和使用寿命 。液力变 矩 器 和调 速型 液力偶 合 器反 车 箱是 钻 井 泵组 中 的 2 种 重 要缓 冲部 件 ， 在 为乌 克兰 和 俄 罗 斯 生产 的钻 井 泵 组 中分别 配 置 了这 2类 缓 冲 部件 ， 其 装 配 的典 型 泵 组 型号 分别 为 T J B Z 1 0 A 和 J B Z 1 O N。 1 钻井泵组类型与结构 1 ． 1 T J B Z1 0 A型 泵组 T J B Z 1 0 A 型钻 井 泵组 是将 发 动 机 、 R G F 1 0 0 0型 钻 井泵 、 液 力变 矩 器l 2 ] 、 封 闭式 链 条箱 、 润 滑 系统 、 灌 注 泵 、 吸入管 汇 、 安 全 阀等安 装 在 1台拖 车上 的拖 挂 钻 井泵组 ， 其 总装 图如 图 1 。与其 他传统 钻 井泵组 相 比 ， 具 有结构 简单 、 方便安 装 、 占地 面积小 、 传动 平稳 、 使 用寿命长 、 操作 维护便利 、 移运方 便等 特点 ， 并 能显 著降低工人劳动强度和作业风险， 符合 HS E要求 。 工作原理为 由 c AT 3 5 1 2型发动 机通过液 力 变矩器、 球笼式万向联轴器 、 伊顿离合器、 链条箱 、 传 动轴 为钻 井泵 提供 动力 。液 力变 矩器直 接安 装 到发 动机上 ， 通过 1个热交换器将多余的热量传给发动 机 ， 多余热量随发动机水箱一起被散热 ； 链条箱内的 链 条 采用 强制 润滑 ； 泵组 的管 汇 系 统 包含 了吸 入 管 汇、 安全放喷管汇和高压泥浆排出管汇 。 钻井 泵 组 主 要 技 术 参 数 为 额 定 泵 冲 1 4 0 rai n、 最高泵压 o l 1 0 mm活塞缸套 3 4 ． 5 MP a 、 最 大排 量 D 1 7 0 mm 活 塞 缸 套 4 O ． 3 6 I ／ s 、 输 入 功 率 7 3 5 kW 1 0 0 0 hp 。 1 ． 2 J BZ1 0 N型 泵组 J B Z 1 0 N 型泵 组 与 T J B Z 1 0 A 型 泵 组 的 结 构 组 成 类 似 ， 也 以 C AT 3 5 1 2型 发 动机 作 为 动 力 ， 由气 马 达启 动 ， 并 配置 消 声 器装 置 和具 有 高 水 温 、 低 油 压 、 飞车 等特点 的安全 保 护 装 置及 紧急 停 机装 置 ， 柴 油 机配置全套直感式或本质安全型标准仪表； 变速箱 采用 YOF J 7 6 0 2 ． 3 F D F型偶合器反车减速箱； 发 动 机的动力输 出后 ， 经偶合器反车减速箱通过万向联 轴器驱动泥浆泵 。由于采用偶合器反车减速箱传递 动 力 ， 使 整个 传 动 系统 柔 和 、 平 稳 、 缓 冲 、 缓振 ， 降低 了柴油机和传动部件的冲击 ， 对柴油机及传动机构 也 有过 载保 护作 用 ， 能 提 高 柴 油机 和 各 传 动部 件 的 寿 命 。钻 井 泵 组 主 要 技 术 参 数 为 额 定 泵 冲 1 4 0 rai n 一、 最高泵压 O 1 1 0 mm 活塞缸套 3 4 ． 5 MP a 、 最大排量 o l 7 0 mm活塞缸套 4 0 ． 3 6 L ／ s 、 输入功率 7 3 5 k W 1 0 0 0 h p ， 总装 图如 图 2 。 收 稿 日期 2 0 1 3 - 0 9 0 6 作者简介 蔡金萍 1 9 6 8 一 ， 女 ， 山西灵石人 ， 主要从事石 油机 械设 计及 管理工作 ， E ma i l c j p 5 3 7 1 2 6 ． c o rn。 油矿 场 机械 卜 发 动 机 CAT3 5 1 2； 2 液 力 变 矩 器 C一 3 0 0 1 0 0 FH； 3 联轴器 ； 4 离合器 2 2 C B 5 0 0 ； 5 -链 条箱 L TX F 1 0 0 0 6 一传 动轴 ； 7 R GF 1 0 0 0钻井泵 ； 8拖乍 ； 9 防风硼 图 l TJ B Z 1 0 A 型 钻 井 泵 组 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 _防 巾硼 ； 2发 动 机 CAT3 5 l 2 ； 3 一 消声 器 ； 4传 动 轴 ； 5 调速 型偶合器反车箱 ； 6 传动轴 ； 7 石油橇装 ； 8 R G F 1 0 0 0钻井泵 ； 9 一吸人管汇 图 2 J B Z 1 0 N型钻井 泵组 2关键部件性能 2 ． 1 C AT 3 5 l 2型发动 机 C AT 3 5 1 2型发 动 机是 直 喷 式 、 增 压 水 冷 、 四 冲 程 、 1 2缸 、 1 7 0 mm 缸 径 、 冲程 1 9 l mi i 1 的 油 田用 柴 油 发动 机 ， 发 动机 的旋 向为标 准旋 向 面 向飞 轮端 为 逆 时针 旋转 。发 动机 的保 护 系统 为液 压一 机械 停 车 保 护 包 括低 油压 、 高水 温 、 超 速 、 进 气关 断 ， 并具 有 显 示仪 表和 紧急 远程停 车报 警 ， 而开关 采用低 油 压 、 高水温连接到用户 的报警盘。采用气启动马达， 右 侧 安装 ， 左 侧控制 。C AT3 5 1 2型 发动 机 的额定 功 率 是 7 5 3 k w 1 0 2 5 h p ， 额 定转 速是 1 2 0 0 r ／ mi n 。 2 ． 2 C 一 3 0 0 - 1 0 0 F H型 液力 变矩器 该变 矩器 采用单 级设 计 。从原 动机 中吸收 恒定 的动力 ， 自动持 续地 调 节 输 出转 矩 和转 速 来满 足载 荷 的需求 ， 有 利于获 得优 化 的整体性 能 ， 在载荷 突 变 的情况下能保护发动机 ， 并吸收发动机高频振动， 为 整 个传动 系统 提供 减 振 ， 这 些 优 点都 有 益 于 延 长发 动机和驱动部件 的使 用寿 命。C 3 0 0 1 0 0 F H 型 液 力变 矩器 的额定 输入 转速 为 1 2 0 0 r ／ mi n ， 额 定输 入 功率 为 8 9 0 k W 。 2 ． 3 Y O T F J 7 6 0 - 2 ． 3 F D F型调 速型偶 合器 反车箱 YO TF J 7 6 0 2 ． 3 F D F型凋 速 型液 力偶 合 器是 一 种 可 调节 输 出转速 的液 力 原件 ， 被 置 于 原 动机 与 上 作 机之 进行 动 力传递 ， 它能使 原 动机空 载启 动 ， 在 输 入转 速不变 的情 况 下 ， 能 方 便地 使 工 作 机 实现 无 级调速 ， 改 变输 出功 率 的 大小 ， 实现 节 能 降耗 、 提 高 经济效 益 的 目的。。 。 采 用 Y TF J 7 6 O 一 2 ． 3 F D F型 偶合器 反 车箱传递 动力可使整个传动系统柔和平稳 ， 缓冲缓振 ， 降低了 柴油机和传动部件的冲击 ； 同时 ， 液力传动对柴油机 及传 动机 构有过 载 保 护作 用 ． 提 高 了柴 油机 和 各 传 动部 件 的寿命 。液 力偶 合 器 反 车 箱技 术 参 数 为 额 定输 入转 速 1 2 0 0 r ／ mi n 、 额 定输 入 功率 l 2 0 O k W 、 调 速范 围 0 ～5 0 0 r ／ mi n 、 偶 合 器 滑 差率 ≤ 4 、 冷 却 方 式为 风冷 、 减速 比 2 ． 3 1 。 2 ． 4 R GF 1 0 0 0型钻 井泵 由各种泵 的工作特点对 比表叫 ， 钻井 泵 比较适 合 用 于上述工况 ， 且应用 广泛 。其基本技 术参数如下 型 式 卧式 _ - 缸单 作用 泥浆 泵 额 定输 入功 率 7 3 5 k w 1 0 0 0 h p 额 定 冲数 1 4 0 rai n 冲程 最 大缸套 直径 2 5 4 r n t T I 1 7 0 mm 齿轮 型式 人字齿 传动 比 4 ． 2 0 71 最大 排 出压力 3 4 ． 5 MP a o l 1 0缸套 活塞 最大 排量4 3 ． 2 6 I S 3 试验结果及对 比 根 据上述设 计 思 路 组装 了 T J B Z 1 0 A 型 钻 井 泵 组 ， 于 2 0 1 0 1 1 在南 阳二 机 石 油 装 备 集 团 有 限公 司 进行 了加 压试验 。试验 最初 将发 动机 的转速 没定 在 l 1 8 0 r ／ mi n， 此 时测 量 RGF1 0 0 0型 钻 井 泵 的 泵 冲 为 1 7 2 mi n ， 远 超 过 R GF 1 0 0 0型 钻井 泵 的 额定 泵 冲 1 4 0 mi n ， 这会 加剧 钻 井 泵 的磨 损 ； 最终 将 发 动 机 的初始 速度定 为 9 5 0 r ／ mi n ， 【 1 J 保证 钻井 泵 的文际 泵冲不超过钻井泵的额定泵冲。结果如表 1 。 表 1 T J B ZI O A型 泵 组 试 验 结 果 项 日 试验条件 结果 柴油机设 定转 速／ r mi n 1 1 8 O 9 5 0 9 5 0 9 5 0 j O 9 5 0 记录数据 试验压力／ MP a 0 0 1 0 ． 0 2 0 ． 0 2 5 ． 0 3 2 ． 5 泉 冲／rai n 1 7 2 1 3 7 l 2 4 1 1 5 9 l 8 3 查表 数据 柴 油 机 埘 应 功 率 ／ k W 7 6 0 ． 0 6 1 6 ． 8 6 l 6 ． 8 6 1 0 ． 0 5 7 0 ． 0 6 0 0 ． 0 第 4 3卷第 3期 蔡 金萍 ， 等 带缓冲功能钻井泵组的结构与试验分析 8 9 计算数据 计算 泵输 出功率／ k W 变矩器功 率效 率／ 变矩器减速 比 该钻井泵 中链条箱的传动比为 1 ． 5 81 ， 传动 效 率 为 9 7 。钻 井泵 的效 率 取 中间 值 0 ． 8 ， 因为 该 泵组 配有 灌 注 系统 ， 钻 井泵 的排 量 系数定 为 0 ． 9 9 。 2 0 1 1 - 0 5 ， 对 J B Z 1 0 N 型钻 井泵 组 进 行 调 速 试验 和加 压试 验 ， 结果 如表 2 ～3 。 表 2 J B Z 1 0 N型钻 井泵组调 速试验 结果 由表 2数据 可 知 偶 合 器 可 以使 钻 井 泵 输 入 轴 转 速在 0 ～ 5 4 5 r ／ mi n之 间调 整 ， 并 可 以 在 0 ～ 1 3 0 rai n 中任 意调整 钻井 泵泵 冲 。 表 3 J B Z 1 0 N型钻 井泵 组憋压试 验结果 由表 3可知， 调速 型偶合器反车箱最高功率效 率 达 到 8 3 。 2种 泵组 性 能对 比如表 4 。 表 4 T J B Z I O A型和 J B Z 1 0 N型钻井泵组性能对 比 4 结 语 液力变矩器在钻井泵组中的使用能较好地缓冲 传动系统的振动冲击 ， 相应延长钻井泵组的使用 寿 命 ； 但 T J B Z 1 0 A 型钻井泵组 的泵 冲由于受 负载的 影 响 ， 在空 负荷 或者 负荷较 低 的时候 ， 钻 井泵 的泵 冲 将 超过 钻井 泵 的额 定 泵 冲 ， 这 在 较 大 程 度 上会 缩 短 活 塞缸套 的更换 周 期 ， 增 加 工 人 的 劳 动量 。如果 钻 井工艺有泵冲要求 ， 这种泵组很难满足要求 。 调 速 型偶合 器反 车箱 在钻井 泵组 中的应用 中虽 然缓冲冲击的效果没有液力变矩器的好 ， 但 能在较 大程度上减少传动系统 的振动冲击； 其泵 冲可以在 零到设计值间任意调节 ， 能满足各种特殊钻井工艺 的要求 ； 反车箱的功效远高于液力变矩器的效率 ； 具 有移运安全 、 成本低 、 运输模块少 、 使用寿命长、 维修 方便 、 环境适应性强等特点 。因此， 调速型偶合器反 车箱 钻井 泵组 更适 合 于油 田钻井 需要 。 参 考 文 献 [ 1 ] S Y／ T 5 l 3 8 1 9 9 2 ， 三缸单作用钻井泵I s ] ． [ 2 ] 张惠林 ， 李武幸 ， 王维忠 ， 等． 柴油机与液力变矩 器的参 数匹配计算软件开发[ J ] ． 石油矿场机 械 ， 2 0 0 7 ， 3 6 5 5 4 5 7． I s ] 赵国社． 凋速型液力偶合器的应用研究[ J ] ． 中州煤炭， 2 00 8 3． 1 7 ] 8 ． 0 盯印 0 9 ∞ 0 ∞ 粥 0