設置有t型泵頭的鑽井泵及其增壓方法
2023-06-22 11:13:41
專利名稱：設置有t型泵頭的鑽井泵及其增壓方法
技術領域：
本發明涉及一種設置有T型泵頭的鑽井泵及其增壓方法。
背景技術：
往復泵在石油工業中的應用很廣泛，石油礦場上常需要在高壓下輸送高粘度、大比重和高含沙量的液體，而流量相對不大，從各種泵的工作特點對比中表明，往復泵比較適用於這種情況。往復泵在鑽井時用作循環泥漿和注入固井水泥。在採油時，用作原油輸送、洗井、注水及地層壓裂。抽油設備中的深井泵也是一種特殊結構的往復泵。所以，往復泵是石油通用的和關鍵的設備之一。根據泵的結構特徵和作用的不同，可分為三個基本類型。(I)容積式泵:依靠包容液體的密封工作空間周期性的變化，把能量周期性地傳遞給液體，使液體的壓力增加到將液體強行排出。(2)葉輪式泵:依靠旋轉的葉輪對液體的動力作用，把能量連續地傳遞給液體，使液體的速度能和壓力能的能量增加，隨後通過壓出室將大部分速度能轉換為壓力能。其他類型泵。隨著鑽採深度的增加，對鑽機以及與其相配套的其它設備要求越來越高。目前國內外鑽井泵結構按高壓吸入閥與排出閥的位置可以劃分為三種:一是吸入閥與排出閥都安裝在閥箱內，且兩閥處於同一軸線上，與缸套的軸線垂直。此類閥箱叫I型。二是一閥安裝在閥箱內，一閥安裝在閥箱外，且兩閥與缸套的軸線垂直。此類閥箱叫L型。三是吸入閥與排出閥安裝位置的軸線相互垂直，且吸入閥與缸套處於同一軸線上，構成T字型液流通道。利用鑽井泵鑽井已有100多年的歷史。在這100多年中鑽井泵不斷改進不斷發展。鑽井泵的發展歷史以1901年美國德克薩斯州的Spindletop鑽出的336m深的有商業價值的石油井為起點。這也是近代油氣井旋轉鑽井史的起點。當時，鑽井使用的鑽井泵是雙缸雙作用活塞式蒸汽泵，泵壓為17.3X105Pa。這種泵不是專門為泥漿泵設計的，而是一般的供水泵。1917年生產的蒸汽泵已經是專門設計的鑽井泵了。這種泵的泵頭即是今天雙缸雙作用鑽井泵液力端的雛型。其主要不同之點在於當時的泵閥還是平板閥。這種泵一直使用到30年代。蒸汽泵的動力來自鍋爐產生的蒸汽。但在礦場，鍋爐的使用和運輸都不方便。因此，蒸汽鑽井泵逐漸被內燃機驅動的機動泵所代替。在二十世紀三十年代中最大的雙缸雙作用機動泵為1926年生產的。其活塞直徑為170mm，衝程為457mm，功率為110_147Kw，最高泵壓可達(100-125) X 105Pa。這種泵的設計和現在的雙缸雙作用泵已經相當接近了。其液力端已經使用了錐形閥，傳動端內有斜齒的減速齒輪、偏心軸、連杆和十字頭，採用了密閉的飛濺潤滑，液力端排出管裝有空氣包。但連杆大端還使用滑動軸承。到30年代中期，由於泵的載荷越來越大，鑽井泵才採用了全滾動軸承設計。但當時沒有大直徑的滾動軸承，所以主軸多採用懸臂式曲拐軸方案，連杆大端的滾動軸承內圈定在曲拐銷上。
隨著鑽井井深的增加和套管層次的增多，對鑽井泵的排量和泵壓提出了愈來愈高的要求。二戰後，泥漿性能有所改進，同時開展了噴射鑽井技術的研究和發展工作。這時鑽井作業者主要要求提高泵壓。從40年代末到50年代中期，噴射鑽井的研究和實踐提出了150-210X105Pa的泵壓要求。40年代末鑽井泵的功率，達到了 600Kw。同時，大部分公司把泵的最大衝程長度降回到457mm(18in)。50年代雙缸泵隨著泵功率的急劇加大，泵的重量和外形尺寸也隨之增加。為減輕泵重，當時在雙缸泵的設計上較大的改進是以鋼代鐵和減小泵寬。以鋼代鐵是用鋼板焊接的泵殼，並將一些零件改用優質合金製造；減小泵寬是應用大直徑的滾動軸承作連杆大端支承，拚棄懸臂曲拐軸的方案而採用兩端簡支的偏心輪軸設計。這樣，兩缸中心距明顯縮小。60年代初，急需設計和製造一種泵壓能適應噴射鑽井工藝要求，同時體積小、重量輕，能滿足當時海洋、沙漠鑽井的安裝運輸條件的鑽井泵。各公司都作了大量的研究工作。其中目標比較集中的是將用於固井壓裂的三缸柱塞泵改型為鑽井泵，因為它正好能滿足上述要求。在研製的開始階段，問題仍然發生在機械能轉換為液體壓力能的為邊界面上一在泥漿介質中柱塞及柱塞密封的壽命過低。在這時，一組「單作用活塞-敞口缸套-噴淋水」的設計起了關鍵的作用。它使鑽井泵史上代表一個新時代——三缸單作用活塞式鑽井泵的誕生。與雙缸雙作用泵相比，三缸單作用泵具有體積小、重量輕、效率高、流量均勻、壓力波動小以及拆裝維修方便；由於三缸單作用泵，曲柄互成120°，動力端受力均勻。排量係數為0.141，小於雙缸和四缸單作用泵，排量均勻，並且有結構簡單等優點。在廣泛的應用中顯示出良好的經濟效益，已經在國內外的深井鑽進中逐漸取代雙缸雙作用泵。經過30年代至80年代幾十年的發展，國內生產的鑽井泵與國外同為臥式三缸單作用往復式活塞泵，基本參數和結構與美國National Oilwell公司相近。泵的產品系列為500HP、800HP、1000ΗΡ、1300HP、1600HP、2000HP，其中 1600HP 鑽井泵是目前國內鑽井泵中功率最大的一種泵型。主要生產廠家有蘭石國民油井設備有限公司(以下簡稱「蘭石」)、寶雞石油機械有限責任公司(以下簡稱「寶石」)、益都石油機械廠等。90年代國內蘭石和寶石生產鑽井泵的整體技術水平與美國National Oilwell公司很接近，但大功率的2200HP鑽井泵目前在國內仍為空白。國產泵在結構和技術參數、製造質量等方面均存在各自的優缺點。其中，寶石廠生產的F系列泵的優點是結構和技術參數較先進合理，與美國Emsco公司相近，製造工藝先進，質量較好。蘭石泵的優點是液力端密封可靠性較高，壽命較長，在油田使用效果較好；缺點是動力端結構繁複。21世紀初期我國鑽井泵的研究已經取得了很大的進展，現已開發出F-2200HL鑽井泵，產品遠銷加拿大等國。總體上我國目前仍然存在鑽井泵閥體、活塞等易損件壽命低的問題，對於液壓鑽井泵還需要加大開發力度。現有的泵頭的布置通常有三種，I型直通式布置方案有利於液缸的吸入。但對於高速三缸泵，吸入充滿問題，比較突出，且不方便維修。L型布置方案可使液流比較平穩，減少振動與壓力波動。且吸入閥可以單獨拆卸，便於維修。T型布置方案，結構優點如下:(I)泵頭結構比較緊湊，取消了吸入室，其體積和質量均減少25% -30% ； (2)易於加工製造，便於探傷和檢查，可確保泵頭產品的質量；(3)水平吸入泥漿，泵頭液缸內餘隙容積較小，提高了鑽井泵的吸入效率和容積效率；(4)液流平穩，減少了壓力的波動和振動，減少鑽井泵衝擊載荷；(5)更換吸入閥非常方便，節省時間，拆裝更換的工作量較少。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種設置有T型泵頭的鑽井泵，該設置有T型泵頭的鑽井泵結構比較緊湊，取消了吸入室，其體積和質量均減少25% -30% ;易於加工製造，便於探傷和檢查，可確保泵頭產品的質量；水平吸入泥漿，泵頭液缸內餘隙容積較小，提高了鑽井泵的吸入效率和容積效率；液流平穩，減少了壓力的波動和振動，減少鑽井泵衝擊載荷；更換吸入閥非常方便，節省時間，拆裝更換的工作量較少。本發明的另一目的是提供了一種基於上述鑽井泵的增壓方法。本發明的目的通過下述技術方案實現:設置有T型泵頭的鑽井泵，主要由殼體、安裝在殼體上的排出液缸、與排出液缸)相連且內部相通的排出管、與排出液缸相連且內部相通的吸入液缸、以及與吸入液缸相連且內部相通的吸入管構成，所述殼體的內部安裝有與排出液缸相通的活塞裝置。所述活塞裝置主要由與排出液缸相通的液壓缸、設置在液壓缸內部的活塞、以及安裝在活塞一端端面上的活塞杆構成。所述排出液缸的內部設置有排出閥。所述吸入液缸的內部設置有吸入閥。所述吸入管遠離吸入液缸的一端設置有吸入法蘭。所述吸入管通過快卸卡箍固定在吸入液缸上。基於上述鑽井泵的增壓方法，包括以下步驟:(a)首先，將吸入管安裝在吸入液缸上，並確保與其內部相通且接口密封；(b)然後開啟吸入閥和排出閥，並啟動活塞裝置；(C)通過活塞裝置的往返運動，將液體由吸入法蘭被吸入至吸入液缸，經吸入閥後進入排出液缸；(d)然後，通過活塞裝置的往返運動，從而對進入排出液缸的液體進行增壓；(e)增壓後的液體經排出閥後，最終從排出管排出。所述吸入管通過快卸卡箍安裝在吸入液缸上。所述活塞裝置主要由與排出液缸相通的液壓缸、設置在液壓缸內部的活塞、以及安裝在活塞一端端面上的活塞杆構成。所述活塞裝置通過電機驅動。 綜上所述，本發明的有益效果是:結構比較緊湊，取消了吸入室，其體積和質量均減少25% -30% ;易於加工製造，便於探傷和檢查，可確保泵頭產品的質量；水平吸入泥漿，泵頭液缸內餘隙容積較小，提高了鑽井泵的吸入效率和容積效率；液流平穩，減少了壓力的波動和振動，減少鑽井泵衝擊載荷；更換吸入閥非常方便，節省時間，拆裝更換的工作量較少。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。實施例:如圖1所示，本發明涉及的設置有T型泵頭的鑽井泵，主要由殼體1、安裝在殼體I上的排出液缸2、與排出液缸2相連且內部相通的排出管12、與排出液缸2相連且內部相通的吸入液缸3、以及與吸入液缸3相連且內部相通的吸入管4構成，所述殼體I的內部安裝有與排出液缸2相通的活塞裝置。所述活塞裝置主要由與排出液缸2相通的液壓缸5、設置在液壓缸5內部的活塞6、以及安裝在活塞6 —端端面上的活塞杆7構成。所述排出液缸2的內部設置有排出閥8。所述吸入液缸3的內部設置有吸入閥9。所述吸入管4遠離吸入液缸3的一端設置有吸入法蘭10。所述吸入管4通過快卸卡箍11固定在吸入液缸3上。基於上述鑽井泵的增壓方法，包括以下步驟:(a)首先，將吸入管4安裝在吸入液缸3上，並確保與其內部相通且接口密封；(b)然後開啟吸入閥9和排出閥8，並啟動活塞裝置；(c)通過活塞裝置的往返運動，將液體由吸入法蘭11被吸入至吸入液缸3，經吸入閥9後進入排出液缸2;(d)然後，通過活塞裝置的往返運動，從而對進入排出液缸2的液體進行增壓；(e)增壓後的液體經排出閥8後，最終從排出管12排出。所述吸入管4通過快卸卡箍11安裝在吸入液缸3上。所述活塞裝置通過電機驅動。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，主要由殼體(I)、安裝在殼體(I)上的排出液缸(2)、與排出液缸(2)相連且內部相通的排出管(12)、與排出液缸(2)相連且內部相通的吸入液缸(3)、以及與吸入液缸(3)相連且內部相通的吸入管(4)構成，所述殼體(I)的內部安裝有與排出液缸(2)相通的活塞裝置。
2.根據權利要求1所述的設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，所述活塞裝置主要由與排出液缸(2)相通的液壓缸(5)、設置在液壓缸(5)內部的活塞(6)、以及安裝在活塞(6)一端端面上的活塞杆(7)構成。
3.根據權利要求1所述的設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，所述排出液缸(2)的內部設置有排出閥(8)。
4.根據權利要求1所述的設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，所述吸入液缸(3)的內部設置有吸入閥(9)。
5.根據權利要求4所述的設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，所述吸入管(4)遠離吸入液缸(3)的一端設置有吸入法蘭(10)。
6.根據權利要求1所述的設置有T型泵頭的鑽井泵，其特徵在於，所述吸入管(4)通過快卸卡箍(11)固定在吸入液缸(3)上。
7.基於上述鑽井泵的增壓方法，其特徵在於，包括以下步驟: (a)首先，將吸入管(4)安裝在吸入液缸(3)上，並確保與其內部相通且接口密封； (b)然後開啟吸入閥(9)和排出閥(8)，並啟動活塞裝置； (c)通過活塞裝置的往返運動，將液體由吸入法蘭(11)被吸入至吸入液缸(3)，經吸入閥(9)後進入排出液缸(2); (d)然後，通過活塞裝置的往返運動，從而對進入排出液缸(2)的液體進行增壓； (e)增壓後的液體經排出閥(8)後，最終從排出管(12)排出。
8.根據權利要求7所述的增壓方法，其特徵在於，所述吸入管(4)通過快卸卡箍(11)安裝在吸入液缸(3)上。
9.根據權利要求7所述的增壓方法，其特徵在於，所述活塞裝置主要由與排出液缸(2)相通的液壓缸(5)、設置在液壓缸(5)內部的活塞(6)、以及安裝在活塞(6) —端端面上的活塞杆(7)構成。
10.根據權利要求7所述的增壓方法，其特徵在於，所述活塞裝置通過電機驅動。
全文摘要
本發明公開了一種設置有T型泵頭的鑽井泵，主要由殼體、安裝在殼體上的排出液缸、與排出液缸相連且內部相通的排出管、與排出液缸相連且內部相通的吸入液缸、以及與吸入液缸相連且內部相通的吸入管構成，所述殼體的內部安裝有與排出液缸相通的活塞裝置。本發明還公開了一種基於上述鑽井泵的增壓方法。本發明結構比較緊湊，取消了吸入室，其體積和質量均減少25％-30％；易於加工製造，便於探傷和檢查，可確保泵頭產品的質量；水平吸入泥漿，泵頭液缸內餘隙容積較小，提高了鑽井泵的吸入效率和容積效率；液流平穩，減少了壓力的波動和振動，減少鑽井泵衝擊載荷；更換吸入閥非常方便，節省時間，拆裝更換工作量較少。
文檔編號F04B53/00GK103104473SQ201110385048
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者謝月 申請人:謝月