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(shí)研究意義研究?jī)?nèi)容擬解決關(guān)鍵問(wèn)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(jī)八大系統(tǒng)設(shè)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(jī)循環(huán)罐振動(dòng)篩循環(huán)系統(tǒng)將井底鉆頭破碎的巖屑及時(shí)攜帶到地面上來(lái)以便繼續(xù)鉆進(jìn)；冷卻鉆頭保護(hù)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(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，把動(dòng)力機(jī)組的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為十字頭及活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。將動(dòng)力機(jī)組的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為泥漿的水力能。泥漿通過(guò)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—?dú)饽?—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—?dú)んw18—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(lái)貯存(或放出)比平均流量多的(或少的)那部分液體，從而達(dá)到減小管路內(nèi)流量脈動(dòng)的目的?？諝獍信懦龊臀胫?，一般為預(yù)壓式。排出空氣包安裝在泵的排出口附近，用來(lái)衰減排出系統(tǒng)波動(dòng)，它是泥漿泵液力系統(tǒng)的重要組成部分。研究表明當(dāng)空氣包與泵及管路系統(tǒng)具有最佳匹配時(shí)，可以最大限度地衰減管路內(nèi)液體的流量脈動(dòng)，同時(shí)也最大限度地衰減由流量脈動(dòng)引起的壓力脈動(dòng)，提高泵的工作性能及壽命。研究背景

隨著國(guó)內(nèi)外石油的短缺，石油的大量開采，以及開采的時(shí)間的延長(zhǎng)，石油鉆井的作業(yè)條件越來(lái)越惡劣，工況越來(lái)越復(fù)雜，無(wú)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(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)大排量、低成本和高壽命鉆井泵的迫切需求，為進(jìn)一步滿足各油田鉆井公司參與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)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(shì)：整機(jī)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(dòng)?。喝妆脡毫Σ▌?dòng)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(cè)量與隨鉆測(cè)井的數(shù)據(jù)采集和對(duì)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(duì)于研發(fā)大功率大排量新型鉆井泵，滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求，提高我國(guó)石油鉆井設(shè)備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。1～6缸單作用泵的流量脈動(dòng)率λ脈動(dòng)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(dòng)使得排出壓力也隨之波動(dòng)，進(jìn)而引起振動(dòng)和噪聲，對(duì)泵缸內(nèi)的零件、泵閥的運(yùn)動(dòng)、活塞桿及動(dòng)力系統(tǒng)和整個(gè)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(shè)備受損。降低壓力脈動(dòng)可以明顯的提高泵的性能。因此，該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)于減小系統(tǒng)振動(dòng)，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(shí)也為超深井、特深井的安全高速鉆進(jìn)提供了重要保障。另外，該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于了解我國(guó)超深、特深地層的地質(zhì)構(gòu)造，含油、氣性，以及地質(zhì)科學(xué)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(gè)方面展開：（1）研究排出管路的流量脈動(dòng)；（2）研究泵缸的壓力脈動(dòng)；（3）針對(duì)空氣包進(jìn)行參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（4）應(yīng)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(duì)空氣包部分進(jìn)行虛擬分析及優(yōu)化。課題研究?jī)?nèi)容擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題（1）研究五缸鉆井泵的流量脈動(dòng)以及壓力脈動(dòng)，建立起數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行仿真分析。（2）針對(duì)空氣包部分進(jìn)行主要尺寸及參數(shù)設(shè)計(jì)，并建立空氣包三維虛擬模型。（3）針對(duì)鉆井泵空氣包部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及尺寸優(yōu)化，最終達(dá)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(guó)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(shì)，適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的需求。因此本課題提出對(duì)1600馬力五缸鉆井泵空氣包部分進(jìn)行研究，不僅滿足目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)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(jì)算分析軟件Matlab研究五缸泵的流量脈動(dòng)與壓力脈動(dòng)；應(yīng)用現(xiàn)代分析軟件Ansys對(duì)五缸泵空氣包部分進(jìn)行體積設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。建立空氣包排出管路動(dòng)力學(xué)模型分析鉆井泵