固井水泥車的發展趨勢

梁玉海

（中原工程有限公司固井公司，河南濮陽 457000）

固井水泥車的發展趨勢

梁玉海

（中原工程有限公司固井公司，河南濮陽 457000）

主要介紹了固井水泥車以及它的發展趨勢。

固井水泥車；現狀；發展趨勢

1 固井水泥車現狀

隨著大功率、高壓力、大排量、計算機控制自動混漿系統的GJC40-17單機單泵和GJC70-25GJC100-30雙機雙泵廣泛應用，江漢四機廠從20世紀80年代引進美國DS公司先進固井車，FMC公司高壓活動彎頭，SPM公司高壓管匯，國內技術實力較為雄厚的江漢四機廠同時學習消化和吸收了美國哈里伯頓水泥車的先進技術，并結合國內用戶需求相繼研制生產適合陸地、海洋、沙漠氣候環境的多種系列和特色產品，壓力從35～100MPa，排量從1 600～3 500L，平臺混漿工作方式從下灰、清水排量手動調節到到現在的電腦自動控制。隨著計算機硬件和軟件水平的不斷提高，自動控制水平使水泥漿的密度調節更加均勻和準確，保證了混漿質量，基本避免了混漿流體密度人為工操作難度大的弊病。水泥漿密度測量從最初的帶有放射性元素的密度顯示計取而代之的利用超聲波原理，更加環保和安全的便捷方式。現在使用的單機單泵和雙機雙泵都具備固井施工參數模擬功能，不用去施工現場，操作人員可根據現場數據輸入操控界面即可模擬現場固井作業。

2 固井水泥車研發的重心

1）固井設備技術升級：固井設備核心為三缸柱塞泵，受結構尺寸限制，泵的壓力、排量等參數已達到極限。隨著固井施工工藝的不斷改進，對泵的效率、體積、排量、壓力提出更高要求。同一種結構柱塞泵的排量主要由沖程、沖次決定了泵的容積效率。增大容積效率要從對泵閥結構、吸入、排出管匯流程、液力端容器腔內部構造開展基礎研究，模擬工況建立一套完整的三缸柱塞泵實驗設備，為理論模型提供可靠數據支撐，逐步對現有的柱塞泵腔型結構進行調整，采用高強度的新型材料，減輕泵的外型體積和重量，可使泵的排量進一步提升。

2）根據用戶的需求，國內擁有雄厚技術實力的廠家，不斷擴展固井泵產品系列：從美國DS公司引進PG泵和和PD泵技術，開發了600HP泵，直徑3”～4.5”，壓力45～100MPa，在功率范圍、和直徑系列結構形式方面還有廣闊空間。通過研發，使功率范圍范圍達到300～1 000HP，泵的工作壓力為45～140MPa，泵的柱塞直徑3”～5”。由于新疆順北區塊油氣超深井地層復雜情況的不斷出現，對固井作業施工壓力、排量、密度提出了更高要求。將助推大功率或者超大功率注水泥裝備的快速發展，研究開發五缸泵固井水泥車產品成為發展方向，柱塞直徑為3”～4”，沖次在300r/min情況下，泵壓力40～100MPa，排量達到1 500～2 800L。

3）隨著互聯網的廣泛應用，不斷提高人機控制系統技術水平。我們現在使用的雙機雙泵自動控制水平在國內也是領先的，設備配有水泥二次混漿系統，整機設備操作由電路系統、液壓系統、氣壓系統及機械傳動系統來實現，均集中在控制臺上，操作工一人操作即可完成。目前同類設備之間和不同設備協同施工配合非常關鍵，2臺或3臺水泥車同時施工，現場施工指揮主要靠無限對講機進行聯絡溝通，要實現專家和決策層對固井的遠程控制，必須建立一套指揮控制系統，應用互聯網技術將無限衛星通訊應用于固井作業數據無線傳輸，專家遠在千里之外就可以實現對固井現場施工作業的監控。

3 固井水泥車設備未來發展的動向

固井水泥車正在向大功率、多功能、智能化和系列化發展。隨著石油、天然氣、頁巖氣勘探開發難度的加大，固井技術要緊跟勘探開發的步伐，尤其是某些勘探開發區塊設計井深超過5 000～8 000m，屬于深井、超深井固井作業，以及超高壓氣井作業對固井作業時要求清水頂替壓力達到40～50MPa，排量超過2～2m3/min，持續作業時間超過5～8h。這將助推大功率或者超大功率固井水泥車的研發和使用。比如國內涪陵頁巖氣項目的開發，井深平均都在4 000m左右，（常規井替漿量小于1.4m3/min）；注水泥漿排量達到2m3/min以上，清水替漿壓力在30MPa，碰壓達到40MPa，尾管連續注灰時間在1個多小時，注灰壓力通常在20MPa左右。目前國內先進的固井泵主要以SPM泵和四機廠生產HTP600泵為代表的三缸柱塞泵，因受整體內部結構局限，承壓能力、排量上限等作業能力已達這種設備的最大極限，有必要開發適合涪陵頁巖氣固井施工特點的裝備，平臺輸入功率在1 000HP左右，額定壓力為70MPa的五缸泵、操作系統ACM-Ⅳ混漿系統與施工要求相匹配。

油田不同開發區塊，地層漏失程度不同，要求更寬的水泥漿密度調節范圍，因特殊區域地層在鉆井時出現易塌、易滲漏，水泥漿密度設計超低，要求設備要適合超低密度水泥漿混合控制要求，密度調節范圍在0.7～3.0g/mL，不同于常規注水泥設備。目前國內外廣泛應用的是液氮作為減輕劑填充入水泥漿。主要配套設備有：液氮輸出增壓系統、發泡劑混合裝置、泡沫水泥漿與液氮混合裝置、工藝參數操作控制系統等。

4 建立固井大數據庫

研制開發固井技術模擬軟件，整合固井數據實時采集平臺，為固井專家和決策者提供方便、快捷的固井施工指揮工具，提高固井應用互聯網和智能化管理水平。

隨著互聯網技術的應用與發展，固井設備成套和多功能集成情況下，各項數據傳輸非常容易實現，多臺固井設備的遠程控制智能化已經成為可能。

Development Trend of Cementing Cement Truck

Liang Yu-hai

This paper introduces the cementing vehicle and its development trend.

cementing cement vehicle；current situation；development trend

TE925.2

A

1003-6490（2017）12-0231-01

2017-10-15

梁玉海（1969—），男，河南濮陽人，工程師，主要從事裝備管理工作。