一种新型固井水泥车的主要结构特点分析

王斌虎（中石油新疆油田分公司设备管理处，新疆 克拉玛依 834000）

一种新型固井水泥车是在卡车上装有1台卧式三缸单作用柱塞泵的注水泥浆设备。柱塞泵由车上1台DDC6063－HV39柴油机驱动。该车配备了自制水泥浆系统，具有自动混浆及二次混浆功能。整车及其设备运行分别由电路系统、液压系统、气压系统及机械传动系统来实现，操作均集中在控制台上，由1人完成，方便可靠，自动化程度高。为保证固井质量，该车设有低压非放射性密度计，固井时能准确地测出水泥浆的瞬时密度值。下面结合现场试用情况，对该设备的主要结构特点进行分析。

1 整车结构特点

1）车上配有1台三缸柱塞泵，用于向井口输送高压水泥浆或其他液体，由1台全电脑控制工业发动机驱动。发动机和柱塞泵间配有性能优良的艾里逊液力机械传动箱，能够实现带动力和带负荷换档，换档迅速方便。

2）车上配有ACM－Ⅳ密度＆液位自动控制混浆系统。该系统主要由下灰阀、高能混合器、混浆罐、扩散槽、流量计、密度计、离心泵及计算机系统组成。其中的离心泵、搅拌器、下灰油缸等由液压系统来驱动和控制。干水泥通过管线经下灰阀进入高能混合器而混合成水泥浆，混合好的水泥浆在混浆罐中经搅拌器进一步混合均匀。1台用作循环的离心泵从罐中吸入水泥浆后将一部分水泥浆注入高能混合器进一步与干水泥混合，另一部分水泥浆流经密度计回到混浆罐；用作增压的1台离心泵将混合好的水泥浆灌注到三缸柱塞泵的吸入总管。

3）车上分别装有过滤、喷油和清洗装置。作业时可过滤泥浆和清水中的杂质。作业过程中如设备发生故障，可方便地冲洗密度计和管路中的水泥浆。

4）水泥车的固井作业操作在平台上进行。操作平台上安装有仪表控制台及护栏，仪表控制台周围安置有吸入管路和排出管路的控制阀。仪表控制台上分别安装有柴油机仪表（EDM）、气压表、柱塞泵排量表、压力表、传动箱油温表、液压系统压力表、发动机油门控制装置、传动箱换档装置、自动混浆装置的计算机系统。

5）为保证设备及人身安全，车上装有超压保护装置，当泵压超过事先预定的压力值时保护装置开始起作用，使车台发动机怠速运转，三缸柱塞泵停止工作。

6）车台柴油机的油门为电控油门，在操作台上能灵活地控制，柴油机的熄火通过电源控制。

7）计算机可显示记录储存水泥浆密度、清水流量、压力等固井作业参数，并可实现远程图形化显示固井作业参数及打印该曲线。

2 柱塞泵总成结构特点

柱塞泵总成由减速箱、动力端及液力端等部件组成，该泵功率大、压力高、体积小、重量轻。柱塞表面喷涂耐磨合金粉，耐磨性及抗腐蚀性好。柱塞采用V型盘根密封。

1）减速箱 减速箱壳体为钢质焊接结构，单级齿轮减速，齿轮采用合金钢锻件、渐开线齿形。轴的支承采用圆锥滚子轴承。与动力端曲轴连接为内花键。

2）动力端 动力端的壳体为钢质焊接结构，曲轴为整体锻造结构，动力端内无齿轮；连杆为合金铸钢，小端轴套为铜合金，大端瓦片为铸造铜合金。十字头导向套采用上下两半结构。

3）液力端 液力端主要由泵头体、柱塞、盘根、凡尔总成及凡尔座等组成。液力端泵头体为整体式合金钢锻件，吸入、排出凡尔总成及弹簧完全一致。

3 密度计使用特点

该车采用的是F300型密度计。固井用水泥浆是一种碱性高磨损介质，作业时必须严格控制水泥浆的流态和流速。仪表箱侧面设置了密度计变送器，以显示水泥浆的密度和流量参数。通过控制密度计出口阀门的开度，可以控制水泥浆的流速，以减少对振荡管道的磨损，也可以适当提高背压抑制气泡对测量精度的影响。如果开度太小，会使振荡管内产生沉降。因此，水泥浆流速控制在10～15t／h为宜。

在混浆过程中如果产生气泡较多时（比如打漂珠时）必须使用消泡剂。消泡剂对气泡的消除作用很强，应缓慢而均匀地加入（可采用喷油装置加入），在没有气泡时可以不加。这样就可以确保密度计（无论是直管还是弯管）的测量精度。

由于水泥浆的凝固速度很快，如果不及时地对密度计清洗，可能会使水泥浆在密度计内壁结块，造成密度

测量不准，甚至堵塞密度计。混浆槽、搅拌器、循环泵、增压（灌注）泵以及泥浆管路也必须清洗干净，以防水泥结块后脱落进入管路而堵塞密度计。

进行密度计的正冲洗程

序是：关掉气动蝶阀4、6、7、9，水源通过喷射泵→手动蝶阀K→混浆槽→循环泵→密度计→气动蝶阀8→高能混合器。如图1所示。

图1 密度计正冲洗过程的低压管汇示意图

4 混浆装置的结构特点

该车采用喷射式循环混浆系统。系统具有喷射压力高、混浆能量大、除气效果好、水泥浆密度均匀、可混合高密度水泥浆等特点。

混浆装置由混浆槽、高能混合器、偏心式下灰阀、3×4离心泵（喷射泵）、5×6离心泵（循环泵）、搅拌系统及管汇组成。喷射泵将清水高速喷射入高能混合器，水泥灰由下灰车或大立罐被空压机产生的高压气体吹成悬浮状后经软管和下灰阀进入高能混合器，高速水流产生真空吸入水泥灰而混合成水泥浆。循环泵吸入混合腔中的泥浆，一路泵送至高能混合器，继续与水泥灰混合；一路经密度计回流至混浆槽混合腔。密度计用于测量水泥浆的密度。在密度计的排出口加装了球阀，可通过调节球阀的开启程度，控制经过密度计的水泥浆的压力和流量，这样不但减小了水泥浆对密度计内壁的磨损，而且由于有一定压力使密度计测量更为准确，减小了水泥浆中气体对测量精度的影响。

5 计量罐的结构特点

计量罐的容积配置为4m3，分为2室，每室2m3。计量罐配置有计量尺可以计量液体的排量和混合水容积，也可用于批量混合和投放化学添加剂。2室可以单独计量，也可以2室互通。

计量罐的特点是：①设计有溢流管线及排污管线；②四点销轴固定；③配置有计量罐供水管线，该管线可以对计量罐2室交替供水；④排出口的阀门均安装在罐底，便于开关调试。