淺談液壓傳動技術在固井水泥車中的應用.doc

液壓傳動技術在固井水泥車中的應用第一作者：董雪，大連理工大學 機械工程學院 機械設計制造及其自動化專業(yè)，本科雙學位在讀第二作者：郭晗萌，大連理工大學 機械工程學院 機械設計制造及其自動化專業(yè)，本科雙學位在讀第三作者：張新未，大連理工大學 機械工程學院 機械設計制造及其自動化專業(yè)，本科雙學位在讀摘要：固井作業(yè)是油田勘探開發(fā)必不可少的手段之一。傳統(tǒng)的固井水泥車已不再勝任技術套管和油層套管的固井作業(yè)，取而代之的是具有混漿能力的固井水泥車。由于設備體積及移運功能上的限制，液壓傳動成為混漿系統(tǒng)動力的首選方式。論文重點對液壓傳動在固井水泥車中的應用方面進行了深入的探討。關鍵詞：液壓傳動 固井水泥車 應用近年來，液壓傳動由于應用了電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、摩擦磨損技術及新工藝、新材料等后取得了新的發(fā)展，液壓系統(tǒng)和元件在水平上有了很大提高。隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入發(fā)展，具有混漿功能的固井水泥車已經(jīng)開始逐步顯示出重要性，并在煤層氣開發(fā)等其他能源產業(yè)中也顯示了其不可替代的作用。作為其主要動力來源的液壓系統(tǒng)性能的優(yōu)良以及可靠程度，也將決定混漿系統(tǒng)的工作能力和效率。因此對固并水泥車中液壓系統(tǒng)的應用展開研究，提高系統(tǒng)的工作能力、減少系統(tǒng)故障的發(fā)生具有非常實際的意義。1現(xiàn)階段我國固井相關概述在油田施工作業(yè)中，為了加固井壁，保證繼續(xù)鉆進，封隔油、氣和水層，保證勘探期間的分層試油及在整個開采中合理的油氣生產，為此下入優(yōu)質鋼管，并在井筒與鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè)，稱為固井作業(yè)。圖1 固井作業(yè)示意圖為完成固井作業(yè)，通常需要多種專用設備聯(lián)合作業(yè)進行。一般來講，通常需要下灰車(用于運送于水泥)、罐車(用于儲存和運輸清水)、固井水泥車(用于向并內注入水泥漿)；目前普遍采用的固井水泥車是400型固井水泥車，在進行固井作業(yè)時，先將下灰漏斗與混合器連接固定好，并連接相應的管線。下灰車通過管線將干水泥注入下灰漏斗，使下灰漏斗中充滿干水泥。400型固井水泥車的混漿過程非常簡單，完全由安裝在車上的齒輪水泵系統(tǒng)束實現(xiàn)，混漿效果和處理干水泥能力也取決于齒輪水泵的工作能力?；鞚{系統(tǒng)有明顯的缺陷：1）泥漿的密度無法控制。在400型同井水泥車混漿作業(yè)的過程中，水量和下扶量都是由人工進行調整，并專門設有一個崗位每隔段時間從混漿槽內取樣進行密度測量，并將結果告訴給操作工。此方法非常繁瑣，且無法精確控制，完令依靠操作2）處理于水泥能力低。目時周內安裝在固井水泥乍上的齒輪水泵通常有兩種型號，分別是PR一50和PR-50A。這兩種齒輪水泵雖然理論排毽都超過了1m3/min但實際作業(yè)最大只能達到0.8m3/min，常用流量為0.5m3min，遠遠低于理論參數(shù)。由于實際排量低，所以造成整機的處理干水泥能力也很差，致使作業(yè)速度慢，工作效率低。2液壓傳動技術在固井水泥車中的應用2.1液壓系統(tǒng)方案設計及關鍵元件的研究1）液壓系統(tǒng)的總體要求液壓系統(tǒng)系統(tǒng)投入使用后能長期穩(wěn)定、可靠的工作，系統(tǒng)工作環(huán)境及連續(xù)工作時間均按固井水泥車整機工作環(huán)境和工作時間確定。液壓系統(tǒng)應該實現(xiàn)如下功能：1)液壓系統(tǒng)應能滿足驅動各離心泵的轉速和扭矩的需要，使離心泵的輸出液體的排量和壓力滿足混漿系統(tǒng)的要求；2)驅動各離心泵的轉速可在0至額定轉速范圍內任意可調，使離心泵的排量滿足現(xiàn)場使用工況；3)液壓系統(tǒng)溫升低于50，滿足液壓元件的使用壽命要求；2.2液壓系統(tǒng)調速回路設計固井水泥車進行固井作業(yè)時，針對不同井深和井況需要設計不同的固井工藝，如不同的泥漿密度、不同的添加劑含量、不同的注入速度等。具體到混漿系統(tǒng)中，表現(xiàn)為不同的密度、不同的清水流量。確切的說就是各離心泵在不同工況下轉速也有變化，這樣就要求驅動離心泵的液壓馬達轉速可以變化。根據(jù)以上要求進行液壓系統(tǒng)的調速回路設計。圖2 液壓系統(tǒng)原理圖目前常見固井水泥車混漿系統(tǒng)離心泵沒有專門的調速裝置，液壓原理如圖31所示：在此液壓系統(tǒng)中沒有專門的調速裝置，作業(yè)時完全依靠發(fā)動機轉速變化來實現(xiàn)離心泵的轉速變化。此方法有一定的缺陷：1）轉速控制不準確。由以上原理圖看出，離心泵的轉速僅有0和額定轉速兩種，如需要中間某一轉速只能依靠驅動液壓泵的原動機變化轉速，而獲得不同的流量。這種控制方法不直觀，而且易產生變化。2）由于各離心泵的液壓源全部由一臺柴油機驅動，如某一臺離心泵轉速需要變化時調整了柴油機轉速，同時會影響到其他離心泵的轉速也發(fā)生變化，但這一點在實際作業(yè)中是不允許的，會對作業(yè)過程或設備產生不良影響。例如：在作業(yè)過程中井況出現(xiàn)異常，需要立即減少水泥漿的注入量。此時，通常的做法時降低變速箱檔位，減少三缸柱塞泵的沖次，同時降低清水泵的轉速以減少清水流量。調速原理是調速回路的功用在于調定執(zhí)行元件的工作速度，調速回路因調速范圍大小、速度受負載影響大小、承載能力大小、效率高低等的不同有多種結構方案。但其調速的最終原理均一致?；赜凸?jié)流調速回路回油腔有一定背壓，故液壓缸能承受負值負載，且運動速度比較平穩(wěn)。但在本系統(tǒng)中以液壓馬達為執(zhí)行元件，會對馬達轉速產生不良影響。油液經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后回油箱冷卻，對系統(tǒng)泄漏影響小。但回油腔壓力較高，特別是負載接近零時，壓力更高，這對回油管的安全、密封及壽命均有影響。進油節(jié)流調速回路容易實現(xiàn)壓力控制，但在要求馬達為0轉速使，油液完全通過溢流閥回油，會造成液壓油發(fā)熱嚴重，且浪費能量。2.3液壓系統(tǒng)冷卻器的選擇液壓設備工作時有多方面的功率損失，主要包括：泵、馬達和液壓缸內部的機械摩擦和粘性阻力素食；各種元件的內外泄露損失等。這些損失都轉化為熱，使液壓油和元件溫度升高。另一方面，在嚴寒環(huán)境下起動和工作的液壓設備，也需要在很低的氣溫環(huán)境下起動和工作。因此，冷卻器的選擇至關重要。選擇冷卻器時，首選要根據(jù)液壓設備的性能要求和工條件來確定冷卻方式。對于每一種冷卻方式，又有若干種不同結構的冷卻器型式，由于固井水泥車為移動設備，作業(yè)環(huán)境變化較大，多數(shù)作業(yè)地點沒有合適的水源。另由于油田作業(yè)范圍劃分，鉆井方與固井方屬甲乙方關系，固井隊伍從鉆井現(xiàn)場獲得作業(yè)資源可能性較小。因此，直接在固井水泥車上安裝冷卻器是目前階段較為合理的方案。3結語總之，隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入發(fā)展，具有混漿功能的固井水泥車已經(jīng)開始逐步顯示出重要性，其