F2200HL 和F1600HL 泥浆泵现场使用情况分析

2020-02-26张增年

设备管理与维修 2020年1期

李韬，张增年

（川庆钻探工程公司设备处，四川成都 610051）

0 引言

随着我国经济的快速发展，对石油、天然气等资源的需求日益增加，超深井、水平井的勘探开发规模日益增大。在钻井作业过程中，一开、二开都使用大泵冲、大排量、高泵压打井，对于泥浆泵的要求越来越高。因此，为更好地选择合适型号的泥浆泵以满足钻井作业现场需求，从装备配置和工艺技术上提出适用建议。

1 五探1 井和角探1 井井眼状况及参数需求

1.1 井身结构

五探1 井和角探1 井井身结构参数见表1。

表1 五探1 井和角探1 井井身结构mm

表2 五探1 井和角探1 井泥浆密度g/cm3

表3 五探1 井和角探1 井钻井排量L/s

1.2 泥浆密度

五探1 井和角探1 井泥浆密度见表2。

1.3 钻井排量

五探1 井和角探1 井钻井排量见表3。

两口井在三开、四开施工过程中，泵压都集中在25～30 MPa。五探1 井和角探1 井的井身结构相似，只是角探1 井设计上没有七开井段。角探1 井三开、四开密度均大于五探1 井三开、四开密度，高0.2 g/cm3以上。由于泥浆密度增大，在相同排量下泵压相应增高，泥浆泵的输出功率随之增加。

2 泥浆泵配套及使用情况

2.1 泥浆泵配套情况

五探1 号井承钻钻机ZJ90DB，泥浆泵型号F2200HL，泵功率1640 kW，数量3 套；角探1 号井承钻钻机ZJ70DBS，泥浆泵型号F1600HL，泵功率1193 kW，数量3 套。

2.2 使用参数对比

1600 hp 泥浆泵工作排量51 L/s，缸套额定压力29.2 MPa，缸套直径160 mm，单泵60 冲/min，工作泵数量3 台；2200 hp 泥浆泵工作排量80 L/s，缸套额定压力27.9 MPa，缸套直径190 mm，单泵80 冲/min，工作泵数量2 台。

2.3 使用情况对比

五探1 井：在泥浆泵负荷最大的三、四开井段均采用2 用1备作业模式，2 台2200 hp 泥浆泵使用Φ190 mm 缸套，单泵80冲/min，满足泵压27 MPa、排量80 L/s 的钻井参数需要，可以保证不停钻倒泵修泵。

角探1 井：对1600 hp 泥浆泵2 用1 备和3 台同时作业两种模式分别进行了应用。

（1）2+1 运行模式：在使用Φ165 mm 缸套的情况下，需将泵冲提高到80 冲/ min 才能满足泵压29 MPa、排量51 L/s 的参数需要，由于泥浆泵运行参数提高，液力端易损件寿命急剧缩短，停泵换件频率增加，泵有效运行时间缩短，同时造成非易损件的提前损坏。如：中心拉杆共损坏7 根，上、排水阀箱之间密封盘根更换6次，更换排水阀箱1 次，更换排水阀箱与排液管线密封盘根2 次。

（2）3 台泵运行模式：在使用Φ165 mm 缸套的情况下，单泵60 冲/min，可以满足泵压29 MPa、排量51 L/s 的钻井参数需要，但在泥浆泵故障情况下需停钻检修，不能保持长时间连续运行。

3 泥浆泵压力和排量分析

在同样缸套尺寸、相同泵冲数下，F2200HL 泵比F1600HL 泵的压力大、排量高。

首先，排量是由钻井泵结构参数决定的性能，即排量=缸套内腔面积×冲程×泵冲×缸数。如都使用160 mm 缸套，泵冲90 冲/ min，都是3 缸泵，两种泵只有冲程不同，所以排量不同。此时，F1600HL 泵排量为27.58 L/s，F2200HL泵排量为32.21 L/s，两者比值32.21/27.58=1.168，而两种泵的冲程比值356/304.8=1.168，所以此种情况下，F2200HL泵比F1600HL 泵的排量高。

其次，压力根据功率的每种缸套的最大排量计算，即最大排量Qx工作压力p=0.9（机械效率）×输入功率P，由此可以得出两种泵使用160 mm 缸套，泵冲90 冲/ min 冲时，其最大工作压力：F1600HL 泵压力29.2 MPa，F2200HL 泵压力39.3 MPa，因此F2200HL 泵比F1600HL 泵的压力大。

如果使用F1600HL 泵，选择较小尺寸缸套时，压力满足设计参数，但排量不足；或选择较大缸套时，排量满足设计参数，但压力不足。因为排量在泵型号确定的情况下，只与缸套和泵冲有关，而压力除了与缸套和泵冲有关，还与输入功率有关，且排量和压力成反比，如果其中一个参数不能满足设计参数，应区别对待，即在压力满足设计参数情况下，排量不足：增开一台泵增加排量。在排量满足设计参数情况下，压力不够：即使能在提高特定缸套直径和特定泵冲下的最大工作压力，以160 mm 缸套，泵冲90 冲/min 为例，设计最大工作压力29.2 MPa，此时排量为27.58 L/s，但不是最大排量；若以此时排量计算压力的话，p=0.9×1193/27.58=38.9 MPa，但因其设计最大压力为29.2 MPa，实际最大值并未达到。

若只通过改变缸套材料、缸套内与外套的配合间隙等，是可以提升缸套的耐压能力，但脱离泥浆泵本身的设计只考虑缸套，对实际使用没有意义。因为缸套的耐压能力也受到了泥浆泵本身的限制，即泥浆泵不能超负荷运行，否则会造成动力端传动部件的损伤，缩短泥浆泵使用寿命。