淺談鉆井泵提速方案配置優(yōu)選

卜云祥

摘 要 隨著中石化中油工程“激進(jìn)”鉆井工作的全面推進(jìn)，對(duì)鉆井裝備能力提出了更高的要求。鉆井泵設(shè)備的合理匹配和使用也越來越受到各方的關(guān)注。高壓鉆井泵作為關(guān)鍵提速設(shè)備的關(guān)鍵部件，已成為行業(yè)共識(shí)，甚至成為新型鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。基于此，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，分析了3000型鉆井泵和2200型鉆井泵，在投資效益、運(yùn)行成本、調(diào)劑共享、運(yùn)輸性能等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，得出3000型直驅(qū)泵組配置實(shí)施多臺(tái)鉆機(jī)共享、雙開大負(fù)荷專用方式是當(dāng)前鉆機(jī)升級(jí)改造的最佳泵速配置方案。

關(guān)鍵詞 鉆井泵;提速;配置;優(yōu)選

引言

鉆井泵作為鉆機(jī)的“心臟”，在發(fā)展過程中受到了廣泛的關(guān)注，其技術(shù)也在發(fā)展過程中逐步優(yōu)化。在油氣開采中，鉆井泵起著十分關(guān)鍵的作用，通過對(duì)鉆井泵的合理選擇，使井底鉆具保持更理想的作業(yè)狀態(tài)，有效提高作業(yè)效率，延長(zhǎng)鉆具使用壽命，確保油氣開采效率的不斷提升。近幾年，國(guó)家加大對(duì)地表深層和深海油氣的開采，應(yīng)用性能匹配的鉆井泵，可以充分發(fā)揮其最大價(jià)值。

1技術(shù)分析

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

根據(jù)實(shí)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(tái)機(jī)組可滿足運(yùn)行要求。此時(shí)，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(yùn)行能力，因此只能依靠啟動(dòng)多臺(tái)鉆井泵來彌補(bǔ)。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(qū)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(shí)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(duì)大功率鉆井泵進(jìn)行合理的優(yōu)化匹配，才能為加快鉆井提供有效的支撐[1]。

2選型優(yōu)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(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化分析。

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

（2）運(yùn)營(yíng)成本。一臺(tái)3000臺(tái)鉆井泵運(yùn)行能耗比2200臺(tái)鉆井泵能耗低約10%，泵附件更換頻率和更換時(shí)間降低50%。因此，單泵運(yùn)行3000臺(tái)鉆井泵的成本更經(jīng)濟(jì)、時(shí)效也更高。

（3）調(diào)節(jié)共享。配備3000直驅(qū)泵組，可進(jìn)行多臺(tái)鉆臺(tái)共享和雙開高負(fù)荷專用模式，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。但是2200的鉆井泵組需要與鉆機(jī)相對(duì)固定，很難實(shí)現(xiàn)共享。導(dǎo)致原鉆機(jī)2臺(tái)1600鉆井泵電控系統(tǒng)閑置，造成了很大的浪費(fèi)。

（4）移運(yùn)性能。目前有2200臺(tái)鉆井泵為三缸泵，其體積和重量與3000臺(tái)鉆井泵基本相同，重量接近60t，運(yùn)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(dòng)鉆機(jī)的升級(jí)改造。以塔里木油田某油田鉆井參數(shù)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(fā)展方向，配置3000直驅(qū)泵組，推行多部鉆機(jī)共享和二開大負(fù)荷專打的模式，是目前鉆機(jī)升級(jí)改造的最佳機(jī)泵提速配置方案[2]。

3鉆井泵今后發(fā)展趨勢(shì)

今后，隨著陸地和淺海油氣資源日益受到重視，成為開發(fā)的主要對(duì)象。然而，面對(duì)資源的日益枯竭，各國(guó)開始關(guān)注合理技術(shù)的采用，并將注意力轉(zhuǎn)向深海油氣的開發(fā)和利用。對(duì)實(shí)際應(yīng)用的鉆井泵技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，加大了研究開發(fā)力度。由于海上作業(yè)難度大，環(huán)境因素影響深遠(yuǎn)，目前的鉆井泵無法達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)研究階段，可以使用五缸泵。以其優(yōu)異的性能，成為鉆井泵未來的發(fā)展目標(biāo)。依照具體的工作表現(xiàn)，這種五缸泵在性能進(jìn)行了優(yōu)化。重點(diǎn)表現(xiàn)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(zhì)量上得到了有效的縮減，可以為海洋鉆井平臺(tái)適當(dāng)?shù)毓?jié)省空間，保證泵的可移動(dòng)性穩(wěn)步提升。另外，排量不均勻性：通過對(duì)五缸泵和三缸泵的對(duì)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(xiàng)非?？尚械难邪l(fā)成果，具有明顯的開發(fā)價(jià)值，但五缸泵也有其自身的缺點(diǎn)，易損件數(shù)量較大。

目前，國(guó)內(nèi)外鉆井泵多采用鏈條和皮帶傳動(dòng)方式，實(shí)際效率低，結(jié)構(gòu)尺寸大，將對(duì)海上鉆井的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。新型直驅(qū)鉆井泵可以借助電機(jī)完成有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，并及時(shí)將動(dòng)力傳遞給泥漿泵，從而消除中間傳動(dòng)損耗，保證曲軸應(yīng)力得到有效緩解。與傳統(tǒng)鉆井泵相比，直驅(qū)鉆井泵具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅可以適當(dāng)減質(zhì)量，而且體積小、傳動(dòng)效率高、制造成本相對(duì)較低。泵體結(jié)構(gòu)逐步改進(jìn)，并進(jìn)行了較為合理的優(yōu)化，改變了殼體的受力情況，泵的可移動(dòng)性明顯提高。直接驅(qū)動(dòng)鉆井泵在實(shí)際使用中優(yōu)勢(shì)明顯，其傳動(dòng)性能優(yōu)良，但是安裝較為嚴(yán)格，必須合理控制安裝精度。面對(duì)石油技術(shù)的革新，直驅(qū)鉆井泵具有良好的發(fā)展前景[3]。

4結(jié)束語

總之，在油氣開采中，鉆井泵起著十分關(guān)鍵的作用。隨著油氣開采難度的不斷增加，需考慮科學(xué)合理的研發(fā)成果，以新技術(shù)和新工藝為出發(fā)點(diǎn)，制造出符合國(guó)內(nèi)外鉆井需要的新型設(shè)備，以此達(dá)到理想的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李炯，王瑜，周琴，等.環(huán)境取樣鉆機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019（9）：81-87.

[2] 余海波.優(yōu)化流程 精細(xì)管理 提高鉆機(jī)搬家速度[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與量，2016（22）：63-64，67.

[3] 曾興昌，宋志剛，黃悅?cè)A，等.大功率鉆井泵發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，43（9）：56-59.