石油鉆井泵是鉆井循環(huán)系統(tǒng)的心臟，鉆井泵通過空氣包來吸收和釋放鉆井液的能量，減小泵的排量和壓力波動(dòng)，提高鉆井泵及鉆井工作的可靠性。空氣包的充氣壓力和充氣量直接影響空氣包的作用效果，必須經(jīng)常對(duì)其壓力進(jìn)行檢查，壓力降低需要及時(shí)補(bǔ)充壓力。針對(duì)原來在用空氣包高壓充氣機(jī)存在的問題，研制新型鉆井用氣動(dòng)高壓充氣裝置，取得了很好的應(yīng)用效果。

 

新型鉆井用氣動(dòng)高壓充氣裝置

 

目 前， 鉆 井 隊(duì) 在 用 空 氣 包 高壓充氣機(jī)為立式、水冷、三級(jí)級(jí)差式、 電 動(dòng) 充 氣 機(jī)， 圖 1 為 現(xiàn) 用 的Z-0.27/150 型空氣包電動(dòng)高壓充氣機(jī)實(shí)物圖。現(xiàn)用鉆井泵空氣包電動(dòng)高壓充氣機(jī)在安全角度、成本因素、操作要求、使用約束四方面存在問題，且受使用約束，即空壓機(jī)使用環(huán)境溫度要低于 40℃，高于 -20℃；不能在粉塵污染的環(huán)境使用；不能在靠近易燃易爆區(qū)域使用；機(jī)器安裝與地面傾斜角不得超過 5° ；對(duì)環(huán)境要求較高，井場環(huán)境惡劣對(duì)其使用壽命影響很大。綜上，研制一種安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、易于維修、性價(jià)比高的充氣裝置代替原電動(dòng)高壓充氣機(jī)是十分必要，且具有實(shí)用意義。

 

研發(fā)新型充氣裝置
 

主要針對(duì)井隊(duì)在用的空氣包電動(dòng)高壓充氣機(jī)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易維修、重量大、運(yùn)移不便、購置維護(hù)成本高等諸多弊端，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、攜帶方便、成本低廉、使用安全的高壓充氣裝置代替現(xiàn)有的電動(dòng)高壓充氣機(jī)。通過對(duì)鉆井現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行分析：空氣包氣囊充氣壓力為 3~4MPa，最高不超過 4.5Mpa，不屬于超高壓范圍，用普通的空氣壓縮機(jī)就能實(shí)現(xiàn)此壓力輸出；鉆井隊(duì)現(xiàn)場均配有兩臺(tái)（一臺(tái)自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)一臺(tái)電動(dòng)壓風(fēng)機(jī)）或兩臺(tái)以上（一臺(tái)自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)多臺(tái)電動(dòng)壓風(fēng)機(jī)）大型空氣壓縮機(jī)，單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)排氣量在每分鐘6 立 方 以 上， 排 氣 壓 力 0.8MPa,供氣量遠(yuǎn)大于鉆井現(xiàn)場的實(shí)際用氣量；機(jī)房、鉆臺(tái)氣路鋪設(shè)廣泛，井場用氣十分便利，無需重復(fù)投資帶動(dòng)壓縮機(jī)工作的原動(dòng)機(jī)部分（如柴油 機(jī) 或 電 動(dòng) 機(jī)）， 只 需 要 將 現(xiàn) 場0.8MPa 的壓縮氣體進(jìn)行增壓即可滿足鉆井泵空氣包氣囊 4MPa 壓力的充氣要求；鉆井現(xiàn)場所用氣源已經(jīng)過干燥處理，無需在裝置中進(jìn)行二次干燥。所以完全可以利用鉆井現(xiàn)場自有的壓縮空氣做為驅(qū)動(dòng)氣源和增壓氣源，設(shè)計(jì)一種大面積往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞利用壓縮沖程將低壓氣轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定壓力的高壓氣流的增壓裝置，取代現(xiàn)有的 Z-0.27/150 型電動(dòng)充氣機(jī)，實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。

新裝置工作原理設(shè)計(jì)
 

確定了新型空氣包充氣裝置采用鉆井現(xiàn)場自有的壓縮空氣做為驅(qū)動(dòng)氣源和增壓氣源，設(shè)計(jì)出一種由驅(qū)動(dòng)裝置、增壓裝置、減壓閥、單向閥、換向閥等組成的新型增壓裝置，其原理為對(duì)大徑活塞施加一個(gè) 低壓，當(dāng)此壓力作用于一個(gè)小面積活塞上時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高壓。通過大面積活塞的壓縮沖程將低壓氣轉(zhuǎn)變?yōu)轭~定壓力的高壓氣流，通過氣控?fù)Q向閥使增壓泵能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)壓力為 0.3~0.8Mpa 的驅(qū)動(dòng)氣源進(jìn)入驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，通過換向閥實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)增壓裝置工作。該裝置裝有彈簧止回閥，用于控制增壓后的氣體進(jìn)出通道，當(dāng)增壓裝置的活塞桿處于吸入沖程時(shí)，進(jìn)口控制閥打開，出口控制閥通過彈簧保持關(guān)閉時(shí)，將低壓供氣引入泵內(nèi)；增壓沖程時(shí)，進(jìn)口控制閥關(guān)閉，出口控制閥打開，增壓裝置的活塞桿通過出口控制閥壓縮增壓后的氣體流出，將 0.3~0.8Mpa 低壓氣轉(zhuǎn)變?yōu)?3~8Mpa 額定壓力的高壓氣流，充裝到鉆井泵空氣包氣囊內(nèi)。