THF-1300鉆井泵的研制與應用

羅軍 胡彪 雷世超 楊佳偉 何劍鋒

摘 要：本文介紹一種在寶石F-1300型鉆井泵基礎上，吸收蘭石3NB-1300C泵和多年現場經驗，設計的一種新型鉆井泵。鉆井泵技術規范和性能參數符合API規范，所有易損件都是國內市場上技術成熟，容易采購的標準件。THF-1300鉆井泵的將更方便鉆井現場使用、維護和修理。

關鍵詞：鉆井泵;主螺栓;主螺栓軸承蓋;中心拉桿;潤滑

1 鉆井泵工作原理及結構設計

THF-1300型鉆井泵屬于典型的三缸單作用活塞泵，工作時動力通過小齒輪軸、帶動曲軸、連桿及十字頭等組成的曲柄滑塊機構，使活塞在缸套內做往復運動，改變液缸里的容積，完成泥漿的吸入和排出，將機械能轉化為液體勢能，從而達到輸送高壓高粘度、大密度的泥漿的功用。

THF-1300型鉆井泵主要特點是曲軸兩端每個主軸承蓋為4條M56×3的主螺栓，主螺栓兩頭用螺母連接緊固，主螺栓及螺母相對于機架都能自由脫離。主螺栓材料為40CrNiMoA不變，調質熱處理。在軸承下蓋上安裝￠25的穩定銷穩定軸承套與機殼，防止發生相對運動。導板上方的機架總成上設計油路接頭座觀察孔，在觀察孔接頭座上安裝吹氣口。中心拉桿密封裝置采用可以自由伸縮的波紋套密封裝置，靠近十字頭的一側的密封裝置上安裝有中心拉桿密封波紋套。

2 技術規范及性能參數

本鉆井泵的設計制造符合APISpec7K《旋轉鉆井設備規范》的要求。液力端所有的易損件（閥體、閥座、缸套等）均可與符合API標準制造的相同規格的零件互換。

3 機架設計

3.1 機架設計及有限元分析

THF-1300型鉆井泵主要特點是曲軸兩端每個主軸承蓋為4條M56×3的主螺栓，主螺栓兩頭用螺母連接緊固，主螺栓及螺母相對于機架都能自由脫離。主螺栓材料為40CrNiMoA不變，調質熱處理。在軸承下蓋上安裝穩定銷，防止主軸承套轉動。導板上方的機架總成上設計油路接頭座觀察孔，在觀察孔接頭座上安裝吹氣口。機架內部各板變形偏小，剛度儲備大，基本能滿足需要。

3.2 機架三維坐標測定

根據行位標準要求機殼應滿足兩曲軸孔軸心與小齒輪軸軸心線平行度不超過0.076mm，三個液缸安裝空平行度不超過0.076mm。三個十字頭孔圓心線平面與曲軸中心線垂直度不超過0.127mm。采用美國FAROARM紅外線三維測試儀可測試形位尺寸。

4 液力端設計

F-1300泵四通彎管用于支撐空氣包、連接安全閥、壓力表等，容易刺漏泥漿，高壓出口濾網容易銹死，而且現場都難以處理。

為此我們設計方型五通支撐空氣包，五通上安裝安全閥、高壓出口法蘭、濾網，排出管另一側安裝壓力表，這樣的五通結構承壓能力強，不容易刺漏。鍍鋅材料的濾網放置在五通孔內，容易拆卸清洗，不需要保養。

這樣的結構不僅結實耐用，而且外觀緊湊，美觀。

5 曲軸總成及其他配件的選用

F-1300泵是寶石廠類比美國EMSCO泵自行設計制造的，小齒輪軸、曲軸、十字頭、導板、排除管及液缸等使用多年，基本成為成熟的技術配件，容然采用我們沒有必要自行設計。

泵的缸套、活塞、凡爾體、凡爾座及各種骨架油封、橡膠密封圈均為國內常見市場上容易采購的標準件。

6 潤滑油路設計

F-1300型鉆井泵主螺栓及軸承蓋改進后，使主軸承潤滑通道也發生了變化。原來潤滑油有兩路。一路通過壓力流油流向B主螺栓孔，再經過軸承套上的油孔流入主軸承。另一路來源于機油泵打入A主螺栓孔，再經過軸承套上的油孔流入主軸承。經過改造后，主軸承蓋螺栓孔的尺寸被堵死。所以必須重新設計油路通道。改進方法是在軸承套上上部開兩個ZG1/4的油孔，通過管線將來自上部壓力流油流和下部機油泵的潤滑油直接通向主軸承，由于潤滑油直接通過管線進入軸承套再進入軸承減少了軸承改通道的中間環節，減少了壓降損失，所以潤滑效果更加良好。

7 中心拉桿密封設計

波紋套小端用猴箍固定壓緊在鉆井泵中心拉桿頭端，法蘭端用螺栓固定在擋油板上，可實現內封機油外拒冷卻水。泵運轉時，只隨中心拉桿作伸縮運動，不發生摩擦，即使介桿與油封同心度發生偏差，也不影響密封效果，符合鉆井泵中心拉桿往復運動密封原理，徹底杜絕了泥漿泵漏油，進水、進泥漿現象。

8 外觀設計

鉆井泵十字頭蓋板和后蓋機油泵觀察孔蓋板設計成透明壓克力材料，可以直觀的觀看十字頭、導板和齒輪潤滑情況，也方便檢查。后蓋上開兩個翻蓋式觀察孔，檢查泵或加油時不用拆卸螺栓，直接操作，而且每個翻蓋上各附帶一個呼吸孔，可及時將泵內溫度散出。在機殼導板正上方開孔不但方便檢查油路，也方便導板安裝。

9 結論

本文根據F-1300型鉆井泵和3NB-1300C型鉆井泵的自身設計缺陷，結合現場工作經驗，將主螺栓及軸承蓋進行改造，相應的主軸承潤滑油路進行改造，重新設計中心拉桿密封裝置和液力端。使THF-1300型鉆井泵更加符合油田現場實際操作、維護與保養。

參考文獻：

[1]張慶元，陳如恒，等.鉆井泵機架的靜動態有限元分析[J].石油學報，2000，21（2）83-87

[2]張志毅，裴峻峰.鉆井泵故障診斷方法的探索與實踐[J].石油礦場機械，2004（06）.