F-1600HL 型钻井泵的合理应用研究

雷先革

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司，天津 300280）

0 引言

随着中油油服“激进式”钻井工作的全面推进，对钻井装备能力提出了更高的要求。机泵装备的合理配套与使用问题也越来越引起各方关注。高压钻井泵作为重点提速装备的一个主要部件，已成为业界共识，甚至已作为新钻机的标准配置。目前各钻井公司纷纷大量购置高压钻井泵，尤其是F1600HL 型高压泵更是掀起抢购热潮，一泵难求的局面仍在持续。

1 F-1600HL 型高压钻井泵简介

为了满足深井、超深井、大位移水平井、高压喷射钻井等新型钻井工艺技术的要求，研制了F-1600HL 型高压钻井泵。该泵最大工作压力为52 MPa，为目前国内同功率钻井泵中压力最高，比F-1600 型钻井泵提高了50.7%，最大排量51.8 L/s，比F-1600 型钻井泵增加了11.4%。该泵采用“L”形液缸、双金属缸套、带卸载槽的高压阀、耐高温和油基钻井液的高压活塞、缸套内外冷却装置等新结构、新技术，通过结构有限元分析与优化设计、钻井液介质试验等，确保了该泵在高压和大排量工作时的可靠性。目前，该泵已成功用于7000 m 及其以上钻机中，为高压喷射等钻井工艺的实施提供了强有力的装备保障[1]。

在深井钻探过程中，为满足51.7 MPa（7500 psi）的泥浆注入压力，宝鸡石油机械有限责任公司设计了F-1600H 型泥浆泵L 型液缸。通过工程分析软件Solideworks 和ANSYS，对L 型液缸的吸入缸和排出缸的承载能力进行有限元分析，得到吸入缸和排出缸的最大等效应力、最大主应力、最小主应力及第二主应力，并得出各应力最大值所在的位置。分析结果表明，吸入缸和排出缸在51.7 MPa 的工作压力下是安全可靠的[2-3]。

2 技术分析

在推广高压泵的大环境下，有些问题应该引起充分重视：F-1600HL 型高压泵作为主流的装备配置方案是否合理？这种方案是否适用各种不同的作业环境？现场实际使用效果是否达到预期目标？这诸多问题，需要认真分析与研究。

通过对页岩气和塔里木山前等区域已完工井的数据分析可以发现，泵压超过30 MPa 的工况主要集中在四川页岩气区域。通过推广使用旋转导向+螺杆的钻具组合，取得了较好的页岩气钻井提速效果。伴随这种提速作业模式而来的是钻具压耗升高了约5 MPa，并最终导致最高泵压超过了35 MPa，从而形成了使用F-1600HL 型高压泵+高压顶驱+旋转导向+螺杆钻具的页岩气装备配置标准，F-1600HL 型高压泵替代F1600 型常规泵作为高压施工的基础装备发挥了应有的作用。

但是，旋转导向+螺杆钻具的高额使用费用限制了这种提速模式的全面推广。在其他区域，大多仍采用常规钻具组合，泵压超过30 MPa 的工况也极少出现。F-1600 常规钻井泵和F-1600HL 高压钻井泵的参数对比见表1。

从表1 不难看出，当泵压在33 MPa 以下时，根据实际泵压情况和排量需求，可以选择使用150180 mm 之间的缸套和相应的工作泵冲，这时候F-1600HL 型高压泵与F-1600 型常规泵达到的压力基本相同，设计参数基本一样，作业能力和施工效果也基本一样，而只有在泵压达到33 MPa 以上，使用130140 mm缸套的时候，这两种泵的压力才拉开距离。也就是说，如果不使用旋转导向+螺杆等特殊钻具组合，泵压没有超过33 MPa，使用F-1600HL 型高压泵与F-1600 型常规泵是完全一样，将F-1600 型常规钻井泵升级为F-1600HL 高压泵起不到实际提速效果，也没有意义。因为，影响钻井泵最终作业能力的关键指标——输出功率并没有改变，仍然是1193 kW（1600 hp）。

3 应用分析

以中石油大港油田页岩油区域施工的两部钻机的作业情况为例。

（1）70027 钻井队。施工官页1-1-2H 等4 口井，最大负荷出现在二开，泵压达到28 MPa、排量达到65 L/m，使用F1600型常规钻井泵，完全胜任。

（2）70218 钻井队。同区域施工，施工的官页1-1-13L 等3口井，其二开钻井参数基本相同，使用的是F-1600HL 型高压钻井泵，实际使用效果与常规钻井泵完全一样。

4 结论

在使用常规钻具组合、泵压不超过33 MPa 的施工情况下，F-1600 型常规钻井泵是完全胜任施工任务的。只有在使用旋转导向+螺杆等特殊钻具组合、泵压超过33 MPa 的施工情况下，F-1600HL 型高压钻井泵才能真正发挥作用。当然，在获得高压作业能力的同时，将牺牲部分排量输出能力，这是由最能体现钻井泵能力的根本参数——输出功率所决定的。因为，泵压与排量的乘积等于输出功率，这也是钻井泵使用者应该时刻牢记的一个要素。