淺談新時期如何加強節能鉆井技術研究

王 剛

（大慶油田有限責任公司 海拉爾石油勘探開發指揮部規劃計劃部，內蒙古 海拉爾 021000）

現代石油設備的出現，極大地推動了國家石油生產發展、為社會經濟發展、國家的進步做出了巨大的貢獻。但是，由于石油設備的昂貴，所以不易選擇更換，而更加追求它的使用壽命。對于石油 鉆井公司來講以鉆井為主業，合理使用設備與優化參數配置來提高機械鉆速，從而縮短建井周期來增加經濟收益。

合理使用鉆井設備：

設備在負荷下運行并發揮其規定功能的過程，即為使用過程。設備在使用過程中，由于受到各種力和化學作用、使用方法、工作規范、工作持續時間等影響，其技術狀況發生變化而逐漸降低工作能力。為延緩這種工作能力下降過程，必須根據設備所處的工作條件及結構性能特點，掌握劣化的規律，允許的工作規范，控制設備的負荷和持續工作時間。只有操作者合理使用設備，才能保持設備良好的工作性能，充分發揮它的效能。下面僅對改進后F320—4DH鉆機三大工作機組的性能針對性的探討。

鉆機設備主要技術參數：（1）鉆機型號 F320—4DH；（2）最大起升重量 3200kN；（3）最大鉆井深度 6000m；（4）轉盤面高度 6.7m。

1 鉆機三大工作機組的性能分析

1.1 MRL-27.5 轉盤

主要的工作參數。最大工作扭矩和最高轉速，轉盤在最低轉速時允許產生最大工作扭矩，它決定了轉盤的輸入功率；最輕載荷下允許最高轉速，MRL—275轉盤自身有高低兩個檔位，配合總離合l、2兩擋，可以有四個檔位一下的轉速調節范圍。

轉盤的功率

水平輸入軸功率計算式：

式中：N——功率kN；π——圓周率；N——最大工作扭矩，kN×m;n1——最低工作轉速，r/min；η——鉆盤的效率，0.95-0.97，

1.2 絞車

快繩的最大拉力：

式中：P快繩——快繩的最大拉辦；Q游——游車鋼絲繩的總負荷；Z——有效繩數；η游——提升效率。

絞車的輸入功率：

式中：N——輸入功率；V——絞車量低檔時大鉤 起升速度；η總——從絞車傳給大鉤的效率；K——儲備系數。

1.3 鉆井泵

鉆井泵是整個循環系統的心臟，為循環系統提供動力。我井隊使用的2臺寶石產的F-1600鉆井泵，屬于三缸單作用泵。鉆井泵的理論排量：

式中：i——缸數；F——泵缸截面積；S——沖程長度：N，沖次；α——上水系數。

在輸入軸轉速一定的情況下，缸數、泵缸截面積、沖程長度、沖次是不變參數，只有上水系數α隨著泵壓得升高，泵的漏失量將增加，會有所降低，所以泵的排量隨著泵壓的升高會略有下降。

泵的沖次：

實際上，泵的沖次決定于動力機也就是柴油機轉速和機械傳動比，當機械傳動比一定點檔位不變的情況下)，對于柴油機直接驅動的，泵沖基本上不會受到泵壓的影響，排量和上面說的是一致的。而對于我們這種動力驅動特性較軟的(柴油機機液力變矩器驅動)，隨著泵壓的變化，泵沖會隨之變化，排量會自動調節，這樣保證了泵在一定的范圍內接近恒功率工作，關系曲線接近于雙曲線變化關系。

泵的功率：

式中：N——泵的有效功率，kW；P——泵壓，MPa；Q——平均排量，l／s；

動力機組功率與泵功率之間的關系：

式中：N動力——動力機組給泵提供的功率；K——動力儲備系數；N——泵的有效功率；η——總的傳動綜合系數。

柴油機液力變矩器驅動時，動力儲備系數K=1。

2 三大工作機組和動力系統之間的配合關系

F320—4DH鉆機上配備的YB900單級充油調節離心式液力變矩器，四臺Z12V 190B柴油大車統一驅動。三大工作機組和動力系統之間功率配合關系大致分為正常鉆進和起下鉆兩種情況。

正常鉆進工況下：

在正常鉆進條件下，F320—4DH鉆機四臺z12V190B柴油機通過YB900單級充油調節離心式液力變矩器統一驅動，主要驅動功率用于泵和轉盤工作。此時柴油機機、泵、轉盤它們三者之間的關系可以引用這個簡單的公式來表示。

式中，N大車——大車的輸出功率；N鉆盤——轉盤的輸出功率；N泵——泵輸出的有效功率；K轉盤——功率從并車傳到轉盤的綜合系數；K泵——功率從并車傳到泵的綜合系數；K渦輪——功率從柴油機大車傳到并車的綜合系數。

從并車到轉盤是通過鏈條、萬向軸、齒輪等各個機械部件傳動的，所以在渦輪輸出軸功率不變的情況下，K轉盤是個定值不變量；從并車到泵是通過鏈條、萬向軸、齒輪等各個機械部件傳動的，所以在渦輪輸出軸功率不變的情況下，K轉盤是個定值不變量。把泵功率和轉盤功率公式代人，即把公式（1）和公式（5）代人公式（7），式可以得到：

再把公式（4）代入公式（8），得到：

變形后得到：

分析：由于井場使用的柴油機—液力變矩器驅動，YB900液力變矩器是單級充油調節離心式液力變矩器，YB900它穿透性很小，渦輪輸出軸功率較小，效率最大80%-85%，大部分的功率轉變為工作油的熱量，容易導致工作油失效和機械元件條件的坡壞。YB900液力變矩器和柴油機配合驅動時，隨著轉速的升高，變矩系數逐漸降低，泵輪的軸上輸出扭矩逐漸降低，泵輪的軸上輸出功率先升高再降低(呈拋物線狀)。

由公式（7）和YB900液力變矩器和柴油機配合驅動特性可以得出，在井深、大車轉速、不變化情況下，泵排量則不變，當鉆壓增大時，一般轉盤扭矩M增大，轉盤功率開始增加，渦輪輸出軸功率增加，泵輪的軸上輸出扭矩增加，泵輪的軸上輸出轉速降低，轉盤轉速nt和泵排量降低(因為泵沖次nz也降低)。沖次降低大，轉盤功率和泵功率都下降，維持一個穩定狀態。使得鉆機可以平穩運轉。

在井深增加，大車轉速、轉盤扭矩不變化或變化很小情況下，泵排量則略有降低，轉盤功率變化不大，渦輪輸出軸功率不變或變化很小，泵壓則升高，泵功率基本穩定在恒定值，這正是最佳工作狀態(道理同上)。但是不能超出這個范圍。

所以，在長期鉆井實踐經驗過程中，注意積累資料，把鉆機及配套設備范圍找出來，很好的用于指導實踐，使設備穩定和高效運轉，節省維修費用，提高機械鉆速。以使用三牙輪鉆頭14.1437為鍘，柴油機轉速 1050rmp鉆壓 200kN、轉速 53rmp、沖次 106(雙泵)、泵壓 185MPa應用上面公式，通過計算，為了合理充分地分配功率和提高效率的傳輸，應該選擇加大鉆壓或是開大油門來提高排量和轉速，但是三牙輪鉆頭的推薦鉆壓不超過2：160kN，所以要繼續加大油門。