馬力五缸鉆井泵

1600馬力五缸鉆井泵空氣包的研究背景知識研究意義研究內(nèi)容擬解決關(guān)鍵問題創(chuàng)新性技術(shù)路線五缸單作用鉆井泵空氣包的研究鉆機八大系統(tǒng)設備泥漿泵高壓管匯、水龍帶水龍頭、方鉆桿井眼除砂器、除泥器離心機循環(huán)罐振動篩循環(huán)系統(tǒng)將井底鉆頭破碎的巖屑及時攜帶到地面上來以便繼續(xù)鉆進；冷卻鉆頭保護井壁，防止井塌井漏等鉆井事故的發(fā)生。

鉆井泵基本組成

通過曲柄連桿機構(gòu)，把動力機組的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為十字頭及活塞的往復運動。將動力機組的機械能轉(zhuǎn)換為泥漿的水力能。泥漿通過循環(huán)冷卻鉆頭，攜帶巖屑。1—間隔塊2—內(nèi)六角螺釘3—密封圈4—氣囊5—鐵芯6—膠板7—壓板8—墊片9，11，19—螺母10—雙頭螺栓12—截止閥13—壓力表14—吊環(huán)螺釘15—O型密封圈16—壓蓋17—殼體18—雙頭螺栓帶穩(wěn)定片的球形空氣包排出空氣包結(jié)構(gòu)工作原理

空氣包利用其內(nèi)空氣的壓縮性和膨脹性來貯存(或放出)比平均流量多的(或少的)那部分液體，從而達到減小管路內(nèi)流量脈動的目的。空氣包有排出和吸入之分，一般為預壓式。排出空氣包安裝在泵的排出口附近，用來衰減排出系統(tǒng)波動，它是泥漿泵液力系統(tǒng)的重要組成部分。研究表明當空氣包與泵及管路系統(tǒng)具有最佳匹配時，可以最大限度地衰減管路內(nèi)液體的流量脈動，同時也最大限度地衰減由流量脈動引起的壓力脈動，提高泵的工作性能及壽命。研究背景

隨著國內(nèi)外石油的短缺，石油的大量開采，以及開采的時間的延長，石油鉆井的作業(yè)條件越來越惡劣，工況越來越復雜，無論是在海洋石油開采中，還是在沙漠中，許多油井深度都超過6000米。這使得鉆井泵功率已經(jīng)增加到1470～2206KW(2000～3000HP)，泵壓也由35MPa提到52.7MPa。基于目前國內(nèi)外對大排量、低成本和高壽命鉆井泵的迫切需求，為進一步滿足各油田鉆井公司參與國內(nèi)外市場競爭，我國需要研制出自己的大功率大排量新型鉆井泵。研究意義與三缸泵相比五缸泵具有明顯的性能優(yōu)勢：整機體積小質(zhì)量輕：與同等功率的三缸泵相比，質(zhì)量減小約30%。壓力波動小：三缸泵壓力波動范圍為28%，五缸泵僅為8%。五缸泵的平緩流態(tài)極大地降低了管線及管匯的疲勞損壞，穩(wěn)定的鉆井液流有利于隨鉆測量與隨鉆測井的數(shù)據(jù)采集和對井下的監(jiān)控。容積效率高：五缸泵吸入性能好，容積損失小，容積效率比三缸泵高1.1—3%。因此，本課題提出五缸單作用鉆井泵空氣包的研究的對于研發(fā)大功率大排量新型鉆井泵，滿足國內(nèi)外市場需求，提高我國石油鉆井設備的國際競爭力具有十分重要的意義。1～6缸單作用泵的流量脈動率λ脈動率%缸數(shù)1234560.00δQ1δQ221410057.11004.729.0711.121.51.613.314.729.310.10δQ1δQ221610057.91005.2413.811.121.51.744.454.729.310.15δQ1δQ221810058.81005.8716.111.121.51.835.024.729.310.20δQ1δQ222010060.11006.7218.411.121.51.965.594.729.310.25δQ1δQ222310061.71007.7720.711.121.52.126.174.729.31

鉆井泵流量的周期性脈動使得排出壓力也隨之波動，進而引起振動和噪聲，對泵缸內(nèi)的零件、泵閥的運動、活塞桿及動力系統(tǒng)和整個排出系統(tǒng)造成不利影響。特別是在高壓情況下，金屬受到交變載荷容易產(chǎn)生疲勞破壞，使元件、儀表、設備受損。降低壓力脈動可以明顯的提高泵的性能。因此，該項目的實施對于減小系統(tǒng)振動，降低工作噪音，提高鉆井泵的工作性能以及使用壽命等方面都具有十分重要的意義。同時也為超深井、特深井的安全高速鉆進提供了重要保障。另外，該項目的實施，對于了解我國超深、特深地層的地質(zhì)構(gòu)造，含油、氣性，以及地質(zhì)科學的發(fā)展具有重要的意義。排出管路總成本課題的研究將從以下五個方面展開：（1）研究排出管路的流量脈動；（2）研究泵缸的壓力脈動；（3）針對空氣包進行參數(shù)與結(jié)構(gòu)設計；（4）應用現(xiàn)代Pro/E軟件建立液力系統(tǒng)空氣包部分的三維模型；（5）利用現(xiàn)代分析軟件Ansys對空氣包部分進行虛擬分析及優(yōu)化。課題研究內(nèi)容擬解決的關(guān)鍵性問題（1）研究五缸鉆井泵的流量脈動以及壓力脈動，建立起數(shù)學模型，并進行仿真分析。（2）針對空氣包部分進行主要尺寸及參數(shù)設計，并建立空氣包三維虛擬模型。（3）針對鉆井泵空氣包部分進行結(jié)構(gòu)分析及尺寸優(yōu)化，最終達到節(jié)約材料，提高其工作性能的目的。

課題創(chuàng)新性目前，國內(nèi)外油田使用的鉆井泵幾乎都是三缸泵，所以，關(guān)于鉆井泵空氣包部分的研究也多集中在三缸泵。但五缸泵比三缸泵具有明顯的性能優(yōu)勢，適應國際市場的需求。因此本課題提出對1600馬力五缸鉆井泵空氣包部分進行研究，不僅滿足目前國內(nèi)外市場需求，而且為以后研發(fā)大功率、大排量多缸鉆井泵提供了理論依據(jù)。利用現(xiàn)代計算分析軟件Matlab研究五缸泵的流量脈動與壓力脈動；應用現(xiàn)代分析軟件Ansys對五缸泵空氣包部分進行體積設計與強度分析。建立空氣包排出管路動力學模型分析鉆井泵