奔馳雙機雙泵水泥固井車可靠性影響因素及改進措施

廖大林，王獻輝，王鳳英，李要民，陳　欣，李滿江，張衛(wèi)平，王希軍（.河南信宇石油機械制造股份有限公司，河南　濮陽57006；.川慶鉆探長慶鉆井總公司，西安7008；.西部鉆探準東鉆井公司，新疆阜康85；.渤海鉆探工程有限公司　裝備處，天津0057）

奔馳雙機雙泵水泥固井車可靠性影響因素及改進措施

廖大林1，王獻輝1，王鳳英1，李要民1，陳欣1，李滿江2，張衛(wèi)平3，王希軍4
（1.河南信宇石油機械制造股份有限公司，河南濮陽457006；2.川慶鉆探長慶鉆井總公司，西安710018；3.西部鉆探準東鉆井公司，新疆阜康831511；4.渤海鉆探工程有限公司裝備處，天津300457）

針對奔馳雙機雙泵水泥固井車使用中存在的問題，分析了影響因素，提出了改造方案。通過設計和改進，克服了該車存在的缺陷，恢復了使用性能。現(xiàn)場應用表明，該車完全滿足實際生產(chǎn)需求，大幅提高了可靠性，對油田在用的特種車輛、工程機械的改造維護提供參考。

水泥固井車；可靠性；影響因素；改進

4　要點分析

自升式鉆井平臺升降基礎(chǔ)的合攏安裝是平臺建造的重點和難點，其工作要點如下：

1）升降基礎(chǔ)為平臺大型設備，合攏時要指定專門的安全預案，要具備良好的安全設施，可靠的吊裝設備，避免磕碰和墜落事件的發(fā)生。

2）合攏前的準備與檢查十分重要，影響升降鎖緊基礎(chǔ)焊后變形的船體大型結(jié)構(gòu)要提前焊接完成。船體整體水平要提前檢驗通過。

3）合攏前的劃線工作要求準確，工藝文件要齊全，現(xiàn)場檢查要細致。合攏劃線非常重要，要嚴格按照圖紙進行劃線，劃線范圍內(nèi)不能有遮擋物，要有樣沖眼，不能輕易被抹掉。

5）升降基礎(chǔ)上的基準，側(cè)面垂直腰線、水平腰線、前后正面中心線、要預制準，標記清晰。以備合攏時使用方便。

6）清理一切影響合攏工作的設施、按照劃線切割加工余量、完成開輻工作。

7）基礎(chǔ)的合攏會形成密閉艙室，在焊接、檢查、監(jiān)測等過程中、要按照艙室作業(yè)的要求保證通風、照明良好的前提下進行工作。

8）每個圍阱的3個基礎(chǔ)定位完畢后，對3個基礎(chǔ)進行尺寸檢測，每個基礎(chǔ)相對其它誤差不能過大，焊接在檢測完畢后進行。

9）預留焊接收縮量，保證焊后尺寸。

10）標記焊縫焊接次序，減少焊接變形。

11）在焊接過程中，加強尺寸監(jiān)測工作，根據(jù)焊接變形的具體情況調(diào)節(jié)焊接方案，保證焊后的關(guān)鍵尺寸不超差。

12）焊接過程要嚴格遵守WPS，并注意焊前預熱與焊后保溫，焊接質(zhì)量的好壞會直接影響到平臺的升降情況，這一點對于自升式鉆井平臺的建造至關(guān)重要。

［1］彭洪軍，吳建，劉陽.海上自升式平臺電動升降裝置的研究［J］.東北電力大學學報，2007，4（5）：79-83.

［2］蒙占彬，曹宇光，張士華.自升式平臺齒輪齒條升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計［J］.機械設計與制造，2013，11（3）：33-35.

［3］徐曉平，付鵬，羊字軍，等.自升式鉆井平臺升降系統(tǒng)安裝精度控制［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2012（4）：389-392.

［4］王剛，孟祥偉，彭曼，等.自升式平臺支撐升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計與分析［J］.機械設計，2011，7（5）：42-46.

［5］中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范［S］.2012.

［6］中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范［S］.2005.

中原油田固井公司一輛奔馳雙機雙泵水泥固井車是某公司2005年設計制造的，當時出廠價值人民幣近千萬元，投產(chǎn)后服役于中原、西南和新疆油田市場。隨著使用時間的推移，部分配件的老化、設備操作人員的更迭，設備本身設計制造存在的缺陷，使該車故障不斷，可靠性降低，2013年下半年已無法正常使用，調(diào)回中原油田基地進行技術(shù)改造。

1　原車存在的主要問題

1）低壓管匯設計過于復雜，操作不當或者清洗不及時易造成低壓管匯堵塞。

2）三聯(lián)泵所處位置過于封閉，無法進行常規(guī)的維護保養(yǎng)。

3）泥漿泵和三聯(lián)泵的傳動軸過長，運轉(zhuǎn)時抖動嚴重，易造成斷軸、軸承損壞、固定螺栓松動等故障。

4）混漿池布置偏高，容積偏小，工作時水泥漿四處飛濺，影響操作工觀察泥漿液面。

5）高壓管匯設置在操作臺上，安全隱患大。

6）清水泵與灌注泵串聯(lián)在一根管線上，容易造成水泥倒流至清水泵內(nèi)，造成清水泵至混合器管匯堵塞。

7）傳動軸無防護罩，存在安全隱患。

8）混合器無分散筒，混拌水泥時粉塵霧霾大，看不清混漿池液面。

2　改進方案的設計與實施

2.1方案設計

將三聯(lián)泵移到駕駛室后側(cè)，改造低壓管匯、加裝泥漿泵安全閥。重新布置泥漿泵、離心泵、齒輪油箱、高壓管匯等一系列部件，全車大修。

2.2平衡計算

2.2.1縱向平衡分析

SPM泥漿泵與混漿池互換，不影響車輛平穩(wěn)性，因為SPM泥漿泵質(zhì)量略重于混漿池，稍重的物體向車輛總重心靠近，更有利于平衡。

2.2.2橫向平衡分析

橫向設備未有大的變動，故平衡仍與原平衡相同。三聯(lián)液壓泵從中間位置移出，仍沿車輛軸線前移，橫向重心沒有左右偏移。

2.2.3變動情況和增減力矩計算［1］

根據(jù)受力分析可計算出各裝置重力對車輛重心線的力矩，其公式為

M=WL

式中：M為力矩，N·m；W為重力，N；L為距離，m。

1）右SPM泥漿泵前移1.5 m，其力矩

M1=22 400×1.5=33 600 N·m（前移）

2）將齒輪油箱從車后左邊移到右邊，向前移動1.2 m。其力矩

M2=4 400×1.2=5 280 N·m（前移）

3）三聯(lián)泵向前移動2 m，其力矩

M3=3 500×2=7 000 N·m（前移）

4）混漿池由原來的右邊位置向后移動3 m至車尾，其力矩

M4=8 200×3=24 600 N·m（后移）

5）增壓泵由原來位置向后移4 m至車尾，其力矩

M5=2 700×4=10 800 N·m（后移）

6）混漿泵從右邊移動1.2 m至左邊車尾，其力矩

M6=2 700×1.2=3 240 N·m（后移）

7）清水泵后移0.7 m，其力矩

M7=2 700×0.7=1 890 N·m（后移）

總體：前移總和M1+M2+M3=45 800N·m，后移總和M4+M5+M6+M7=40530N·m，重心在車輛中橋和后橋之間，未向車尾后移，故可行。

2.3技改措施

1）拆檢前對技改處全方位拍照以備后用。拆卸前對各系統(tǒng)分別做上記號，做好拆卸順序的記錄，安裝時按反程序進行。

2）液壓系統(tǒng)高壓膠管和接頭都要檢查，損壞的需要更換。

3）不得在大梁上開槽打孔，以免影響大梁的強度及承載能力和整車的安全性能［2］。

4）管線除通向壓力表的管線需要轉(zhuǎn)彎起緩沖作用的之外，其余管線盡量縮短，避免過多的交叉迂回。

5）安全閥及各類閥門配制，注意通徑壓力，規(guī)格型號與SPM泵的壓力匹配。

6）所有液壓管線安裝前均需要用壓縮空氣或氮氣進行吹掃，防止堵塞。

7）清除舊管線管壁殘余水泥結(jié)塊，保證管道100%的流通截面。

2.4主要節(jié)點

1）為了縮短管線和傳動軸的長度，便于維修，把右側(cè)（面向車頭）后邊的SPM泥漿泵與混漿池位置互換，左邊的SPM泥漿泵維持原位。

2）將混漿池移到車尾，高度適當減低，長度寬度增加，在原來的基礎(chǔ)上容量加大。

3）將原在2臺發(fā)動機、2臺變矩器中間的三聯(lián)泵移出，安裝到駕駛室后邊大梁的空位上，縮短傳動軸長度。

4）將操作平臺擴大，重新制作操作臺，將儀表盤上現(xiàn)有的不合格儀表全部更換，并將原來的電控開關(guān)改成氣控開關(guān)。

5）高壓管匯從操作臺上面移至副大梁上，向后延至車尾混漿池兩側(cè)與車尾高壓管匯連接。

6）為了安全起見，在SPM泥漿泵和高壓管線上加裝安全閥，安裝在SPM泥漿泵出口管線上，安全閥出口通往混漿池。

7）更新混合器，混合器分散筒重新制作，加裝排氣管，檢修清水閥門。

8）低壓管匯重新布置。

9）氣液路重新布置。

2.5難點與重點

1）原有的數(shù)據(jù)采集傳感器大部分失效或失準。按要求重新選配計算機控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)泵壓、排量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油溫、油壓等基本參數(shù)的可視化，并預備了密度計接口。

2）液壓系統(tǒng)中的液壓管線、元器件的重新布局和調(diào)試。將三聯(lián)泵移至駕駛室后側(cè)，原液壓管線全部無法使用，更換全部的液壓管線，隨著位置的變化，所有的液壓調(diào)節(jié)全部重置。液壓管線試壓50 MPa，穩(wěn)壓，不刺漏方可安裝［3］。

3）高低壓管匯布置。原有管線過于復雜，施工過程中流程倒錯或閥門失效、沖洗不充分，都可能造成管線堵塞。本次改造過程中，盡量簡化流程，水柜出水管線通往SPM泥漿泵和清水泵，混漿池出漿管線分別通往SPM泥漿泵、灌注泵和循環(huán)泵，管線預留傾斜角度，便于殘液排空［4-5］。

4）底盤為奔馳車，油門控制非常復雜，7根線控制著油門的變化，同時和駕駛室腳踏油門互相制約。經(jīng)過不斷的試驗、測量，找出控制主線、復位線等，最終實現(xiàn)了2個按鍵就可實現(xiàn)油門的增減。

3　現(xiàn)場應用

在中原油田進行現(xiàn)場試車時，根據(jù)以下試驗方法和驗收規(guī)則，必須進行各8 h空載、負載運轉(zhuǎn)試驗，合格后方能出廠。

1）各密封處、接合處不得有漏油、滲油現(xiàn)象。

2）各種循環(huán)泵和灌注泵軸承溫升不超過40℃，油池溫升不超過15℃，且最高溫度不超過70℃。

3）全車運轉(zhuǎn)應平穩(wěn)，不得有沖擊、振動和不正常的響聲。

4）負載試驗時，距離固井車1 m處用聲級計A聲級測量整車噪聲，不得超過85 dBA

經(jīng)試驗，運行正常，混漿的速度和均勻度達到了預期。改進后的水泥固井車如圖1。

圖1　改進后的水泥固井車

在西南油氣田現(xiàn)場使用中，在進行堵漏劑的水泥漿配置時，循環(huán)泵和灌注泵的入口容易被堵塞，影響施工的正常進行。為解決這一問題，加大了濾網(wǎng)孔徑，在灌注泵和循環(huán)泵的出口加裝互通管路，便于反沖，解決了入口堵塞問題。2014-06-10，在西南油氣田累計行駛9 580 km，上井43次，使用情況良好，能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

4　結(jié)論

1）水泥固井車改進后，三聯(lián)液壓泵安裝在明處，有利于觀察和維修；軸系改短增加機械的安全性，延長了使用壽命；SPM泥漿泵向前移動使傳動軸縮短，減少了震動；混漿池位置的調(diào)整便于操作人員現(xiàn)場觀察混漿工作情況，并減少泥漿灑在車上，減少污染。

2）系統(tǒng)布局合理，安全性能提高，操作更方便，能確保人身及設備的安全。

3）通過該車的技改，舉一反三，可對油田在用的特種車輛、工程車輛的維修改造提供參考。

［1］單輝祖.材料力學教程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1985.

［2］張旭明，唐衛(wèi)軍.CPT-Y4型固井水泥車靜態(tài)強度分析及改進［J］.石油礦場機械，2012，41（9）：76-79.

［3］薛祖德.液壓傳動［M］.北京：高等教育出版社，1986.

［4］萬仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊［K］.北京：石油工業(yè)出版社，1997.

［5］楊成，任蘇朝，牛文錄，等.LTJ5100TQ6型蒸汽清蠟車技術(shù)改造［J］.石油礦場機械，2013，42（6）：67-69.

TE925.2

B

10.3969／j .issn.1001-3482.2015.12.023

1001-3482（2015）12-0085-03

2015-08-13

廖大林（1951-），男，江蘇鹽城人，教授級高級工程師，主要從事石油裝備技術(shù)研究，Email：liaodalin 26＠sina. com。