[發(fā)明專利]新型鉆井泵泵頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110375250.X
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN103104480A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳凱
• 申請（專利權(quán)）人: 陳凱
• 主分類號: F04B53/10
• 分類號: F04B53/10;F04B53/00;F04B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型鉆井泵泵頭。

背景技術(shù)

往復(fù)泵在石油工業(yè)中的應(yīng)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(fù)泵比較適用于這種情況。往復(fù)泵在鉆井時用作循環(huán)泥漿和注入固井水泥。在采油時，用作原油輸送、洗井、注水及地層壓裂。抽油設(shè)備中的深井泵也是一種特殊結(jié)構(gòu)的往復(fù)泵。所以，往復(fù)泵是石油通用的和關(guān)鍵的設(shè)備之一。

根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)特征和作用的不同，可分為三個基本類型。(1)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(qiáng)行排出。(2)葉輪式泵：依靠旋轉(zhuǎn)的葉輪對液體的動力作用，把能量連續(xù)地傳遞給液體，使液體的速度能和壓力能的能量增加，隨后通過壓出室將大部分速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。(3)其他類型泵。

隨著鉆采深度的增加，對鉆機(jī)以及與其相配套的其它設(shè)備要求越來越高。目前國內(nèi)外鉆井泵結(jié)構(gòu)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(nèi)，且兩閥處于同一軸線上，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(nèi)，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，且吸入閥與缸套處于同一軸線上，構(gòu)成T字型液流通道。

利用鉆井泵鉆井已有100多年的歷史。在這100多年中鉆井泵不斷改進(jìn)不斷發(fā)展。鉆井泵的發(fā)展歷史以1901年美國德克薩斯州的Spindletop鉆出的336m深的有商業(yè)價值的石油井為起點。這也是近代油氣井旋轉(zhuǎn)鉆井史的起點。當(dāng)時，鉆井使用的鉆井泵是雙缸雙作用活塞式蒸汽泵，泵壓為17.3×105Pa。這種泵不是專門為泥漿泵設(shè)計的，而是一般的供水泵。

1917年生產(chǎn)的蒸汽泵已經(jīng)是專門設(shè)計的鉆井泵了。這種泵的泵頭即是今天雙缸雙作用鉆井泵液力端的雛型。其主要不同之點在于當(dāng)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(chǎn)生的蒸汽。但在礦場，鍋爐的使用和運輸都不方便。因此，蒸汽鉆井泵逐漸被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的機(jī)動泵所代替。在二十世紀(jì)三十年代中最大的雙缸雙作用機(jī)動泵為1926年生產(chǎn)的。其活塞直徑為170mm，沖程為457mm，功率為110-147Kw，最高泵壓可達(dá)(100-125)×105Pa。這種泵的設(shè)計和現(xiàn)在的雙缸雙作用泵已經(jīng)相當(dāng)接近了。其液力端已經(jīng)使用了錐形閥，傳動端內(nèi)有斜齒的減速齒輪、偏心軸、連桿和十字頭，采用了密閉的飛濺潤滑，液力端排出管裝有空氣包。但連桿大端還使用滑動軸承。

到30年代中期，由于泵的載荷越來越大，鉆井泵才采用了全滾動軸承設(shè)計。但當(dāng)時沒有大直徑的滾動軸承，所以主軸多采用懸臂式曲拐軸方案，連桿大端的滾動軸承內(nèi)圈定在曲拐銷上。

隨著鉆井井深的增加和套管層次的增多，對鉆井泵的排量和泵壓提出了愈來愈高的要求。二戰(zhàn)后，泥漿性能有所改進(jìn)，同時開展了噴射鉆井技術(shù)的研究和發(fā)展工作。這時鉆井作業(yè)者主要要求提高泵壓。從40年代末到50年代中期，噴射鉆井的研究和實踐提出了150-210×105Pa的泵壓要求。40年代末鉆井泵的功率，達(dá)到了600Kw。同時，大部分公司把泵的最大沖程長度降回到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(dāng)時在雙缸泵的設(shè)計上較大的改進(jìn)是以鋼代鐵和減小泵寬。以鋼代鐵是用鋼板焊接的泵殼，并將一些零件改用優(yōu)質(zhì)合金制造；減小泵寬是應(yīng)用大直徑的滾動軸承作連桿大端支承，拚棄懸臂曲拐軸的方案而采用兩端簡支的偏心輪軸設(shè)計。這樣，兩缸中心距明顯縮小。

60年代初，急需設(shè)計和制造一種泵壓能適應(yīng)噴射鉆井工藝要求，同時體積小、重量輕，能滿足當(dāng)時海洋、沙漠鉆井的安裝運輸條件的鉆井泵。各公司都作了大量的研究工作。其中目標(biāo)比較集中的是將用于固井壓裂的三缸柱塞泵改型為鉆井泵，因為它正好能滿足上述要求。在研制的開始階段，問題仍然發(fā)生在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的為邊界面上——在泥漿介質(zhì)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(shè)計起了關(guān)鍵的作用。它使鉆井泵史上代表一個新時代——三缸單作用活塞式鉆井泵的誕生。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；由于三缸單作用泵，曲柄互成120°，動力端受力均勻。排量系數(shù)為0.141，小于雙缸和四缸單作用泵，排量均勻，并且有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。在廣泛的應(yīng)用中顯示出良好的經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)在國內(nèi)外的深井鉆進(jìn)中逐漸取代雙缸雙作用泵。