大功率電驅泥漿泵橇的技術研究

劉濤

摘要：隨著我國石油工業的發展，使得石油鉆探工作不斷向深層油藏發展，鉆井中在環形空間中需要有足夠的上反速度和鉆頭水眼上有足夠的壓力降，一般要求鉆井泵單泵有30～50L/s的排量，這樣迫切需要大功率泥漿泵組提供循環泥漿。為了滿足鉆井需要，設計大功率鉆井泵是非常必要的。同時，國家正大力提倡的使用電能替代化石能源隨的號召，并且隨著油田“井工廠”作業模式的持續推廣應用，井場供電充足，我們有必要開展大功率電驅泥漿泵橇的技術研究，提高鉆井泥漿泵的工作性能，滿足超深井鉆機對高泵壓和大排量鉆井工藝的要求。大功率電驅泥漿泵橇具有很大的市場前景。

關鍵詞：電驅；泥漿泵橇；井工廠；應用；市場

世界石油勘探開發的難度日益增大，降低勘探開發成本成為一個主要的經濟壓力，鉆井費用占勘探費用的50%～80%，是各石油公司的最大的年項花費。提高效率，在復雜的條件下經濟地開發儲量，關鍵是重視技術的發展。鉆井泵是石油鉆井的關鍵設備之一，鉆井行業中將鉆井泥漿泵稱之為鉆機的“心臟”，鉆井泥漿泵的發展水平與性能的好壞對鉆井速率和成本有著最為直接的影響。隨著現代工業的快速發展，對于石油能源的需求也在與日俱增，石油供需緊張矛盾更加凸顯，然而大多數石油都埋藏在幾千米甚至上萬米的地下。在能源危機形勢步步緊逼的大環境下，為獲得更加豐富的石油資源，人們需要付出的代價越來越大。大功率電驅泥漿泵橇的開發迫在眉睫。

1、大功率鉆井泥漿泵技術的發展與應用

我國在石油鉆井泵的研究方面起步較晚，最初是由引進美國技術而發展起來的。但通過技術引進、自主研發，我國與國外先進技術的差距正在逐步縮小。目前，我國生產石油鉆井泵的單位主要有寶雞石油機械有限公司、蘭州蘭石國民油井石油工程公司等單位，其生產的系列三缸泵己經能基本滿足我國大部分油田鉆井的需要，并有部分出口。寶雞石油機械有限公司已有40多年設計和制造泥漿泵的歷史，生產的F-500、F-800、F-1000泵達到了美國LTV公司的技術要求，其特點為：無退刀槽人字齒輪傳動；合金鋼曲軸；可更換的十字頭導板；機架采用鋼板焊接件；中間拉桿盤根采用雙層密封結構，動力端采用強制潤滑和飛濺潤滑相結合的潤滑方式。F系列三缸泵具有沖程長、沖次低的優點。為了滿足油田高泵壓和大排量鉆井工藝的要求，寶雞石油機械有限公司還自行設計和制造了F-1300、F-1600、F-1600HL、F-2200和F-22OOHL大功率高壓泥漿泵。

目前，世界各國都在大量研究和使用三缸單作用泥漿泵，并且都是朝著大功率、長沖程、大缸徑、高泵壓的技術方向發展。國外對鉆井泵的研究早、技術精、產品系列齊全，尤其以美國的技術最為先進，俄羅斯和羅馬尼亞次之。隨著鉆井技術的發展，特別是高壓噴射鉆井、近平衡鉆井、叢式定向井、水平井等新工藝、新技術的不斷進步，對鉆井泥漿泵的工作性能要求越來越高。目前鉆井泵正朝著大功率、大排量和高壓力的方向發展。世界上主要生產大功率鉆井泵的廠家有：美國Emaco公司（FC-2200型）、美國National Oilwell公司（14-P-220型）、美國IDECO公司（T-2200HP）、加拿大DRECO公司（12T2000型）、德國WIRTH公司（TPK7-1/2”x14”2200型）。國外主要廠家大功率鉆井泵性能參數：

2、電驅動相對于柴油驅動的優勢

2.1降低生產成本

利用油田內部完善豐富的電網資源，用耗電取代耗油，可以有效地降低鉆井綜合能耗，減少搬遷運輸車輛，節省柴油機使用潤滑油、冷卻液的消耗，降低設備運行時數和設備維護費用。使用電力驅動鉆機，還有利于計量管理，減少非生產性流失。

2.2提高設備的使用效率

由于鉆井生產存在風險性，鉆機在配套時，要考慮超負荷運轉的情況發電機組的功率都配備較大這樣就存在著大馬拉小車的現象，造成其有效功率較低，如鉆機使用電力驅動，可更好地發揮泥漿泵功率提高泵沖、排量更好地滿足鉆井施工工藝需要

2.3利于環境保護、職業健康

由于柴油機和柴油發電機組使用燃油和潤滑油，在日常使用和管理上燃油和潤滑油均有不同程度的泄漏現象，鉆機沒備油污比較大，造成了不同程度的噪音和排放污染，對周圍環境和設備維護人員都有一定的影響。而使用工業電網驅動交流電機，噪音相對柴油機較小，并且無排放，也不會有燃油潤滑油泄漏，對環境造成的影響較小，在環保施工方面比柴油驅動鉆機有著明顯的優勢，在工作環境方面電動化鉆機設備工作條件比較千凈，在鉆井現場可以較明顯地看出電氣師同機械師在著裝方面的區別。

2.4減輕工人的勞動強度

由于交流電機的維護工作量小、安裝方便，因此，可大大減輕鉆井隊機房人員的勞動強度。

2.5節省井場空間、方便運輸

受現場和運輸空間的限制，對泥漿泵組的重量、外形尺寸的要求越來越高。與傳統的泥漿泵組相比較，電驅泥漿泵橇在結構上更加緊湊合理，占用井場空間更小；同時，電驅泥漿泵橇的重量更輕，運輸更方便；

3、可行性分析（以電驅F-1600L泥漿泵橇為例）

電機參數：額定功率1200KW、額定電壓600V、額定轉速1000rpm；

皮帶輪直徑：Ф630/Ф1250；

泥漿泵參數：額定輸入功率：1600hp、額定沖次：120沖/分、齒輪速比：4.206：1；

3.1 功率匹配

1）已知電機的額定輸出功率為：N電=1200（kW）

2）電機能提供給泥漿泵的輸入功率計算：N輸=N電?h傳

式中：N電——電機輸出功率，N輸——泥漿泵輸入功率，h傳——皮帶傳動效率，取0.95

對于泥漿泵：N輸=1200×0.95=1140（kW）

3）泥漿泵額定沖數和額定沖數運轉時對應的輸入功率為1180KWx80%=944KW；

電機能提供給泥漿泵的輸入功率N輸=1140kw>泥漿泵的額定輸入功率944KW，所以電機動力輸出匹配滿足要求。

3.2 實際泵沖匹配

皮帶減速比i1=1250/630=1.98 泥漿泵減速比i2=4.206

總減速比為i=1.98*4.206=8.33

1000÷8.33=120

可以看出，電機轉速能提供的泵沖能夠覆蓋泥漿泵的額定泵沖120r/min；

結果：電機轉速滿足要求，滿足實際工況的要求。

4能源消耗分析

柴油機驅動泥漿泵的鉆機按每口井燃油消耗平均1421噸費用873萬元，泥漿泵改用電機驅動后，單井電能消耗為50400千瓦時，費用277萬元，電驅泥漿泵鉆機打一口井的成本比柴油機驅動泥漿泵鉆機節省596萬元。綜合生產成本（生產維護、運輸）和設備（配件、修理和維護）維護成本，一部電驅泥漿泵鉆機為071萬元，一臺柴油機驅動泥漿泵鉆機為149萬元，一部電驅泥漿泵鉆機同比一部柴油機驅動泥漿泵鉆機少消耗078萬元，綜上兩方面可得出：一部電驅泥漿泵鉆機同比一部柴油機驅動泥漿泵鉆機單井成本消耗節余675萬元。

5結論

將大功率柴驅動泥漿泵橇改造成大功率電驅泥漿泵橇，可以有效地降低生產成本，減少環境污染，改善工作條件，減輕工人的勞動強度，可以使鉆機配置更加合理，增強鉆機調配的靈活性和適應性，在有條件的大面積鉆井區塊施工時，大功率電驅泥漿泵橇具有明顯的優勢。

參考文獻

[1]肖紹嵩石油套管及鉆桿生產現狀及發展趨勢[]石油礦場機械，2002.31（6）：19-22

[2]張奇志電動鉆機自動化技術M北京：石油工業出版社2006

[3]機械設計手斯（新版DMl北京：機械工業出版社，2007

（作者單位：長江大學）