F-1600HL 型鉆井泵的合理應(yīng)用研究

雷先革

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司，天津 300280）

0 引言

隨著中油油服“激進式”鉆井工作的全面推進，對鉆井裝備能力提出了更高的要求。機泵裝備的合理配套與使用問題也越來越引起各方關(guān)注。高壓鉆井泵作為重點提速裝備的一個主要部件，已成為業(yè)界共識，甚至已作為新鉆機的標準配置。目前各鉆井公司紛紛大量購置高壓鉆井泵，尤其是F1600HL 型高壓泵更是掀起搶購熱潮，一泵難求的局面仍在持續(xù)。

1 F-1600HL 型高壓鉆井泵簡介

為了滿足深井、超深井、大位移水平井、高壓噴射鉆井等新型鉆井工藝技術(shù)的要求，研制了F-1600HL 型高壓鉆井泵。該泵最大工作壓力為52 MPa，為目前國內(nèi)同功率鉆井泵中壓力最高，比F-1600 型鉆井泵提高了50.7%，最大排量51.8 L/s，比F-1600 型鉆井泵增加了11.4%。該泵采用“L”形液缸、雙金屬缸套、帶卸載槽的高壓閥、耐高溫和油基鉆井液的高壓活塞、缸套內(nèi)外冷卻裝置等新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)有限元分析與優(yōu)化設(shè)計、鉆井液介質(zhì)試驗等，確保了該泵在高壓和大排量工作時的可靠性。目前，該泵已成功用于7000 m 及其以上鉆機中，為高壓噴射等鉆井工藝的實施提供了強有力的裝備保障[1]。

在深井鉆探過程中，為滿足51.7 MPa（7500 psi）的泥漿注入壓力，寶雞石油機械有限責任公司設(shè)計了F-1600H 型泥漿泵L 型液缸。通過工程分析軟件Solideworks 和ANSYS，對L 型液缸的吸入缸和排出缸的承載能力進行有限元分析，得到吸入缸和排出缸的最大等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力及第二主應(yīng)力，并得出各應(yīng)力最大值所在的位置。分析結(jié)果表明，吸入缸和排出缸在51.7 MPa 的工作壓力下是安全可靠的[2-3]。

2 技術(shù)分析

在推廣高壓泵的大環(huán)境下，有些問題應(yīng)該引起充分重視：F-1600HL 型高壓泵作為主流的裝備配置方案是否合理？這種方案是否適用各種不同的作業(yè)環(huán)境？現(xiàn)場實際使用效果是否達到預(yù)期目標？這諸多問題，需要認真分析與研究。

通過對頁巖氣和塔里木山前等區(qū)域已完工井的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，泵壓超過30 MPa 的工況主要集中在四川頁巖氣區(qū)域。通過推廣使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+螺桿的鉆具組合，取得了較好的頁巖氣鉆井提速效果。伴隨這種提速作業(yè)模式而來的是鉆具壓耗升高了約5 MPa，并最終導(dǎo)致最高泵壓超過了35 MPa，從而形成了使用F-1600HL 型高壓泵+高壓頂驅(qū)+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+螺桿鉆具的頁巖氣裝備配置標準，F(xiàn)-1600HL 型高壓泵替代F1600 型常規(guī)泵作為高壓施工的基礎(chǔ)裝備發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

但是，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+螺桿鉆具的高額使用費用限制了這種提速模式的全面推廣。在其他區(qū)域，大多仍采用常規(guī)鉆具組合，泵壓超過30 MPa 的工況也極少出現(xiàn)。F-1600 常規(guī)鉆井泵和F-1600HL 高壓鉆井泵的參數(shù)對比見表1。

從表1 不難看出，當泵壓在33 MPa 以下時，根據(jù)實際泵壓情況和排量需求，可以選擇使用150180 mm 之間的缸套和相應(yīng)的工作泵沖，這時候F-1600HL 型高壓泵與F-1600 型常規(guī)泵達到的壓力基本相同，設(shè)計參數(shù)基本一樣，作業(yè)能力和施工效果也基本一樣，而只有在泵壓達到33 MPa 以上，使用130140 mm缸套的時候，這兩種泵的壓力才拉開距離。也就是說，如果不使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+螺桿等特殊鉆具組合，泵壓沒有超過33 MPa，使用F-1600HL 型高壓泵與F-1600 型常規(guī)泵是完全一樣，將F-1600 型常規(guī)鉆井泵升級為F-1600HL 高壓泵起不到實際提速效果，也沒有意義。因為，影響鉆井泵最終作業(yè)能力的關(guān)鍵指標——輸出功率并沒有改變，仍然是1193 kW（1600 hp）。

3 應(yīng)用分析

以中石油大港油田頁巖油區(qū)域施工的兩部鉆機的作業(yè)情況為例。

（1）70027 鉆井隊。施工官頁1-1-2H 等4 口井，最大負荷出現(xiàn)在二開，泵壓達到28 MPa、排量達到65 L/m，使用F1600型常規(guī)鉆井泵，完全勝任。

（2）70218 鉆井隊。同區(qū)域施工，施工的官頁1-1-13L 等3口井，其二開鉆井參數(shù)基本相同，使用的是F-1600HL 型高壓鉆井泵，實際使用效果與常規(guī)鉆井泵完全一樣。

4 結(jié)論

在使用常規(guī)鉆具組合、泵壓不超過33 MPa 的施工情況下，F(xiàn)-1600 型常規(guī)鉆井泵是完全勝任施工任務(wù)的。只有在使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+螺桿等特殊鉆具組合、泵壓超過33 MPa 的施工情況下，F(xiàn)-1600HL 型高壓鉆井泵才能真正發(fā)揮作用。當然，在獲得高壓作業(yè)能力的同時，將犧牲部分排量輸出能力，這是由最能體現(xiàn)鉆井泵能力的根本參數(shù)——輸出功率所決定的。因為，泵壓與排量的乘積等于輸出功率，這也是鉆井泵使用者應(yīng)該時刻牢記的一個要素。