小缸套高泵冲钻井模式分析与应用

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1、2013年第42卷石油矿场机械第5期第93页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：1O01-3482(2013)05—0093—03小缸套高泵冲钻井模式分析与应用雷先革，李明，王希军，于万钧。，于世超。，王珉。，梁海泉妇，刘天文(1．长江大学石油工程学院，武汉430100；2．渤海钻探工程有限公司，天津300457；3．杭州大潮石化设备有限公司，杭州310017；4．塔里木油田a．第二勘探公司；b．第三勘探公司，新疆库尔勒841000)摘要：机械钻机通常是通过调整柴油机转速来改变钻井泵泵冲。对柴油机的负荷特性和机泵参数的匹配情况进行了分析，指出当前普遍应用的“大缸套低

2、泵冲”钻井模式存在的不合理之处。提出“小缸套高泵冲”钻井模式的理念，并通过现场实践进行了验证。关键词：钻井；泵压；泵冲；缸套；柴油机转速；燃油消耗率中图分类号：TE926文献标识码：B钻井生产成本的30％是燃料成本，其中的70时，燃油消耗率大约为212g／(kW·h)，转速提高到能量又是被钻井泵所消耗。由于当前钻井王兕场在1250r／min时，消耗率大为204g／(kW·h)。钻井泵和柴油机的使用上存在一些误区，使得柴油3)柴油机的排气烟度随着转速升高而降低。机工作不正常，造成柴油机油耗增加、磨损加剧、寿在900r／rain时，排气烟度为2．1FSU，在转速达到命缩短等诸多

3、问题。对机械钻机的传动系统进行进1300r／rain时，排气烟度降为1．5FSU。一步分析研究，结合机械钻机钻进时负荷的变化规律，优化柴油机和钻井泵参数匹配，提出了“小缸套高泵冲”钻井模式。对保障设备的正常运行、降低柴油消耗、减少成本支出，减少废气排放等方面具有一定指导意义。l钻井柴油机负荷特性分析柴油机工况是指柴油机运行或工作的状况，例赵赠如转速的高低，负荷的大小等，通常是由运行特征参霜数来说明。柴油机输出的转矩等于它驱动时的负j盂荷，因此，转矩和转速就是柴油机运转过程中工况变童化的主要参数。下面以机械钻机常用的190型柴油机为例进行分析l_2]。02201．1柴油机推进

4、特性分析至214柴油机的性能参数随转速变化的关系，通常用208瓣柴油机推进特性曲线(如图1)来表述。由图1可以糕202看出：转速／(r·mln)1)柴油机的转速与功率大致成正比例关系。图1190型柴油机推进特性曲线转速由1125r／min提高到1250r／rain时，输出功率由540kW提高到720kW。1．2柴油机负荷特性分析2)柴油机燃油消耗率与转速大致成反比例关在一定转速下，柴油机主要性能参数随负荷变化的规律通常用负荷特性曲线来表示，如图2所示。系。转速越高单位油耗越低。转速在1000r／rain收稿日期：2012-12—25作者简介：雷先革(1968一)，男，湖南常

5、德人，高级工程师，主要从事石油装备管理工作。E-mail：leixg918@sina．corn．石油矿场机械此，严禁超载使用柴油机。520赐综上所述，1250r／min、输出720kW为190型440柴油机的最佳工作点，此时柴油机做功效率高、燃油IW-，360．=消耗率低，运行平稳、故障率低、排放较少。蓬282钻井泵使用特性和机泵参数匹配分析山钻井泵的排量和压力是钻井泵最主要的2个功能参数，也是重要的钻井参数。目前钻机常配的是3缸单作用往复式钻井泵，例如3NB1300或F1300Q岳泵，功率为955kW(1300hp)，额定泵冲为120min一，额定工作压力为34．5MPa

6、，常用缸套直径有150、160、l7O和180mm4种J。根据井身设计要求合理选择不同直径的缸套与泵冲组合来实现不同的排量输出，是钻井作业过程一中经常需要做的工作之一。同样的输出排量可以通过2种钻井模式来实现，即“大缸套低泵冲”钻井模功，犟／kW式和“小缸套高泵冲”钻井模式，虽然2种模式都能图2柴油机负荷特性曲线满足钻井作业的要求，但其对应的柴油机运行状态却大不一样。由于机械钻机传动系统的传动比是固由图2可以看出：定不变的，因而泥浆泵的泵冲与柴油机的转速是对1)柴油机燃油消耗率与负荷速大致成反比例应的，如表1。关系，负荷越高燃油消耗率越低。空负荷时燃油消耗率为最大，随着负荷

7、的增加，燃油消耗率下降，当表1zJ5OJ型钻机机泵参数负荷增加到A点位置(约为额定功率的85)，燃油消耗率达到最低值，负荷继续增加时，燃油消耗率反而升高。A点燃油消耗率虽然最小，但并不是柴油机最经济的使用功率点，因为此点所对应的有效功率较小。最经济的使用功率点应是从坐标原点做一射线与燃油消耗率曲线相切的点B，此点的功率与燃油消耗率的比值最大，也就是说既能获得较大的功率，又能使燃油消耗率较低，因此B点是最经济的使用功率点，即柴油机负荷为90(720kw)时具由表1可以看出：同样是输出31I／s排量，当有最经济燃油消耗