分体式耐磨盘技术在F2200钻井泵上的应用

李林 谢春晖

钻井泵作为石油钻井作业重要设备之一，通过抽吸循环罐中的钻井液，并以10MPa～30MPa的压力、每秒20～60升的输送排量，经过地面的高压管汇、水龙带、钻杆、钻头喷嘴到井底，流经钻头喷嘴时形成高压射流，起到破碎岩石、清洁井底、冷却钻头的作用。在用井底螺杆或涡轮钻具钻井时，钻井液是动力钻具的动力源，在钻进过程中若钻井泵不能正常工作、钻井液不能维持循环时，容易发生井下钻井工程事故。目前川东钻探公司配备配备的F2200钻井泵主要由宝石等几家石油机械制造公司生产，该型钻井泵液力端耐磨盘为整体式结构，钻井施工中一旦耐磨盘刺坏，必须进行整体更换。因此，通过对F2200钻井泵耐磨盘结构进行研究，分析钻井泵液力端耐磨盘更换耗时过长的原因，将分体式耐磨盘技术应用于F2200钻井泵上，提出将整体式耐磨盘改进为分体式结构并对其进行适当优化，以达到快速更换钻井泵耐磨盘的目的，确保石油钻采提速增效。

1 F2200钻井泵耐磨盘结构

在钻井过程中，钻井泵向井筒输送钻井工艺所需的多种钻井液，用以破碎岩石、冷却钻头、冲刷井底、携带岩屑，是石油钻井作业重要的设备之一。耐磨盘位于钻井泵的液力端，是缸套活塞机构与钻井泵阀箱的重要连接部件示。

耐磨盘的主要作用：

①通过耐磨盘及缸套法兰实现缸套与阀箱的连接。

②为避免钻井过程中阀箱本体刺坏，设计中将耐磨盘作为易损件，当耐磨盘刺坏时，可实现快速更换。

2 耐磨盘现场使用情况分析

经统计，钻井泵耐磨盘在不同的泥浆工作压力、含砂量等因素的影响下使用周期不等，一般情况下，一台钻井泵一年需更换1块整体式耐磨盘，有时也会出现3～4个月更换1次的情况。钻井施工中一旦耐磨盘刺坏，必须进行整体更换，更换时间至少在4小时以上，如果耐磨盘长期未拆卸，因泥浆填充、腐蚀以及螺栓锈蚀等因素影响，更换时间长达6-8小时。川东钻探公司钻井队使用的钻井泵每年现场更换的耐磨盘数量为50～60块，拆卸更换总时间需要300～480小时（12.8～20天）。

更换整体式耐磨盘耗时过长的主要因素有：

（1）拆卸部件多

更换耐磨盘时，需要依次拆出缸套压盖、缸套、缸套法兰螺栓、缸套法兰、缸套密封圈、耐磨盘，由于操作空间受限，正常情况下更换耐磨盘需要大约4小时。

（2）缸套法兰螺栓的锈蚀程度

在石油开采過程中，因钻井泵冷却水及泥浆的长期侵蚀，缸套法兰螺栓非常容易锈蚀，造成拆卸困难，多数情况下，拆卸螺栓的时间占据了更换耐磨盘总时间的一半以上。

（3）泥浆沉积等因素造成耐磨盘与阀箱粘接

少量的泥浆渗入耐磨盘与阀箱间隙后，耐磨盘与阀箱容易发生粘接，虽然耐磨盘上设计了顶丝孔，但通常情况下，取出耐磨盘仍然很困难。

3 分体式耐磨盘技术改进方案

3.1 技术改进目标

由于整体式耐磨盘存在上述需解决的问题，改进后的分体式耐磨盘应达到以下目标：

（1）保证耐磨盘与缸套及阀箱实现有效密封;

（2）减少更换耐磨盘时拆卸的部件数量;

（3）减轻因泥浆沉积而导致的耐磨盘与阀箱的粘接程度。

3.2分体式耐磨盘的主要特点

（1）分体式耐磨盘密封环保留了原设计密封结构，通过缸套压盖的紧固，实现密封环的固定和密封。

（2）分体式耐磨盘法兰及缸套法兰通过螺栓与阀箱连接成一个整体，当密封环刺坏时，直接将缸套拆出后即可取出密封环，相比整体式耐磨盘的更换更加简单和迅速。

3.3 分体式耐磨盘结构改进

根据钻井泵耐磨盘的工作原理将整体式耐磨盘“一分为二”，设计为耐磨盘法兰及密封环两部分结构，分别通过耐磨盘法兰实现缸套法兰与阀箱的连接、通密封环实现缸套与阀箱间的过渡密封、通过间隙配合（0.35～0.45mm）实现耐磨盘法兰与密封环之间连接，形成分体式耐磨盘的整体结构。

除此之外，还对分体式耐磨盘密封环外边缘加工成3mm×6mm的倒角，减少了与泥浆粘接的面积，同时设计有顶丝孔，密封环更容易取出。

通过分体式耐磨盘的改进，密封环刺坏后只需将缸套压盖、缸套拆卸后即可用顶丝将密封环取出，该结构节省了拆卸缸套法兰螺栓及整体式耐磨盘的时间，同时密封环更易取出。一般情况下，分体式耐磨盘密封环的更换时间可控制在2小时左右。

4 分体式耐磨盘试用效果

经调研，分体式耐磨盘已在川渝地区部分钻井队试用，同时川东钻探公司已在多台F2200钻井泵上作上述技术改进，现场试用情况良好。经过改进的分体式耐磨盘既可保证有效密封，同时更换耐磨盘密封环时方便快捷，为确保钻井生产提速增效作出有效贡献。

5 推广应用分体式耐磨盘的经济效益评价

（1）有效节约更换耐磨盘的时间，提高钻井作业时效，降低维修人员劳动强度。通常情况下，更换整体式耐磨盘需要4～8小时，改进为分体式耐磨盘后，更换时间仅需1.5～2小时，以川东钻探公司配备的钻井泵每年现场更换耐磨盘50～60块计算，可节约耐磨盘更换总时间200～380小时（8.3～15.8天），有效缩短钻井泵的维修时间，提高钻井作业时效。

（2）有效降低维修人员的劳动强度及高压区域作业带来的安全风险。更换分体式耐磨盘密封环时拆卸的部件少，方便快捷，同时缩短了操作人员在高压区域的作业时间，降低现场作业安全风险。

6 结论

通过调研钻井泵耐磨盘现场使用情况，分析耐磨盘更换耗时过长的原因，在F2200钻井泵上采用分体式耐磨盘，并得到了以下结果：

（1）对分体式耐磨盘进行适当改进，在密封环外边缘加工成3mm×6mm的倒角，有效减少了与泥浆粘接的面积;

（2）设计有六个顶丝孔，密封环更容易取出，保留了原密封结构，同时更换密封环时拆卸的部件较少，大大缩短更换时间。

（3）经现场试用效果良好，可有效降低维修人员劳动强度，提高钻井作业时效，降低高压区域作业安全风险，对钻井泵结构的改进和研发具有重要意义。