淺談鉆井泵提速方案配置優選

卜云祥

摘 要 隨著中石化中油工程“激進”鉆井工作的全面推進，對鉆井裝備能力提出了更高的要求。鉆井泵設備的合理匹配和使用也越來越受到各方的關注。高壓鉆井泵作為關鍵提速設備的關鍵部件，已成為行業共識，甚至成為新型鉆機的標準配置。基于此，本文結合現場實例，分析了3000型鉆井泵和2200型鉆井泵，在投資效益、運行成本、調劑共享、運輸性能等方面的優缺點，得出3000型直驅泵組配置實施多臺鉆機共享、雙開大負荷專用方式是當前鉆機升級改造的最佳泵速配置方案。

關鍵詞 鉆井泵;提速;配置;優選

引言

鉆井泵作為鉆機的“心臟”，在發展過程中受到了廣泛的關注，其技術也在發展過程中逐步優化。在油氣開采中，鉆井泵起著十分關鍵的作用，通過對鉆井泵的合理選擇，使井底鉆具保持更理想的作業狀態，有效提高作業效率，延長鉆具使用壽命，確保油氣開采效率的不斷提升。近幾年，國家加大對地表深層和深海油氣的開采，應用性能匹配的鉆井泵，可以充分發揮其最大價值。

1技術分析

以塔里木油田某油田典型鉆井參數大北305井（井深7515m）為例，最大排量出現在一開，排量高達76L/s;最大負載發生在二開時，功率為1800千瓦（2450HP）;最高泵壓出現在三開，達到30MPa。該井由塔里木鉆井公司X組完成，配備1臺220kW（3000HP）5缸鉆井泵組和2臺1176kW（1600HP）高壓泵。施工主要采用3000kW鉆井泵，實現了單泵在第一、二、三開口段的大排量、高泵壓連續鉆井。在此期間，兩臺1600鉆井泵作為備用。

根據實際工程施工情況，從一開到三開，不管是1600還是2200鉆井泵，都需要使用2臺機組可滿足運行要求。此時，鉆井泵的問題不是缺乏高泵壓工況下保持大排量的能力，而是缺乏高泵壓的運行能力，因此只能依靠啟動多臺鉆井泵來彌補。所反映的問題是鉆井泵單次輸出功率配置不足。1600泵與2200、3000等大功率鉆井泵最大的區別是大直徑缸套的耐壓能力，如170mm缸套，1600鉆井泵僅為25.8mpa，而3000鉆井泵為30.3mpa，相差4.5mpa。

實踐證明，大功率鉆井泵在鉆井提速中的作用更加突出，因此有必要對大功率鉆井泵進行合理的優化匹配，才能為加快鉆井提供有效的支撐[1]。

2選型優化

目前大功率泵的選擇有兩種選擇，一種是選擇2200鉆井泵，另一種是選擇3000鉆井泵，下面從四個方面進行優化分析。

（1）投資效率。2200鉆井泵相比于3000鉆井泵配置數量比為2︰1，必須配置獨立的電氣控制系統。1套3000鉆井泵電控系統投資約700萬元，2臺2200鉆井泵組電控系統投資900萬元，2臺2200鉆井泵組電控系統投資要比一臺3000鉆井泵電控系統投資多200萬元，投資效益相對較差。

（2）運營成本。一臺3000臺鉆井泵運行能耗比2200臺鉆井泵能耗低約10%，泵附件更換頻率和更換時間降低50%。因此，單泵運行3000臺鉆井泵的成本更經濟、時效也更高。

（3）調節共享。配備3000直驅泵組，可進行多臺鉆臺共享和雙開高負荷專用模式，機動性強。但是2200的鉆井泵組需要與鉆機相對固定，很難實現共享。導致原鉆機2臺1600鉆井泵電控系統閑置，造成了很大的浪費。

（4）移運性能。目前有2200臺鉆井泵為三缸泵，其體積和重量與3000臺鉆井泵基本相同，重量接近60t，運輸和提升條件基本一致。

基于以上分析，目前的3000鉆井組比2200鉆井泵組更適合電動鉆機的升級改造。以塔里木油田某油田鉆井參數為例，分析1600鉆井泵、2200和3000大功率鉆井泵在配置上的合理性。

大功率鉆井泵是今后石油裝備提速的發展方向，配置3000直驅泵組，推行多部鉆機共享和二開大負荷專打的模式，是目前鉆機升級改造的最佳機泵提速配置方案[2]。

3鉆井泵今后發展趨勢

今后，隨著陸地和淺海油氣資源日益受到重視，成為開發的主要對象。然而，面對資源的日益枯竭，各國開始關注合理技術的采用，并將注意力轉向深海油氣的開發和利用。對實際應用的鉆井泵技術進行了改進，加大了研究開發力度。由于海上作業難度大，環境因素影響深遠，目前的鉆井泵無法達到理想的標準。在實驗研究階段，可以使用五缸泵。以其優異的性能，成為鉆井泵未來的發展目標。依照具體的工作表現，這種五缸泵在性能進行了優化。重點表現在體積方面：五缸泵和三缸泵的功率是一樣的，但是五缸泵的體積更小，質量上得到了有效的縮減，可以為海洋鉆井平臺適當地節省空間，保證泵的可移動性穩步提升。另外，排量不均勻性：通過對五缸泵和三缸泵的對比分析，五缸泵的排量不均勻性明顯小于三缸泵，僅占三缸泵的35%。這證明了五缸泵是一項非常可行的研發成果，具有明顯的開發價值，但五缸泵也有其自身的缺點，易損件數量較大。

目前，國內外鉆井泵多采用鏈條和皮帶傳動方式，實際效率低，結構尺寸大，將對海上鉆井的發展產生不利影響。新型直驅鉆井泵可以借助電機完成有效實現動力傳輸，并及時將動力傳遞給泥漿泵，從而消除中間傳動損耗，保證曲軸應力得到有效緩解。與傳統鉆井泵相比，直驅鉆井泵具有更加明顯的優勢，不僅可以適當減質量，而且體積小、傳動效率高、制造成本相對較低。泵體結構逐步改進，并進行了較為合理的優化，改變了殼體的受力情況，泵的可移動性明顯提高。直接驅動鉆井泵在實際使用中優勢明顯，其傳動性能優良，但是安裝較為嚴格，必須合理控制安裝精度。面對石油技術的革新，直驅鉆井泵具有良好的發展前景[3]。

4結束語

總之，在油氣開采中，鉆井泵起著十分關鍵的作用。隨著油氣開采難度的不斷增加，需考慮科學合理的研發成果，以新技術和新工藝為出發點，制造出符合國內外鉆井需要的新型設備，以此達到理想的應用。

參考文獻

[1] 李炯，王瑜，周琴，等.環境取樣鉆機的關鍵技術及發展趨勢研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019（9）：81-87.

[2] 余海波.優化流程 精細管理 提高鉆機搬家速度[J].中國石油和化工標準與量，2016（22）：63-64，67.

[3] 曾興昌，宋志剛，黃悅華，等.大功率鉆井泵發展現狀與應用[J].石油礦場機械，2014，43（9）：56-59.