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BW-100型泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析设计

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软件简介

 钻探用泵是钻探设备的重要组成部分之一。钻探用泵主要是洗孔用泵,在我国地矿部的部颁标准定为泥浆泵,泵的形式定为往复式泵。在钻探施工中,泥浆泵担负着向孔内输送清洗液,并能使其在孔内循环的作用。在某些特种工序中还用泥浆泵向孔内灌注水泥浆等物质。
 泥浆泵是石油矿场钻井作业中的关键设备之一,它的性能、结构、可靠性、适应性、经济性以及使用寿命,直接影响着钻井质量的好坏。泥浆泵是往复泵的一种。本人所设计的泥浆泵是卧式三缸单作用往复式活塞泵,它是通过活塞部件的往复运动,引起密闭的工作腔室容积变化,从而形成腔室内外压力差变化,以吸入和排出液流实现能量转换的。该卧式三缸单作用泵在生产实践中得到了广泛的应用。
 
关键词: 泥浆泵 ,往复泵,钻井

泥浆泵的作用和特点:
 在使用旋转钻井法钻石油、天然气井的作业中,钻井往复泵用于泵送钻井液—泥浆,使其循环流动进行冲井。所以钻井泵通常被称为泥浆泵。按其工作重要性,又被比拟为“钻机的心脏”。
 泥浆循环是旋转钻井过程中的关键作业,主要有以下作用:
 1、清除井底的岩屑并将其经由环形空间携至地面;
 2、在井壁上造泥饼,防止井壁坍塌;
 3、平衡或控制已钻开的井段中的油、气、水层压力,防止井喷;
4、处理井下复杂情况。如遇裂缝地层时泵入堵漏材料,遇卡钻时泵入原
油、柴油解卡等。
 5、冷却钻头,润滑旋转的钻柱。
 与目前在工业生产中实际应用较广泛的其他往复泵相比,地质钻探用泥浆泵的作业条件有所不同,主要有以下几个方面:
排量和功率大。在机动往复泵中,常用的化工用泵、计量泵、高压液
压泵等的排量为2-20L/s,功率至多550kw。钻井中为保证泥浆在环形空间中有足够的上返速度和钻头上有足够的压力降,一般要求钻井泵单泵有30-50L/s的排量;而功率最大的钻井泵已达1481kw。
 2、 钻井泵持续工作于野外,并经常移运。安装时不可能配有讲究的基础。所谓“泵房”最多不过是一架简易的顶棚。环境条件与维护保养非常差。这种条件不但无法与固定厂房里的泵相比,甚至也不能和固井压裂泵相比:固井压裂泵虽然也在井场工作,但可以较稳固地安装在重型汽车上,在野外工作数小时后即可驶回基地检修。
 3、 钻井泵输送的介质是泥浆,其中含有碱、酸、硫化氢等腐蚀成分和细
小的岩屑及大量未知的杂质。因此,钻井泵液力端的零件在工作时经受介质的腐蚀,磨砺和冲蚀。
在上述的基本工作条件工作又为钻井泥浆泵的设计带来以下的特点:
 1、冲次低。中、大功率双缸钻井泥浆泵的冲次为60-65/min,三缸泵的使用冲次为90-120/min。在机动往复泵中是最低的。冲次难以提高的首要原因在于钻井泵的功率和排量很大,且安装条件又差,故对对冲次提高而引起的冲击、振动较为敏感:此外,易损件的寿命和吸入条件也是限制冲次提高的重要因素。
 2、钻井泥浆泵不仅排量大,而且泥浆有一定的粘度。有时还需在泥浆中混入纤维状或片、粒状的堵井漏材料。因此,钻井泵除要求吸入、排出管线有较大的流道面积外,还要求有相当大的阀座孔流道面积和阀升程。钻井泵的阀座孔流道直径为100mm左右,阀升程为20mm左右,这比其它种类的往复泵要大的多。这一特点首先决定了钻井泵的泵阀开启、关闭滞后角较大,一般在10度-20度,这对容积效率和吸入管中的惯性水头值有很大的影响。其次,阀盘直径大,其上受的总液压力也大。其结果,一是恶化了面积有限的阀体-阀座接触面的受载;二是阀体为具有足够的强度必须做得较厚实,增大了它的质量和惯性,这也是不利于提高泵速的因素之一。
 3、外形尺寸大。泵的排量决定于冲次、活塞直径和冲程长度,钻井泵的排量大而冲次低,因而必须加大活塞和加长冲程。按它的外形尺寸和重量,钻井泵为往复泵中的巨型泵。
 4、钻井泵是在环境条件很差的野外作业,它的某些结构设计也反映了这一特点。主要一点是在传动端全部采用滚动轴承而避免采用由液体润滑的高比压滑动轴承。在曲轴连杆部件中,由于不采用滑动轴承,曲轴只能在两端简支,三个曲轴之间没有支点。这一方面减弱了曲轴的强度和刚度,另一方面又将泵内减速齿轮置于曲柄之间而不是靠近轴承。而在一般减速箱的设计中,要求齿轮尽可能靠近轴承,以保证较好的啮合。
 5、由于钻井泵输送的介质具有腐蚀性和较强的磨砺性,再加上矿场维护保养条件很差,钻井泵液力端的易损件寿命比之其它行业应用的往复泵都要低。
1.4钻探工作对钻井泵性能的要求
钻探工作队钻井泵的要求主要有以下几点:
 1.钻井泵的排量要能简便、迅速地在较大范围进行调节,最好能实现无级调节;
 2.钻井泵的排出压力也要能在较大范围进行调节;
3.当根据钻进工艺规程将泵量调定以后,它不能随泵的排出压力的变化而
发生变化;
 4.工作可靠、易损件寿命长、便于维修保养;
 5.要能适应不利条件下的工作;
 6.运移性要好.
1.5 修井作业简介
 在油井自喷或抽油过程中,常会发生一些油井或设备故障,造成油井减产,甚至停产。为了恢复油井的正常生产,必须采取相应的措施,排除故障,有时,由于井况发生变化,需要对井下设备进行更换,以调整油井参数。这种排除故障或调整油井参数,恢复油井正常生产等作业,称作修井。所用的一切设备或工具,称为修井设备或工具。破坏油井正常生产的井下故障很多,一般由两方面原因所引起:一是油井本身故障,如井下砂堵,井内严重结蜡、结盐,油层堵死,渗透率降低,油管断裂、脱扣和渗漏,套管挤扁、断裂和渗漏等;二是采油设备本身的故障,如抽油泵游动阀磨损或卡死,抽油杆弯曲、断裂或脱扣等。所有这些故障均可导致油井减产或停产,必须进行修井作业。
修井作业的内容主要有以下几个方面:
 1、更换抽油杆、油管和深井泵。
 2、清除沙堵(捞砂或冲砂)和防砂(造人工井壁等)。
 3、清除蜡堵或蜡卡。
 4、封堵外来水(上层水或下层水)和本层水,一般可采用挤水泥或下附加
    套管然后注水泥的办法予以隔绝。
 5、修补套管。
 6、打捞。
 7、回采上部或下部生产层.
修井作业方式可以归纳为三大类:
 1、起下作业。如油管、抽油杆、深井泵等井下设备及工具的起下,以及抽汲、捞砂、机械清蜡的起下等
 2、液体循环作业。如冲砂、热洗、挤水泥及循环泥浆等。
 3、旋转作业。如钻水泥塞,钻沙堵,以及扩孔、重钻、加深和修补套管等。完成上述作业的设备,也基本上分为起下设备(如通井机、轻型修井机等),冲洗设备(如洗并机、水泥车、锅炉车等),以及配备有起升系统、旋转系统和循环系统的中型、重型修井机等。这些设备大多数都是由一些与钻机相类似的机组组成。不同的是这些设备所需的功率相对较小,机动性较高,一般都固装于汽车、拖拉机或拖车上。
1.6 设计的提出及设计说明书的主要工作
 泥浆泵是石油矿场钻井作业中的关键设备之一,它的性能、结构、可靠性、适应性、经济性以及使用寿命,直接影响着钻井质量的好坏。本课题的目的就是设计出一种能够满足生产实践要求的泥浆泵,并对其主要零部件特别是油田作业时易产生失效的零部件如曲轴、齿轮等进行相应的强度校核。
1.7 本章小结
 本章介绍了泥浆泵的作用和特点、发展情况以及修井作业的工作内容和作业方式。提出了设计题目及设计说明书的主要内容,从而为设计出BW-100型卧式三缸单作用泥浆泵打下了一定的基础。

目  录
  摘要……………1
  英文摘要………2
第一章 绪论… 3  
 1. 1  往复泵的应用与发展………3
 1. 2  泥浆泵的发展情况…………4
 1. 3  泥浆泵的作用和特点………5
 1. 4  钻探工作对钻井泵性能的要求…………8
 1. 5  修井作业简介………………8
 1. 6  设计的提出及设计说明书的主要工作…9
 1. 7  本章小结9
第二章 泥浆泵的运动机理… 10
 2. 1 引言…10
 2. 2 往复式泵的基本结构……11
 2. 3 住复式钻井泵的流量及其变化规律…………12
 2. 4 泥浆泵流量不均度………14
 2. 5  本章小结 ………………15
第三章 泥浆泵整体及其关键部件的设计……16
    3. 1  BW-100型泥浆泵主参数的确定……………16
 3. 2   整体设计方案…………16
    3. 3   泥浆泵主要零部件强度校核………………20
 3. 4   基本结构参数确定……32
 3. 5   本章小结………………33
第四章 往复式泵的易损件及影响其寿命的主要因素…34
    4. 1   易损件的磨损…………34
    4. 2   泥浆泵的使用与维护 36
第五章  泥浆泵的特性分析…39
    5. 1   曲轴转速特性分析……39
    5. 2   曲轴转矩特性分析……40
    5. 3   液力端理论流量特性分析…………………41
结束语………43
致谢……………44
参考文献……45
 

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