分體式耐磨盤技術(shù)在F2200鉆井泵上的應(yīng)用

李林 謝春暉

鉆井泵作為石油鉆井作業(yè)重要設(shè)備之一，通過抽吸循環(huán)罐中的鉆井液，并以10MPa～30MPa的壓力、每秒20～60升的輸送排量，經(jīng)過地面的高壓管匯、水龍帶、鉆桿、鉆頭噴嘴到井底，流經(jīng)鉆頭噴嘴時形成高壓射流，起到破碎巖石、清潔井底、冷卻鉆頭的作用。在用井底螺桿或渦輪鉆具鉆井時，鉆井液是動力鉆具的動力源，在鉆進(jìn)過程中若鉆井泵不能正常工作、鉆井液不能維持循環(huán)時，容易發(fā)生井下鉆井工程事故。目前川東鉆探公司配備配備的F2200鉆井泵主要由寶石等幾家石油機(jī)械制造公司生產(chǎn)，該型鉆井泵液力端耐磨盤為整體式結(jié)構(gòu)，鉆井施工中一旦耐磨盤刺壞，必須進(jìn)行整體更換。因此，通過對F2200鉆井泵耐磨盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，分析鉆井泵液力端耐磨盤更換耗時過長的原因，將分體式耐磨盤技術(shù)應(yīng)用于F2200鉆井泵上，提出將整體式耐磨盤改進(jìn)為分體式結(jié)構(gòu)并對其進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，以達(dá)到快速更換鉆井泵耐磨盤的目的，確保石油鉆采提速增效。

1 F2200鉆井泵耐磨盤結(jié)構(gòu)

在鉆井過程中，鉆井泵向井筒輸送鉆井工藝所需的多種鉆井液，用以破碎巖石、冷卻鉆頭、沖刷井底、攜帶巖屑，是石油鉆井作業(yè)重要的設(shè)備之一。耐磨盤位于鉆井泵的液力端，是缸套活塞機(jī)構(gòu)與鉆井泵閥箱的重要連接部件示。

耐磨盤的主要作用：

①通過耐磨盤及缸套法蘭實(shí)現(xiàn)缸套與閥箱的連接。

②為避免鉆井過程中閥箱本體刺壞，設(shè)計中將耐磨盤作為易損件，當(dāng)耐磨盤刺壞時，可實(shí)現(xiàn)快速更換。

2 耐磨盤現(xiàn)場使用情況分析

經(jīng)統(tǒng)計，鉆井泵耐磨盤在不同的泥漿工作壓力、含砂量等因素的影響下使用周期不等，一般情況下，一臺鉆井泵一年需更換1塊整體式耐磨盤，有時也會出現(xiàn)3～4個月更換1次的情況。鉆井施工中一旦耐磨盤刺壞，必須進(jìn)行整體更換，更換時間至少在4小時以上，如果耐磨盤長期未拆卸，因泥漿填充、腐蝕以及螺栓銹蝕等因素影響，更換時間長達(dá)6-8小時。川東鉆探公司鉆井隊(duì)使用的鉆井泵每年現(xiàn)場更換的耐磨盤數(shù)量為50～60塊，拆卸更換總時間需要300～480小時（12.8～20天）。

更換整體式耐磨盤耗時過長的主要因素有：

（1）拆卸部件多

更換耐磨盤時，需要依次拆出缸套壓蓋、缸套、缸套法蘭螺栓、缸套法蘭、缸套密封圈、耐磨盤，由于操作空間受限，正常情況下更換耐磨盤需要大約4小時。

（2）缸套法蘭螺栓的銹蝕程度

在石油開采過程中，因鉆井泵冷卻水及泥漿的長期侵蝕，缸套法蘭螺栓非常容易銹蝕，造成拆卸困難，多數(shù)情況下，拆卸螺栓的時間占據(jù)了更換耐磨盤總時間的一半以上。

（3）泥漿沉積等因素造成耐磨盤與閥箱粘接

少量的泥漿滲入耐磨盤與閥箱間隙后，耐磨盤與閥箱容易發(fā)生粘接，雖然耐磨盤上設(shè)計了頂絲孔，但通常情況下，取出耐磨盤仍然很困難。

3 分體式耐磨盤技術(shù)改進(jìn)方案

3.1 技術(shù)改進(jìn)目標(biāo)

由于整體式耐磨盤存在上述需解決的問題，改進(jìn)后的分體式耐磨盤應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）保證耐磨盤與缸套及閥箱實(shí)現(xiàn)有效密封;

（2）減少更換耐磨盤時拆卸的部件數(shù)量;

（3）減輕因泥漿沉積而導(dǎo)致的耐磨盤與閥箱的粘接程度。

3.2分體式耐磨盤的主要特點(diǎn)

（1）分體式耐磨盤密封環(huán)保留了原設(shè)計密封結(jié)構(gòu)，通過缸套壓蓋的緊固，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)的固定和密封。

（2）分體式耐磨盤法蘭及缸套法蘭通過螺栓與閥箱連接成一個整體，當(dāng)密封環(huán)刺壞時，直接將缸套拆出后即可取出密封環(huán)，相比整體式耐磨盤的更換更加簡單和迅速。

3.3 分體式耐磨盤結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)鉆井泵耐磨盤的工作原理將整體式耐磨盤“一分為二”，設(shè)計為耐磨盤法蘭及密封環(huán)兩部分結(jié)構(gòu)，分別通過耐磨盤法蘭實(shí)現(xiàn)缸套法蘭與閥箱的連接、通密封環(huán)實(shí)現(xiàn)缸套與閥箱間的過渡密封、通過間隙配合（0.35～0.45mm）實(shí)現(xiàn)耐磨盤法蘭與密封環(huán)之間連接，形成分體式耐磨盤的整體結(jié)構(gòu)。

除此之外，還對分體式耐磨盤密封環(huán)外邊緣加工成3mm×6mm的倒角，減少了與泥漿粘接的面積，同時設(shè)計有頂絲孔，密封環(huán)更容易取出。

通過分體式耐磨盤的改進(jìn)，密封環(huán)刺壞后只需將缸套壓蓋、缸套拆卸后即可用頂絲將密封環(huán)取出，該結(jié)構(gòu)節(jié)省了拆卸缸套法蘭螺栓及整體式耐磨盤的時間，同時密封環(huán)更易取出。一般情況下，分體式耐磨盤密封環(huán)的更換時間可控制在2小時左右。

4 分體式耐磨盤試用效果

經(jīng)調(diào)研，分體式耐磨盤已在川渝地區(qū)部分鉆井隊(duì)試用，同時川東鉆探公司已在多臺F2200鉆井泵上作上述技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)場試用情況良好。經(jīng)過改進(jìn)的分體式耐磨盤既可保證有效密封，同時更換耐磨盤密封環(huán)時方便快捷，為確保鉆井生產(chǎn)提速增效作出有效貢獻(xiàn)。

5 推廣應(yīng)用分體式耐磨盤的經(jīng)濟(jì)效益評價

（1）有效節(jié)約更換耐磨盤的時間，提高鉆井作業(yè)時效，降低維修人員勞動強(qiáng)度。通常情況下，更換整體式耐磨盤需要4～8小時，改進(jìn)為分體式耐磨盤后，更換時間僅需1.5～2小時，以川東鉆探公司配備的鉆井泵每年現(xiàn)場更換耐磨盤50～60塊計算，可節(jié)約耐磨盤更換總時間200～380小時（8.3～15.8天），有效縮短鉆井泵的維修時間，提高鉆井作業(yè)時效。

（2）有效降低維修人員的勞動強(qiáng)度及高壓區(qū)域作業(yè)帶來的安全風(fēng)險。更換分體式耐磨盤密封環(huán)時拆卸的部件少，方便快捷，同時縮短了操作人員在高壓區(qū)域的作業(yè)時間，降低現(xiàn)場作業(yè)安全風(fēng)險。

6 結(jié)論

通過調(diào)研鉆井泵耐磨盤現(xiàn)場使用情況，分析耐磨盤更換耗時過長的原因，在F2200鉆井泵上采用分體式耐磨盤，并得到了以下結(jié)果：

（1）對分體式耐磨盤進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，在密封環(huán)外邊緣加工成3mm×6mm的倒角，有效減少了與泥漿粘接的面積;

（2）設(shè)計有六個頂絲孔，密封環(huán)更容易取出，保留了原密封結(jié)構(gòu)，同時更換密封環(huán)時拆卸的部件較少，大大縮短更換時間。

（3）經(jīng)現(xiàn)場試用效果良好，可有效降低維修人員勞動強(qiáng)度，提高鉆井作業(yè)時效，降低高壓區(qū)域作業(yè)安全風(fēng)險，對鉆井泵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和研發(fā)具有重要意義。