石油钻井用新型五缸泥浆泵的研发及应用

摘要

在钻井行业中，钻井泥浆泵被誉为钻机的“心脏”，钻井泥浆泵性能的好坏对钻井速率和成本有直接影响。作为当今传统泥浆泵的典型，三缸单作用活塞泵使用最为普遍。然而随着钻井深度的不断增加，钻井难度不断增大，传统泥浆泵不能满足钻井需求，必须进行创新研发。因此，压力高、功率大、体积小、重量轻等指标就成为了泥浆泵研究人员所追求的目标。针对传统泥浆泵质量大、运转惯性大、输出压力波动大等问题，本文研发了一种新型五缸泥浆泵并将其应用石油钻井工程中。
　　本文分析了石油钻井泥浆泵国内外的研究现状和发展趋势的基础上，针对传统三缸泥浆泵存在的问题，确定了新型五缸泥浆泵的主要研究内容和关键工艺。
　　在分析了五缸泥浆泵的工作原理的基础上，设计了五曲拐六支撑曲轴，改善曲轴的受力。连杆两端采用滑动轴承结构，并且依据滑动轴承的尺寸，对连杆进行了结构优化，从而使整机的尺寸和重量大幅度降低。改进设计了泵组机架结构，并对机架整体做了模态分析。设计了液力端总成结构，较好地解决了泥浆渗漏对动力端的影响。整机采用喷淋润滑系统，使得润滑效果更佳。改进了冷却系统，降低了工作部件的温升。采用交流变频电机直接驱动泵轴的传动方式，有效提高了系统的工作可靠性。对整机的主要零部件和结构进行了受力计算和ANSYS分析。
　　设计完成的五缸泥浆泵由四川宏华石油设备有限公司生产，并且在公司内部做了测试和工业性试验。实验结果表明。通过与传统泥浆泵进行试验对比，所研制的五缸泵很好的解决了传统泥浆泵所存在的问题。主要表现在:泵组的质量和体积各减少了50％;压力更趋于稳定，压力波动减少16.5％，且无需排出空气包;运动重量件减少70％，惯性力小，运转平稳;传动部件使用寿命有了很大提高。由于新型泥浆泵排量大，1台5NB2400GZ新型五缸泵组可以代替2台1600hp老式泥浆泵组。
　　新型五缸泥浆泵的成功研制和应用，形成了企业的拳头产品，不光为企业带来了可观的经济效益，还具有良好的社会效益。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 泥浆泵的国内外研究现状及发展趋势

1．3 课题研究的主要内容

1．3．1 产品或技术的主要研究内容

1．3．2 关键技术及工艺

1．4 课题的目标与意义

第2章 五缸泵结构原理及主要功能部件

2．1 五缸泵的工作原理

2．2 五缸泵主要部件的功能分析

2．3 五缸泵的主要设计要点

2．4 小结

第3章 五缸泵主承载件设计及受力分析

3．1 渐开线圆柱齿轮疲劳强度计算

3．1．1 齿轮参数的设计及材料选择

3．1．2 齿轮的应力分析

3．2 曲轴设计及受力分析

3．2．1 曲轴强度的计算

3．2．2 曲轴强度校核

3．3 连杆、十字头部件设计及受力分析

3．3．1 连杆强度计算

3．3．2 十字头部件强度计算

3．4 轴承设计计算及受力分析

3．4．1 滑动轴承的强度计算

3．4．2 滚动轴承的强度计算

3．5 机架的强度计算

3．5．1 机架的载荷和约束

3．5．2 有限元计算结果分析

3．6 排出液缸的强度计算

3．7 小结

第4章 五缸泵的应用及发展前景

4．1 五缸泵的应用

4．2 五缸泵的发展前景

4．2．1 新型五缸泵与现有国内外泥浆泵的比较

4．2．2 可预计取得的经济效益

第5章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 论文主要创新点

5．3 研究工作展望

致谢

参考文献