固井車的研制

固井車的研制

0固井設(shè)備配置情況隨著世界工業(yè)化對石油需求的增加，世界各國都加強(qiáng)了石油采收業(yè)務(wù)。山區(qū)、沙漠和山區(qū)氣田的產(chǎn)量增加，道路條件差，固井技術(shù)越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的固井方法不能適應(yīng)惡劣的道路條件和復(fù)雜的固井方法。越野性能強(qiáng)、排量大、混漿密度精確、自動化程度高、柱塞泵壽命長的固井車將取得競爭優(yōu)勢,并得到市場的認(rèn)可。目前,先進(jìn)的固井設(shè)備中,SPM600泵、HT-400泵和PG05泵占據(jù)絕對優(yōu)勢,哈里伯頓、斯倫貝謝、雙S公司及GD公司等的固井設(shè)備都配置了上述3種柱塞泵。HT-400泵主動軸與發(fā)動機(jī)中心線平行,使固井設(shè)備傳動布局改變,柱塞泵液力端在設(shè)備尾部,更方便液力端維修和易損件更換,與其他固井柱塞泵相比,在同等柱塞尺寸下,其工作壓力最大。我國目前制造的固井設(shè)備配置的柱塞泵主要是基于美國DS公司技術(shù)生產(chǎn)的SJ300泵和中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠自主研發(fā)的SJ600泵。隨著各油田的深入開發(fā),配置SJ300泵的固井水泥車已不能滿足一些特殊固井工藝的要求,而SJ600泵存在維護(hù)檢修難、沖次偏高和盤根等密封件壽命偏短的問題。進(jìn)口固井設(shè)備則主要是哈里伯頓配置HT-400泵的雙機(jī)雙泵固井車和拖車,但此類設(shè)備價(jià)格昂貴,配件供貨周期長。因此,研制配置與HT-400泵性能結(jié)構(gòu)相同的全國產(chǎn)化TPH400泵的SGJ400-30固井車,可滿足油田用戶對固井車作業(yè)的新要求,降低固井設(shè)備的采購和使用成本,提高固井車市場競爭力。1技術(shù)分析1.1定制限流系統(tǒng)的組成如圖1所示,SGJ400-30固井車主要由定制的重型越野底盤車、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、高低壓管匯、電控系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、TPH400泵、潤滑系統(tǒng)和混漿系統(tǒng)等組成。1.2主要技術(shù)傳動箱最大輸入功率:447kW;2關(guān)鍵技術(shù)2.1酶處理采用分區(qū)布置設(shè)計(jì)理念,將動力區(qū)、混控區(qū)和高壓區(qū)從前至后布置,計(jì)量罐緊鄰混漿罐,管路減少ue6e7ue6f2,清洗污水大大減少。高壓排出區(qū)置于整車尾部,安全可靠,柱塞泵的維修空間大。2.2發(fā)揮盤積分動裝置作用SGJ400-30固井車上裝部分質(zhì)量大約20t,針對惡劣的井場道路條件,定制了“KENWORTH”K500/6×6底盤車。該底盤車前橋承載9979kg,中后橋承載26308kg,最小離地間隙達(dá)到380mm,發(fā)動機(jī)功率354kW,分別由底盤變速箱和分動箱提供2個(gè)取力口給液壓系統(tǒng)提供動力。為避免車架在振動和沖擊載荷下發(fā)生疲勞開裂和損傷等情況,底盤車架主縱梁增加了鋼制雙大梁內(nèi)襯,車架強(qiáng)度達(dá)到840MPa。2.3pid控制算法ACM-IV.I自動混漿系統(tǒng)主要由密度自動控制系統(tǒng)和液位自動控制系統(tǒng)組成,其控制原理圖如圖2所示。密度自動控制系統(tǒng)主要通過控制下灰量來控制水泥漿密度,計(jì)算機(jī)采集清水流量、水泥漿密度和干灰計(jì)量閥閥位,控制軟件根據(jù)實(shí)際清水流量、水泥漿密度和作業(yè)設(shè)置參數(shù)計(jì)算達(dá)到設(shè)定密度需要的干灰量及干灰計(jì)量閥閥位,PID控制算法對其進(jìn)行精確調(diào)整,控制器輸出控制信號到電控液壓閥,該液壓閥驅(qū)動干灰計(jì)量閥上的旋轉(zhuǎn)裝置來調(diào)節(jié)干灰計(jì)量閥的開啟度,控制下灰量?？刂扑惴▽ψ鳂I(yè)過程中可能存在的3種變化(即清水流量的變化、設(shè)定密度的變化及干灰傳輸能力的變化)做出響應(yīng)。液位控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制和調(diào)節(jié)清水比例閥來調(diào)節(jié)清水流量從而調(diào)節(jié)液位,安裝在混漿槽上的液位計(jì)檢測水泥漿的液位信號并將該信號傳送給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè)定液位的偏差來調(diào)節(jié)輸出控制電壓,調(diào)節(jié)清水比例閥從而調(diào)節(jié)清水量以維持液位的平穩(wěn)。該固井車將液、氣、電和ACM-IV.I自動混漿系統(tǒng)集中控制,車臺發(fā)動機(jī)的啟停及油門控制、液力機(jī)械傳動箱的換擋、底盤發(fā)動機(jī)的啟停及油門控制、發(fā)動機(jī)儀表、混漿計(jì)算機(jī)、氣壓表、液壓系統(tǒng)的儀表及控制開關(guān)均集中在儀表箱周圍,可由1人完成固井施工整個(gè)作業(yè)的控制和操作,方便可靠。同時(shí)為簡化控制流程,增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性,將所有控制元件按照液、氣、電系統(tǒng)分塊布置,避免誤操作。2.4水泥漿混配裝置低壓管匯系統(tǒng)由供水泵、噴射泵、循環(huán)泵、灌注泵和蝶閥等組成,通過管線與計(jì)量罐、混漿罐、混漿系統(tǒng)和外接水源相連,實(shí)現(xiàn)水泥漿的混配,如圖4所示。為了增加整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,將供水泵與噴射泵對稱并聯(lián)布置,循環(huán)泵與灌注泵對稱并聯(lián)布置,通過切換蝶閥,實(shí)現(xiàn)了供水泵與噴射泵互為備用,循環(huán)泵與灌注泵互為備用,當(dāng)其中一臺離心泵發(fā)生故障時(shí)另一臺離心泵可代替其工作,從而提高了固井作業(yè)安全可靠性。3測試3.1固井車主要技術(shù)指標(biāo)及自動控制系統(tǒng)2011年7月完成了樣機(jī)試制,并進(jìn)行了廠內(nèi)型式試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,SGJ400-30固井車主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,其最大工作壓力為75MPa,最大排量為3.0m3/min;同時(shí)固井車各主要功能也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,整車布局合理,前后軸載荷分布均勻;密度自動控制系統(tǒng)和液位自動控制系統(tǒng)控制準(zhǔn)確,靈敏度高;管匯流程合理,實(shí)現(xiàn)了供水泵與噴射泵互為備用,循環(huán)泵與灌注泵互為備用。3.2固井作業(yè)效果2011年9月在吉林油田完成了工業(yè)試驗(yàn),前后共進(jìn)行了2次固井作業(yè)。2次作業(yè)累計(jì)注水泥170t,水泥漿密度誤差小于0.012g/cm3。從固井作業(yè)數(shù)據(jù)和后續(xù)鉆井情況來看,作業(yè)效果比較理想。經(jīng)過電測檢查,固井質(zhì)量良好。與傳統(tǒng)設(shè)備相比,該固井車供灰穩(wěn)定性好,水泥漿密度控制準(zhǔn)確,水泥漿質(zhì)量好,同時(shí)設(shè)備越野性能強(qiáng),維護(hù)檢修方便,自動控制程度高,可以由1人完成固井施工整個(gè)作業(yè)的控制和操作,能較好地滿足油田特殊固井作業(yè)的要求。4ph400泵固井裝置SGJ400-30固井車是針對油田惡劣的道路條件和為實(shí)現(xiàn)高壓力、大排量固井工藝而研制的固井設(shè)備,其與常規(guī)固井設(shè)備相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)該作業(yè)車以KENWORTH重載越野底盤作為載體,集成了具有國際先進(jìn)水平的TPH400三缸柱塞泵和ACM-IV.1自動混漿系統(tǒng),其中TPH400泵具有良好的自吸能力,使得雙機(jī)雙泵可根據(jù)實(shí)際工況分別作為2臺單機(jī)單泵使用,提高了整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。(2)整車設(shè)計(jì)布局合理,操作方便。柱塞泵布置在整車的尾部,更換盤根和泵維修非常方便;循環(huán)泵與灌注泵互為備用,噴射泵與供水泵互為備用,提高了設(shè)備在固井作業(yè)中可靠性;混漿槽增加了沉漿裝置,有利于水泥漿的徹底排空,方便實(shí)用。(3)該固井車性能優(yōu)越,制造成本比國外同類產(chǎn)品低,具有廣闊的市場前景。最大工作壓力:75MPa;最大排量:3.0m3/min;最大混漿能力:2.3m3/min;水泥漿密度:1.0