分體式耐磨盤技術在F2200鉆井泵上的應用

李林 謝春暉

鉆井泵作為石油鉆井作業重要設備之一，通過抽吸循環罐中的鉆井液，并以10MPa～30MPa的壓力、每秒20～60升的輸送排量，經過地面的高壓管匯、水龍帶、鉆桿、鉆頭噴嘴到井底，流經鉆頭噴嘴時形成高壓射流，起到破碎巖石、清潔井底、冷卻鉆頭的作用。在用井底螺桿或渦輪鉆具鉆井時，鉆井液是動力鉆具的動力源，在鉆進過程中若鉆井泵不能正常工作、鉆井液不能維持循環時，容易發生井下鉆井工程事故。目前川東鉆探公司配備配備的F2200鉆井泵主要由寶石等幾家石油機械制造公司生產，該型鉆井泵液力端耐磨盤為整體式結構，鉆井施工中一旦耐磨盤刺壞，必須進行整體更換。因此，通過對F2200鉆井泵耐磨盤結構進行研究，分析鉆井泵液力端耐磨盤更換耗時過長的原因，將分體式耐磨盤技術應用于F2200鉆井泵上，提出將整體式耐磨盤改進為分體式結構并對其進行適當優化，以達到快速更換鉆井泵耐磨盤的目的，確保石油鉆采提速增效。

1 F2200鉆井泵耐磨盤結構

在鉆井過程中，鉆井泵向井筒輸送鉆井工藝所需的多種鉆井液，用以破碎巖石、冷卻鉆頭、沖刷井底、攜帶巖屑，是石油鉆井作業重要的設備之一。耐磨盤位于鉆井泵的液力端，是缸套活塞機構與鉆井泵閥箱的重要連接部件示。

耐磨盤的主要作用：

①通過耐磨盤及缸套法蘭實現缸套與閥箱的連接。

②為避免鉆井過程中閥箱本體刺壞，設計中將耐磨盤作為易損件，當耐磨盤刺壞時，可實現快速更換。

2 耐磨盤現場使用情況分析

經統計，鉆井泵耐磨盤在不同的泥漿工作壓力、含砂量等因素的影響下使用周期不等，一般情況下，一臺鉆井泵一年需更換1塊整體式耐磨盤，有時也會出現3～4個月更換1次的情況。鉆井施工中一旦耐磨盤刺壞，必須進行整體更換，更換時間至少在4小時以上，如果耐磨盤長期未拆卸，因泥漿填充、腐蝕以及螺栓銹蝕等因素影響，更換時間長達6-8小時。川東鉆探公司鉆井隊使用的鉆井泵每年現場更換的耐磨盤數量為50～60塊，拆卸更換總時間需要300～480小時（12.8～20天）。

更換整體式耐磨盤耗時過長的主要因素有：

（1）拆卸部件多

更換耐磨盤時，需要依次拆出缸套壓蓋、缸套、缸套法蘭螺栓、缸套法蘭、缸套密封圈、耐磨盤，由于操作空間受限，正常情況下更換耐磨盤需要大約4小時。

（2）缸套法蘭螺栓的銹蝕程度

在石油開采過程中，因鉆井泵冷卻水及泥漿的長期侵蝕，缸套法蘭螺栓非常容易銹蝕，造成拆卸困難，多數情況下，拆卸螺栓的時間占據了更換耐磨盤總時間的一半以上。

（3）泥漿沉積等因素造成耐磨盤與閥箱粘接

少量的泥漿滲入耐磨盤與閥箱間隙后，耐磨盤與閥箱容易發生粘接，雖然耐磨盤上設計了頂絲孔，但通常情況下，取出耐磨盤仍然很困難。

3 分體式耐磨盤技術改進方案

3.1 技術改進目標

由于整體式耐磨盤存在上述需解決的問題，改進后的分體式耐磨盤應達到以下目標：

（1）保證耐磨盤與缸套及閥箱實現有效密封;

（2）減少更換耐磨盤時拆卸的部件數量;

（3）減輕因泥漿沉積而導致的耐磨盤與閥箱的粘接程度。

3.2分體式耐磨盤的主要特點

（1）分體式耐磨盤密封環保留了原設計密封結構，通過缸套壓蓋的緊固，實現密封環的固定和密封。

（2）分體式耐磨盤法蘭及缸套法蘭通過螺栓與閥箱連接成一個整體，當密封環刺壞時，直接將缸套拆出后即可取出密封環，相比整體式耐磨盤的更換更加簡單和迅速。

3.3 分體式耐磨盤結構改進

根據鉆井泵耐磨盤的工作原理將整體式耐磨盤“一分為二”，設計為耐磨盤法蘭及密封環兩部分結構，分別通過耐磨盤法蘭實現缸套法蘭與閥箱的連接、通密封環實現缸套與閥箱間的過渡密封、通過間隙配合（0.35～0.45mm）實現耐磨盤法蘭與密封環之間連接，形成分體式耐磨盤的整體結構。

除此之外，還對分體式耐磨盤密封環外邊緣加工成3mm×6mm的倒角，減少了與泥漿粘接的面積，同時設計有頂絲孔，密封環更容易取出。

通過分體式耐磨盤的改進，密封環刺壞后只需將缸套壓蓋、缸套拆卸后即可用頂絲將密封環取出，該結構節省了拆卸缸套法蘭螺栓及整體式耐磨盤的時間，同時密封環更易取出。一般情況下，分體式耐磨盤密封環的更換時間可控制在2小時左右。

4 分體式耐磨盤試用效果

經調研，分體式耐磨盤已在川渝地區部分鉆井隊試用，同時川東鉆探公司已在多臺F2200鉆井泵上作上述技術改進，現場試用情況良好。經過改進的分體式耐磨盤既可保證有效密封，同時更換耐磨盤密封環時方便快捷，為確保鉆井生產提速增效作出有效貢獻。

5 推廣應用分體式耐磨盤的經濟效益評價

（1）有效節約更換耐磨盤的時間，提高鉆井作業時效，降低維修人員勞動強度。通常情況下，更換整體式耐磨盤需要4～8小時，改進為分體式耐磨盤后，更換時間僅需1.5～2小時，以川東鉆探公司配備的鉆井泵每年現場更換耐磨盤50～60塊計算，可節約耐磨盤更換總時間200～380小時（8.3～15.8天），有效縮短鉆井泵的維修時間，提高鉆井作業時效。

（2）有效降低維修人員的勞動強度及高壓區域作業帶來的安全風險。更換分體式耐磨盤密封環時拆卸的部件少，方便快捷，同時縮短了操作人員在高壓區域的作業時間，降低現場作業安全風險。

6 結論

通過調研鉆井泵耐磨盤現場使用情況，分析耐磨盤更換耗時過長的原因，在F2200鉆井泵上采用分體式耐磨盤，并得到了以下結果：

（1）對分體式耐磨盤進行適當改進，在密封環外邊緣加工成3mm×6mm的倒角，有效減少了與泥漿粘接的面積;

（2）設計有六個頂絲孔，密封環更容易取出，保留了原密封結構，同時更換密封環時拆卸的部件較少，大大縮短更換時間。

（3）經現場試用效果良好，可有效降低維修人員勞動強度，提高鉆井作業時效，降低高壓區域作業安全風險，對鉆井泵結構的改進和研發具有重要意義。