固井供水系統的研究與應用

楊愛紅 孫三軍 孫慧儒

（中石化河南石油工程有限公司鉆井公司，河南 南陽 473132）

一、撬裝固井供水系統的結構特點和主要部件的選型

1 結構特點

固井供水系統由清水泵、防爆電動機、聯軸器、電控蝶閥組、閘門組、防爆控制箱、水柜、管線和底座等組成。目前固井施工的兩種主力水泥車：①雙機雙泵奔馳水泥車，車輛型號GJC70-30，理論最高壓力70MPa，最高排量 3m3/min。②單機單泵北方奔馳水泥車，車輛型號GJC40—17，理論最高壓力40MPa，最高排量1.7m3/min。根據不同車型排量要求，設計制造兩種對應的供水系統：雙泵單罐組、單泵單罐組。

2 主要部件的選型

（1）清水泵

現有東風EQ1091E供水車采用臥式離心泵，型號IS100—65—250，該泵排量1.5m3/min，轉速2900r/min，揚程40m，功率30kW，該泵使用3″管線進行遠距離供水，在泵口出水壓力不大于0.8MPa時，單泵排量1.3m3/min，能夠滿足GJC40—17固井水泥車對需水量的要求，該泵優點是：體積小、重量輕、操作簡單。不足是：離心式水泵自吸能力差，需配置一個1.5m3水柜，操作人員需施工前充滿水以排除管道中的空氣。據此，橇裝固井供水系統選用自吸泵100ZX100—20，該泵排量1.5m3/min，揚程20m，吸程6m，轉速2900r/min，功率11kW，該泵能從4m高的水罐上直接吸入清水，無需加水，具有良好的自吸功能。該泵使用3″管線進行遠距離供水，在泵口出水壓力不大于0.5MPa時，單泵排量1.5m3/min，能夠滿足GJC40—17固井水泥車對需水量的要求。使用兩臺泵同時工作，額定轉速下，排量能夠滿足GJC70—30固井水泥車對需水量的要求。

（2）電動手動一體對夾式蝶閥

固井供水系統中，必須對水泵流量進行控制，以滿足水泥車在不同工況下的用水需求，目前有以下三種控制方法：

①變速箱控制

在EQ1091E型供水車中，離心式水泵從主車發動機上取力，通過傳動軸、變速箱、分動箱等機構將動力傳遞到離心式水泵，通過改變不同的檔位和油門位置來控制離心泵的輸入轉速，從而實現出口流量的控制。該種方法控制精確，但結構復雜，傳遞環節多，適用于車載系統。

②變頻控制

該系統主要由變頻電機和變頻柜組成。變頻柜對電源進行整流、逆變，輸出不同頻率的電源，通過變頻調速，實現對水泵流量的控制。該種方式控制精確、傳遞環節少、效率高、節能效果突出。但變頻柜體積大、價格貴，不宜頻繁搬移，不適宜野外井場作業，且若出現故障現場處理困難。

③閥門節流控制

控制清水泵流量最簡略的方法就是調節泵出口閥門的開度，而水泵轉速保持不變（一般為額定轉速）。閥門全開時，水泵實現額定流量。關小閥門時，管道局部阻力增加，相應流量減少；當關小閥門開度時，水泵本身能量不變，揚程不變。這種方法控制簡便，流量持續，適用于野外現場作業。

由以上分析本橇裝供水系統選用PSQ智能型電動手動一體對夾式蝶閥（上海萬迅儀表有限公司制造）。該蝶閥參數為：公稱通徑：￠80mm；動作范圍：0°～90°；公稱壓力：1.6MPa；基本誤差：±2.5%。主要特點有：

①配用PSQ智能型直行程電動執行器，體積小，重量輕，推力大，可靠性高。

②PSQ電動執行器具有自診斷功能，使用和調校方便。

③該控制系統和防爆控制箱制成一體，可實現遠距離控制，降低勞動強度。

④電控系統出現故障，可采用手動進行控制。

（3）防爆電機

YB2隔爆型三相異步電動機，額定電壓：380V；額定轉速：2900r/min；功率11kW；頻率：50Hz。

（4）防爆控制箱

控制電路采用標準防爆電路，防爆控制箱安裝倒順開關，以防不同井隊三相電源相序不同，通過倒順開關改變電源相序，確保電機正向旋轉。安裝漏電保護器；安裝緊急停止按鈕等。采用一機一閘一保護，做到防爆、防雨、防漏電。

二、現場應用

撬裝固井供水系統經過2014一年的固井施工使用，使用250井次，使用效果良好，提高了工作效率，節約成本最低20余萬元。

結論

（1）現場應用證明，固井供水系統減少了每次固井中一臺供水車或一臺AC-400型水泥車的使用，緩解了設備周轉壓力、降低了設備故障率和行車安全風險。

（2）固井供水系統采用電動機作為動力，故障率低，施工安全性高。

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]紀武瑜.石油機械基礎[M].北京：石油工業出版社，2010.