浅谈新时期如何加强节能钻井技术研究

王 刚

（大庆油田有限责任公司 海拉尔石油勘探开发指挥部规划计划部，内蒙古 海拉尔 021000）

现代石油设备的出现，极大地推动了国家石油生产发展、为社会经济发展、国家的进步做出了巨大的贡献。但是，由于石油设备的昂贵，所以不易选择更换，而更加追求它的使用寿命。对于石油 钻井公司来讲以钻井为主业，合理使用设备与优化参数配置来提高机械钻速，从而缩短建井周期来增加经济收益。

合理使用钻井设备：

设备在负荷下运行并发挥其规定功能的过程，即为使用过程。设备在使用过程中，由于受到各种力和化学作用、使用方法、工作规范、工作持续时间等影响，其技术状况发生变化而逐渐降低工作能力。为延缓这种工作能力下降过程，必须根据设备所处的工作条件及结构性能特点，掌握劣化的规律，允许的工作规范，控制设备的负荷和持续工作时间。只有操作者合理使用设备，才能保持设备良好的工作性能，充分发挥它的效能。下面仅对改进后F320—4DH钻机三大工作机组的性能针对性的探讨。

钻机设备主要技术参数：（1）钻机型号 F320—4DH；（2）最大起升重量 3200kN；（3）最大钻井深度 6000m；（4）转盘面高度 6.7m。

1 钻机三大工作机组的性能分析

1.1 MRL-27.5 转盘

主要的工作参数。最大工作扭矩和最高转速，转盘在最低转速时允许产生最大工作扭矩，它决定了转盘的输入功率；最轻载荷下允许最高转速，MRL—275转盘自身有高低两个档位，配合总离合l、2两挡，可以有四个档位一下的转速调节范围。

转盘的功率

水平输入轴功率计算式：

式中：N——功率kN；π——圆周率；N——最大工作扭矩，kN×m;n1——最低工作转速，r/min；η——钻盘的效率，0.95-0.97，

1.2 绞车

快绳的最大拉力：

式中：P快绳——快绳的最大拉办；Q游——游车钢丝绳的总负荷；Z——有效绳数；η游——提升效率。

绞车的输入功率：

式中：N——输入功率；V——绞车量低档时大钩 起升速度；η总——从绞车传给大钩的效率；K——储备系数。

1.3 钻井泵

钻井泵是整个循环系统的心脏，为循环系统提供动力。我井队使用的2台宝石产的F-1600钻井泵，属于三缸单作用泵。钻井泵的理论排量：

式中：i——缸数；F——泵缸截面积；S——冲程长度：N，冲次；α——上水系数。

在输入轴转速一定的情况下，缸数、泵缸截面积、冲程长度、冲次是不变参数，只有上水系数α随着泵压得升高，泵的漏失量将增加，会有所降低，所以泵的排量随着泵压的升高会略有下降。

泵的冲次：

实际上，泵的冲次决定于动力机也就是柴油机转速和机械传动比，当机械传动比一定点档位不变的情况下)，对于柴油机直接驱动的，泵冲基本上不会受到泵压的影响，排量和上面说的是一致的。而对于我们这种动力驱动特性较软的(柴油机机液力变矩器驱动)，随着泵压的变化，泵冲会随之变化，排量会自动调节，这样保证了泵在一定的范围内接近恒功率工作，关系曲线接近于双曲线变化关系。

泵的功率：

式中：N——泵的有效功率，kW；P——泵压，MPa；Q——平均排量，l／s；

动力机组功率与泵功率之间的关系：

式中：N动力——动力机组给泵提供的功率；K——动力储备系数；N——泵的有效功率；η——总的传动综合系数。

柴油机液力变矩器驱动时，动力储备系数K=1。

2 三大工作机组和动力系统之间的配合关系

F320—4DH钻机上配备的YB900单级充油调节离心式液力变矩器，四台Z12V 190B柴油大车统一驱动。三大工作机组和动力系统之间功率配合关系大致分为正常钻进和起下钻两种情况。

正常钻进工况下：

在正常钻进条件下，F320—4DH钻机四台z12V190B柴油机通过YB900单级充油调节离心式液力变矩器统一驱动，主要驱动功率用于泵和转盘工作。此时柴油机机、泵、转盘它们三者之间的关系可以引用这个简单的公式来表示。

式中，N大车——大车的输出功率；N钻盘——转盘的输出功率；N泵——泵输出的有效功率；K转盘——功率从并车传到转盘的综合系数；K泵——功率从并车传到泵的综合系数；K涡轮——功率从柴油机大车传到并车的综合系数。

从并车到转盘是通过链条、万向轴、齿轮等各个机械部件传动的，所以在涡轮输出轴功率不变的情况下，K转盘是个定值不变量；从并车到泵是通过链条、万向轴、齿轮等各个机械部件传动的，所以在涡轮输出轴功率不变的情况下，K转盘是个定值不变量。把泵功率和转盘功率公式代人，即把公式（1）和公式（5）代人公式（7），式可以得到：

再把公式（4）代入公式（8），得到：

变形后得到：

分析：由于井场使用的柴油机—液力变矩器驱动，YB900液力变矩器是单级充油调节离心式液力变矩器，YB900它穿透性很小，涡轮输出轴功率较小，效率最大80%-85%，大部分的功率转变为工作油的热量，容易导致工作油失效和机械元件条件的坡坏。YB900液力变矩器和柴油机配合驱动时，随着转速的升高，变矩系数逐渐降低，泵轮的轴上输出扭矩逐渐降低，泵轮的轴上输出功率先升高再降低(呈抛物线状)。

由公式（7）和YB900液力变矩器和柴油机配合驱动特性可以得出，在井深、大车转速、不变化情况下，泵排量则不变，当钻压增大时，一般转盘扭矩M增大，转盘功率开始增加，涡轮输出轴功率增加，泵轮的轴上输出扭矩增加，泵轮的轴上输出转速降低，转盘转速nt和泵排量降低(因为泵冲次nz也降低)。冲次降低大，转盘功率和泵功率都下降，维持一个稳定状态。使得钻机可以平稳运转。

在井深增加，大车转速、转盘扭矩不变化或变化很小情况下，泵排量则略有降低，转盘功率变化不大，涡轮输出轴功率不变或变化很小，泵压则升高，泵功率基本稳定在恒定值，这正是最佳工作状态(道理同上)。但是不能超出这个范围。

所以，在长期钻井实践经验过程中，注意积累资料，把钻机及配套设备范围找出来，很好的用于指导实践，使设备稳定和高效运转，节省维修费用，提高机械钻速。以使用三牙轮钻头14.1437为铡，柴油机转速 1050rmp钻压 200kN、转速 53rmp、冲次 106(双泵)、泵压 185MPa应用上面公式，通过计算，为了合理充分地分配功率和提高效率的传输，应该选择加大钻压或是开大油门来提高排量和转速，但是三牙轮钻头的推荐钻压不超过2：160kN，所以要继续加大油门。