浅谈液压传动技术在固井水泥车中的应用.doc

液压传动技术在固井水泥车中的应用第一作者：董雪，大连理工大学 机械工程学院 机械设计制造及其自动化专业，本科双学位在读第二作者：郭晗萌，大连理工大学 机械工程学院 机械设计制造及其自动化专业，本科双学位在读第三作者：张新未，大连理工大学 机械工程学院 机械设计制造及其自动化专业，本科双学位在读摘要：固井作业是油田勘探开发必不可少的手段之一。传统的固井水泥车已不再胜任技术套管和油层套管的固井作业，取而代之的是具有混浆能力的固井水泥车。由于设备体积及移运功能上的限制，液压传动成为混浆系统动力的首选方式。论文重点对液压传动在固井水泥车中的应用方面进行了深入的探讨。关键词：液压传动 固井水泥车 应用近年来，液压传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、摩擦磨损技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展，液压系统和元件在水平上有了很大提高。随着油田勘探开发的不断深入发展，具有混浆功能的固井水泥车已经开始逐步显示出重要性，并在煤层气开发等其他能源产业中也显示了其不可替代的作用。作为其主要动力来源的液压系统性能的优良以及可靠程度，也将决定混浆系统的工作能力和效率。因此对固并水泥车中液压系统的应用展开研究，提高系统的工作能力、减少系统故障的发生具有非常实际的意义。1现阶段我国固井相关概述在油田施工作业中，为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产，为此下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井作业。图1 固井作业示意图为完成固井作业，通常需要多种专用设备联合作业进行。一般来讲，通常需要下灰车(用于运送于水泥)、罐车(用于储存和运输清水)、固井水泥车(用于向并内注入水泥浆)；目前普遍采用的固井水泥车是400型固井水泥车，在进行固井作业时，先将下灰漏斗与混合器连接固定好，并连接相应的管线。下灰车通过管线将干水泥注入下灰漏斗，使下灰漏斗中充满干水泥。400型固井水泥车的混浆过程非常简单，完全由安装在车上的齿轮水泵系统束实现，混浆效果和处理干水泥能力也取决于齿轮水泵的工作能力。混浆系统有明显的缺陷：1）泥浆的密度无法控制。在400型同井水泥车混浆作业的过程中，水量和下扶量都是由人工进行调整，并专门设有一个岗位每隔段时间从混浆槽内取样进行密度测量，并将结果告诉给操作工。此方法非常繁琐，且无法精确控制，完令依靠操作2）处理于水泥能力低。目时周内安装在固井水泥乍上的齿轮水泵通常有两种型号，分别是PR一50和PR-50A。这两种齿轮水泵虽然理论排毽都超过了1m3/min但实际作业最大只能达到0.8m3/min，常用流量为0.5m3min，远远低于理论参数。由于实际排量低，所以造成整机的处理干水泥能力也很差，致使作业速度慢，工作效率低。2液压传动技术在固井水泥车中的应用2.1液压系统方案设计及关键元件的研究1）液压系统的总体要求液压系统系统投入使用后能长期稳定、可靠的工作，系统工作环境及连续工作时间均按固井水泥车整机工作环境和工作时间确定。液压系统应该实现如下功能：1)液压系统应能满足驱动各离心泵的转速和扭矩的需要，使离心泵的输出液体的排量和压力满足混浆系统的要求；2)驱动各离心泵的转速可在0至额定转速范围内任意可调，使离心泵的排量满足现场使用工况；3)液压系统温升低于50，满足液压元件的使用寿命要求；2.2液压系统调速回路设计固井水泥车进行固井作业时，针对不同井深和井况需要设计不同的固井工艺，如不同的泥浆密度、不同的添加剂含量、不同的注入速度等。具体到混浆系统中，表现为不同的密度、不同的清水流量。确切的说就是各离心泵在不同工况下转速也有变化，这样就要求驱动离心泵的液压马达转速可以变化。根据以上要求进行液压系统的调速回路设计。图2 液压系统原理图目前常见固井水泥车混浆系统离心泵没有专门的调速装置，液压原理如图31所示：在此液压系统中没有专门的调速装置，作业时完全依靠发动机转速变化来实现离心泵的转速变化。此方法有一定的缺陷：1）转速控制不准确。由以上原理图看出，离心泵的转速仅有0和额定转速两种，如需要中间某一转速只能依靠驱动液压泵的原动机变化转速，而获得不同的流量。这种控制方法不直观，而且易产生变化。2）由于各离心泵的液压源全部由一台柴油机驱动，如某一台离心泵转速需要变化时调整了柴油机转速，同时会影响到其他离心泵的转速也发生变化，但这一点在实际作业中是不允许的，会对作业过程或设备产生不良影响。例如：在作业过程中井况出现异常，需要立即减少水泥浆的注入量。此时，通常的做法时降低变速箱档位，减少三缸柱塞泵的冲次，同时降低清水泵的转速以减少清水流量。调速原理是调速回路的功用在于调定执行元件的工作速度，调速回路因调速范围大小、速度受负载影响大小、承载能力大小、效率高低等的不同有多种结构方案。但其调速的最终原理均一致。回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳。但在本系统中以液压马达为执行元件，会对马达转速产生不良影响。油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小。但回油腔压力较高，特别是负载接近零时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。进油节流调速回路容易实现压力控制，但在要求马达为0转速使，油液完全通过溢流阀回油，会造成液压油发热严重，且浪费能量。2.3液压系统冷却器的选择液压设备工作时有多方面的功率损失，主要包括：泵、马达和液压缸内部的机械摩擦和粘性阻力素食；各种元件的内外泄露损失等。这些损失都转化为热，使液压油和元件温度升高。另一方面，在严寒环境下起动和工作的液压设备，也需要在很低的气温环境下起动和工作。因此，冷却器的选择至关重要。选择冷却器时，首选要根据液压设备的性能要求和工条件来确定冷却方式。对于每一种冷却方式，又有若干种不同结构的冷却器型式，由于固井水泥车为移动设备，作业环境变化较大，多数作业地点没有合适的水源。另由于油田作业范围划分，钻井方与固井方属甲乙方关系，固井队伍从钻井现场获得作业资源可能性较小。因此，直接在固井水泥车上安装冷却器是目前阶段较为合理的方案。3结语总之，随着油田勘探开发的不断深入发展，具有混浆功能的固井水泥车已经开始逐步显示出重要性，其