THF-1300钻井泵的研制与应用

罗军 胡彪 雷世超 杨佳伟 何剑锋

摘 要：本文介绍一种在宝石F-1300型钻井泵基础上，吸收兰石3NB-1300C泵和多年现场经验，设计的一种新型钻井泵。钻井泵技术规范和性能参数符合API规范，所有易损件都是国内市场上技术成熟，容易采购的标准件。THF-1300钻井泵的将更方便钻井现场使用、维护和修理。

关键词：钻井泵;主螺栓;主螺栓轴承盖;中心拉杆;润滑

1 钻井泵工作原理及结构设计

THF-1300型钻井泵属于典型的三缸单作用活塞泵，工作时动力通过小齿轮轴、带动曲轴、连杆及十字头等组成的曲柄滑块机构，使活塞在缸套内做往复运动，改变液缸里的容积，完成泥浆的吸入和排出，将机械能转化为液体势能，从而达到输送高压高粘度、大密度的泥浆的功用。

THF-1300型钻井泵主要特点是曲轴两端每个主轴承盖为4条M56×3的主螺栓，主螺栓两头用螺母连接紧固，主螺栓及螺母相对于机架都能自由脱离。主螺栓材料为40CrNiMoA不变，调质热处理。在轴承下盖上安装￠25的稳定销稳定轴承套与机壳，防止发生相对运动。导板上方的机架总成上设计油路接头座观察孔，在观察孔接头座上安装吹气口。中心拉杆密封装置采用可以自由伸缩的波纹套密封装置，靠近十字头的一侧的密封装置上安装有中心拉杆密封波纹套。

2 技术规范及性能参数

本钻井泵的设计制造符合APISpec7K《旋转钻井设备规范》的要求。液力端所有的易损件（阀体、阀座、缸套等）均可与符合API标准制造的相同规格的零件互换。

3 机架设计

3.1 机架设计及有限元分析

THF-1300型钻井泵主要特点是曲轴两端每个主轴承盖为4条M56×3的主螺栓，主螺栓两头用螺母连接紧固，主螺栓及螺母相对于机架都能自由脱离。主螺栓材料为40CrNiMoA不变，调质热处理。在轴承下盖上安装稳定销，防止主轴承套转动。导板上方的机架总成上设计油路接头座观察孔，在观察孔接头座上安装吹气口。机架内部各板变形偏小，刚度储备大，基本能满足需要。

3.2 机架三维坐标测定

根据行位标准要求机壳应满足两曲轴孔轴心与小齿轮轴轴心线平行度不超过0.076mm，三个液缸安装空平行度不超过0.076mm。三个十字头孔圆心线平面与曲轴中心线垂直度不超過0.127mm。采用美国FAROARM红外线三维测试仪可测试形位尺寸。

4 液力端设计

F-1300泵四通弯管用于支撑空气包、连接安全阀、压力表等，容易刺漏泥浆，高压出口滤网容易锈死，而且现场都难以处理。

为此我们设计方型五通支撑空气包，五通上安装安全阀、高压出口法兰、滤网，排出管另一侧安装压力表，这样的五通结构承压能力强，不容易刺漏。镀锌材料的滤网放置在五通孔内，容易拆卸清洗，不需要保养。

这样的结构不仅结实耐用，而且外观紧凑，美观。

5 曲轴总成及其他配件的选用

F-1300泵是宝石厂类比美国EMSCO泵自行设计制造的，小齿轮轴、曲轴、十字头、导板、排除管及液缸等使用多年，基本成为成熟的技术配件，容然采用我们没有必要自行设计。

泵的缸套、活塞、凡尔体、凡尔座及各种骨架油封、橡胶密封圈均为国内常见市场上容易采购的标准件。

6 润滑油路设计

F-1300型钻井泵主螺栓及轴承盖改进后，使主轴承润滑通道也发生了变化。原来润滑油有两路。一路通过压力流油流向B主螺栓孔，再经过轴承套上的油孔流入主轴承。另一路来源于机油泵打入A主螺栓孔，再经过轴承套上的油孔流入主轴承。经过改造后，主轴承盖螺栓孔的尺寸被堵死。所以必须重新设计油路通道。改进方法是在轴承套上上部开两个ZG1/4的油孔，通过管线将来自上部压力流油流和下部机油泵的润滑油直接通向主轴承，由于润滑油直接通过管线进入轴承套再进入轴承减少了轴承改通道的中间环节，减少了压降损失，所以润滑效果更加良好。

7 中心拉杆密封设计

波纹套小端用猴箍固定压紧在钻井泵中心拉杆头端，法兰端用螺栓固定在挡油板上，可实现内封机油外拒冷却水。泵运转时，只随中心拉杆作伸缩运动，不发生摩擦，即使介杆与油封同心度发生偏差，也不影响密封效果，符合钻井泵中心拉杆往复运动密封原理，彻底杜绝了泥浆泵漏油，进水、进泥浆现象。

8 外观设计

钻井泵十字头盖板和后盖机油泵观察孔盖板设计成透明压克力材料，可以直观的观看十字头、导板和齿轮润滑情况，也方便检查。后盖上开两个翻盖式观察孔，检查泵或加油时不用拆卸螺栓，直接操作，而且每个翻盖上各附带一个呼吸孔，可及时将泵内温度散出。在机壳导板正上方开孔不但方便检查油路，也方便导板安装。

9 结论

本文根据F-1300型钻井泵和3NB-1300C型钻井泵的自身设计缺陷，结合现场工作经验，将主螺栓及轴承盖进行改造，相应的主轴承润滑油路进行改造，重新设计中心拉杆密封装置和液力端。使THF-1300型钻井泵更加符合油田现场实际操作、维护与保养。

参考文献：

[1]张庆元，陈如恒，等.钻井泵机架的静动态有限元分析[J].石油学报，2000，21（2）83-87

[2]张志毅，裴峻峰.钻井泵故障诊断方法的探索与实践[J].石油矿场机械，2004（06）.