马力五缸钻井泵

1600马力五缸钻井泵空气包的研究背景知识研究意义研究内容拟解决关键问题创新性技术路线五缸单作用钻井泵空气包的研究钻机八大系统设备泥浆泵高压管汇、水龙带水龙头、方钻杆井眼除砂器、除泥器离心机循环罐振动筛循环系统将井底钻头破碎的岩屑及时携带到地面上来以便继续钻进；冷却钻头保护井壁，防止井塌井漏等钻井事故的发生。

钻井泵基本组成

通过曲柄连杆机构，把动力机组的旋转运动转换为十字头及活塞的往复运动。将动力机组的机械能转换为泥浆的水力能。泥浆通过循环冷却钻头，携带岩屑。1—间隔块2—内六角螺钉3—密封圈4—气囊5—铁芯6—胶板7—压板8—垫片9，11，19—螺母10—双头螺栓12—截止阀13—压力表14—吊环螺钉15—O型密封圈16—压盖17—壳体18—双头螺栓带稳定片的球形空气包排出空气包结构工作原理

空气包利用其内空气的压缩性和膨胀性来贮存(或放出)比平均流量多的(或少的)那部分液体，从而达到减小管路内流量脉动的目的。空气包有排出和吸入之分，一般为预压式。排出空气包安装在泵的排出口附近，用来衰减排出系统波动，它是泥浆泵液力系统的重要组成部分。研究表明当空气包与泵及管路系统具有最佳匹配时，可以最大限度地衰减管路内液体的流量脉动，同时也最大限度地衰减由流量脉动引起的压力脉动，提高泵的工作性能及寿命。研究背景

随着国内外石油的短缺，石油的大量开采，以及开采的时间的延长，石油钻井的作业条件越来越恶劣，工况越来越复杂，无论是在海洋石油开采中，还是在沙漠中，许多油井深度都超过6000米。这使得钻井泵功率已经增加到1470～2206KW(2000～3000HP)，泵压也由35MPa提到52.7MPa。基于目前国内外对大排量、低成本和高寿命钻井泵的迫切需求，为进一步满足各油田钻井公司参与国内外市场竞争，我国需要研制出自己的大功率大排量新型钻井泵。研究意义与三缸泵相比五缸泵具有明显的性能优势：整机体积小质量轻：与同等功率的三缸泵相比，质量减小约30%。压力波动小：三缸泵压力波动范围为28%，五缸泵仅为8%。五缸泵的平缓流态极大地降低了管线及管汇的疲劳损坏，稳定的钻井液流有利于随钻测量与随钻测井的数据采集和对井下的监控。容积效率高：五缸泵吸入性能好，容积损失小，容积效率比三缸泵高1.1—3%。因此，本课题提出五缸单作用钻井泵空气包的研究的对于研发大功率大排量新型钻井泵，满足国内外市场需求，提高我国石油钻井设备的国际竞争力具有十分重要的意义。1～6缸单作用泵的流量脉动率λ脉动率%缸数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

钻井泵流量的周期性脉动使得排出压力也随之波动，进而引起振动和噪声，对泵缸内的零件、泵阀的运动、活塞杆及动力系统和整个排出系统造成不利影响。特别是在高压情况下，金属受到交变载荷容易产生疲劳破坏，使元件、仪表、设备受损。降低压力脉动可以明显的提高泵的性能。因此，该项目的实施对于减小系统振动，降低工作噪音，提高钻井泵的工作性能以及使用寿命等方面都具有十分重要的意义。同时也为超深井、特深井的安全高速钻进提供了重要保障。另外，该项目的实施，对于了解我国超深、特深地层的地质构造，含油、气性，以及地质科学的发展具有重要的意义。排出管路总成本课题的研究将从以下五个方面展开：（1）研究排出管路的流量脉动；（2）研究泵缸的压力脉动；（3）针对空气包进行参数与结构设计；（4）应用现代Pro/E软件建立液力系统空气包部分的三维模型；（5）利用现代分析软件Ansys对空气包部分进行虚拟分析及优化。课题研究内容拟解决的关键性问题（1）研究五缸钻井泵的流量脉动以及压力脉动，建立起数学模型，并进行仿真分析。（2）针对空气包部分进行主要尺寸及参数设计，并建立空气包三维虚拟模型。（3）针对钻井泵空气包部分进行结构分析及尺寸优化，最终达到节约材料，提高其工作性能的目的。

课题创新性目前，国内外油田使用的钻井泵几乎都是三缸泵，所以，关于钻井泵空气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显的性能优势，适应国际市场的需求。因此本课题提出对1600马力五缸钻井泵空气包部分进行研究，不仅满足目前国内外市场需求，而且为以后研发大功率、大排量多缸钻井泵提供了理论依据。利用现代计算分析软件Matlab研究五缸泵的流量脉动与压力脉动；应用现代分析软件Ansys对五缸泵空气包部分进行体积设计与强度分析。建立空气包排出管路动力学模型分析钻井泵