大功率电驱泥浆泵橇的技术研究

刘涛

摘要：随着我国石油工业的发展，使得石油钻探工作不断向深层油藏发展，钻井中在环形空间中需要有足够的上反速度和钻头水眼上有足够的压力降，一般要求钻井泵单泵有30～50L/s的排量，这样迫切需要大功率泥浆泵组提供循环泥浆。为了满足钻井需要，设计大功率钻井泵是非常必要的。同时，国家正大力提倡的使用电能替代化石能源随的号召，并且随着油田“井工厂”作业模式的持续推广应用，井场供电充足，我们有必要开展大功率电驱泥浆泵橇的技术研究，提高钻井泥浆泵的工作性能，满足超深井钻机对高泵压和大排量钻井工艺的要求。大功率电驱泥浆泵橇具有很大的市场前景。

关键词：电驱；泥浆泵橇；井工厂；应用；市场

世界石油勘探开发的难度日益增大，降低勘探开发成本成为一个主要的经济压力，钻井费用占勘探费用的50%～80%，是各石油公司的最大的年项花费。提高效率，在复杂的条件下经济地开发储量，关键是重视技术的发展。钻井泵是石油钻井的关键设备之一，钻井行业中将钻井泥浆泵称之为钻机的“心脏”，钻井泥浆泵的发展水平与性能的好坏对钻井速率和成本有着最为直接的影响。随着现代工业的快速发展，对于石油能源的需求也在与日俱增，石油供需紧张矛盾更加凸显，然而大多数石油都埋藏在几千米甚至上万米的地下。在能源危机形势步步紧逼的大环境下，为获得更加丰富的石油资源，人们需要付出的代价越来越大。大功率电驱泥浆泵橇的开发迫在眉睫。

1、大功率钻井泥浆泵技术的发展与应用

我国在石油钻井泵的研究方面起步较晚，最初是由引进美国技术而发展起来的。但通过技术引进、自主研发，我国与国外先进技术的差距正在逐步缩小。目前，我国生产石油钻井泵的单位主要有宝鸡石油机械有限公司、兰州兰石国民油井石油工程公司等单位，其生产的系列三缸泵己经能基本满足我国大部分油田钻井的需要，并有部分出口。宝鸡石油机械有限公司已有40多年设计和制造泥浆泵的历史，生产的F-500、F-800、F-1000泵达到了美国LTV公司的技术要求，其特点为：无退刀槽人字齿轮传动；合金钢曲轴；可更换的十字头导板；机架采用钢板焊接件；中间拉杆盘根采用双层密封结构，动力端采用强制润滑和飞溅润滑相结合的润滑方式。F系列三缸泵具有冲程长、冲次低的优点。为了满足油田高泵压和大排量钻井工艺的要求，宝鸡石油机械有限公司还自行设计和制造了F-1300、F-1600、F-1600HL、F-2200和F-22OOHL大功率高压泥浆泵。

目前，世界各国都在大量研究和使用三缸单作用泥浆泵，并且都是朝着大功率、长冲程、大缸径、高泵压的技术方向发展。国外对钻井泵的研究早、技术精、产品系列齐全，尤其以美国的技术最为先进，俄罗斯和罗马尼亚次之。随着钻井技术的发展，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、新技术的不断进步，对钻井泥浆泵的工作性能要求越来越高。目前钻井泵正朝着大功率、大排量和高压力的方向发展。世界上主要生产大功率钻井泵的厂家有：美国Emaco公司（FC-2200型）、美国National Oilwell公司（14-P-220型）、美国IDECO公司（T-2200HP）、加拿大DRECO公司（12T2000型）、德国WIRTH公司（TPK7-1/2”x14”2200型）。国外主要厂家大功率钻井泵性能参数：

2、电驱动相对于柴油驱动的优势

2.1降低生产成本

利用油田内部完善丰富的电网资源，用耗电取代耗油，可以有效地降低钻井综合能耗，减少搬迁运输车辆，节省柴油机使用润滑油、冷却液的消耗，降低设备运行时数和设备维护费用。使用电力驱动钻机，还有利于计量管理，减少非生产性流失。

2.2提高设备的使用效率

由于钻井生产存在风险性，钻机在配套时，要考虑超负荷运转的情况发电机组的功率都配备较大这样就存在着大马拉小车的现象，造成其有效功率较低，如钻机使用电力驱动，可更好地发挥泥浆泵功率提高泵冲、排量更好地满足钻井施工工艺需要

2.3利于环境保护、职业健康

由于柴油机和柴油发电机组使用燃油和润滑油，在日常使用和管理上燃油和润滑油均有不同程度的泄漏现象，钻机没备油污比较大，造成了不同程度的噪音和排放污染，对周围环境和设备维护人员都有一定的影响。而使用工业电网驱动交流电机，噪音相对柴油机较小，并且无排放，也不会有燃油润滑油泄漏，对环境造成的影响较小，在环保施工方面比柴油驱動钻机有着明显的优势，在工作环境方面电动化钻机设备工作条件比较千净，在钻井现场可以较明显地看出电气师同机械师在着装方面的区别。

2.4减轻工人的劳动强度

由于交流电机的维护工作量小、安装方便，因此，可大大减轻钻井队机房人员的劳动强度。

2.5节省井场空间、方便运输

受现场和运输空间的限制，对泥浆泵组的重量、外形尺寸的要求越来越高。与传统的泥浆泵组相比较，电驱泥浆泵橇在结构上更加紧凑合理，占用井场空间更小；同时，电驱泥浆泵橇的重量更轻，运输更方便；

3、可行性分析（以电驱F-1600L泥浆泵橇为例）

电机参数：额定功率1200KW、额定电压600V、额定转速1000rpm；

皮带轮直径：Ф630/Ф1250；

泥浆泵参数：额定输入功率：1600hp、额定冲次：120冲/分、齿轮速比：4.206：1；

3.1 功率匹配

1）已知电机的额定输出功率为：N电=1200（kW）

2）电机能提供给泥浆泵的输入功率计算：N输=N电?h传

式中：N电——电机输出功率，N输——泥浆泵输入功率，h传——皮带传动效率，取0.95

对于泥浆泵：N输=1200×0.95=1140（kW）

3）泥浆泵额定冲数和额定冲数运转时对应的输入功率为1180KWx80%=944KW；

电机能提供给泥浆泵的输入功率N输=1140kw>泥浆泵的额定输入功率944KW，所以电机动力输出匹配满足要求。

3.2 实际泵冲匹配

皮带减速比i1=1250/630=1.98 泥浆泵减速比i2=4.206

总减速比为i=1.98*4.206=8.33

1000÷8.33=120

可以看出，电机转速能提供的泵冲能够覆盖泥浆泵的额定泵冲120r/min；

结果：电机转速满足要求，满足实际工况的要求。

4能源消耗分析

柴油机驱动泥浆泵的钻机按每口井燃油消耗平均1421吨费用873万元，泥浆泵改用电机驱动后，单井电能消耗为50400千瓦时，费用277万元，电驱泥浆泵钻机打一口井的成本比柴油机驱动泥浆泵钻机节省596万元。综合生产成本（生产维护、运输）和设备（配件、修理和维护）维护成本，一部电驱泥浆泵钻机为071万元，一台柴油机驱动泥浆泵钻机为149万元，一部电驱泥浆泵钻机同比一部柴油机驱动泥浆泵钻机少消耗078万元，综上两方面可得出：一部电驱泥浆泵钻机同比一部柴油机驱动泥浆泵钻机单井成本消耗节余675万元。

5结论

将大功率柴驱动泥浆泵橇改造成大功率电驱泥浆泵橇，可以有效地降低生产成本，减少环境污染，改善工作条件，减轻工人的劳动强度，可以使钻机配置更加合理，增强钻机调配的灵活性和适应性，在有条件的大面积钻井区块施工时，大功率电驱泥浆泵橇具有明显的优势。

参考文献

[1]肖紹嵩石油套管及钻杆生产现状及发展趋势[]石油矿场机械，2002.31（6）：19-22

[2]张奇志电动钻机自动化技术M北京：石油工业出版社2006

[3]机械设计手斯（新版DMl北京：机械工业出版社，2007

（作者单位：长江大学）