一種新型固井水泥車的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

王斌虎（中石油新疆油田分公司設(shè)備管理處，新疆 克拉瑪依 834000）

一種新型固井水泥車是在卡車上裝有1臺(tái)臥式三缸單作用柱塞泵的注水泥漿設(shè)備。柱塞泵由車上1臺(tái)DDC6063－HV39柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。該車配備了自制水泥漿系統(tǒng)，具有自動(dòng)混漿及二次混漿功能。整車及其設(shè)備運(yùn)行分別由電路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作均集中在控制臺(tái)上，由1人完成，方便可靠，自動(dòng)化程度高。為保證固井質(zhì)量，該車設(shè)有低壓非放射性密度計(jì)，固井時(shí)能準(zhǔn)確地測(cè)出水泥漿的瞬時(shí)密度值。下面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試用情況，對(duì)該設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 整車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）車上配有1臺(tái)三缸柱塞泵，用于向井口輸送高壓水泥漿或其他液體，由1臺(tái)全電腦控制工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)和柱塞泵間配有性能優(yōu)良的艾里遜液力機(jī)械傳動(dòng)箱，能夠?qū)崿F(xiàn)帶動(dòng)力和帶負(fù)荷換檔，換檔迅速方便。

2）車上配有ACM－Ⅳ密度＆液位自動(dòng)控制混漿系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由下灰閥、高能混合器、混漿罐、擴(kuò)散槽、流量計(jì)、密度計(jì)、離心泵及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。其中的離心泵、攪拌器、下灰油缸等由液壓系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制。干水泥通過(guò)管線經(jīng)下灰閥進(jìn)入高能混合器而混合成水泥漿，混合好的水泥漿在混漿罐中經(jīng)攪拌器進(jìn)一步混合均勻。1臺(tái)用作循環(huán)的離心泵從罐中吸入水泥漿后將一部分水泥漿注入高能混合器進(jìn)一步與干水泥混合，另一部分水泥漿流經(jīng)密度計(jì)回到混漿罐；用作增壓的1臺(tái)離心泵將混合好的水泥漿灌注到三缸柱塞泵的吸入總管。

3）車上分別裝有過(guò)濾、噴油和清洗裝置。作業(yè)時(shí)可過(guò)濾泥漿和清水中的雜質(zhì)。作業(yè)過(guò)程中如設(shè)備發(fā)生故障，可方便地沖洗密度計(jì)和管路中的水泥漿。

4）水泥車的固井作業(yè)操作在平臺(tái)上進(jìn)行。操作平臺(tái)上安裝有儀表控制臺(tái)及護(hù)欄，儀表控制臺(tái)周圍安置有吸入管路和排出管路的控制閥。儀表控制臺(tái)上分別安裝有柴油機(jī)儀表（EDM）、氣壓表、柱塞泵排量表、壓力表、傳動(dòng)箱油溫表、液壓系統(tǒng)壓力表、發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制裝置、傳動(dòng)箱換檔裝置、自動(dòng)混漿裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

5）為保證設(shè)備及人身安全，車上裝有超壓保護(hù)裝置，當(dāng)泵壓超過(guò)事先預(yù)定的壓力值時(shí)保護(hù)裝置開(kāi)始起作用，使車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，三缸柱塞泵停止工作。

6）車臺(tái)柴油機(jī)的油門為電控油門，在操作臺(tái)上能靈活地控制，柴油機(jī)的熄火通過(guò)電源控制。

7）計(jì)算機(jī)可顯示記錄儲(chǔ)存水泥漿密度、清水流量、壓力等固井作業(yè)參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖形化顯示固井作業(yè)參數(shù)及打印該曲線。

2 柱塞泵總成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

柱塞泵總成由減速箱、動(dòng)力端及液力端等部件組成，該泵功率大、壓力高、體積小、重量輕。柱塞表面噴涂耐磨合金粉，耐磨性及抗腐蝕性好。柱塞采用V型盤(pán)根密封。

1）減速箱 減速箱殼體為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，單級(jí)齒輪減速，齒輪采用合金鋼鍛件、漸開(kāi)線齒形。軸的支承采用圓錐滾子軸承。與動(dòng)力端曲軸連接為內(nèi)花鍵。

2）動(dòng)力端 動(dòng)力端的殼體為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，曲軸為整體鍛造結(jié)構(gòu)，動(dòng)力端內(nèi)無(wú)齒輪；連桿為合金鑄鋼，小端軸套為銅合金，大端瓦片為鑄造銅合金。十字頭導(dǎo)向套采用上下兩半結(jié)構(gòu)。

3）液力端 液力端主要由泵頭體、柱塞、盤(pán)根、凡爾總成及凡爾座等組成。液力端泵頭體為整體式合金鋼鍛件，吸入、排出凡爾總成及彈簧完全一致。

3 密度計(jì)使用特點(diǎn)

該車采用的是F300型密度計(jì)。固井用水泥漿是一種堿性高磨損介質(zhì)，作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格控制水泥漿的流態(tài)和流速。儀表箱側(cè)面設(shè)置了密度計(jì)變送器，以顯示水泥漿的密度和流量參數(shù)。通過(guò)控制密度計(jì)出口閥門的開(kāi)度，可以控制水泥漿的流速，以減少對(duì)振蕩管道的磨損，也可以適當(dāng)提高背壓抑制氣泡對(duì)測(cè)量精度的影響。如果開(kāi)度太小，會(huì)使振蕩管內(nèi)產(chǎn)生沉降。因此，水泥漿流速控制在10～15t／h為宜。

在混漿過(guò)程中如果產(chǎn)生氣泡較多時(shí)（比如打漂珠時(shí)）必須使用消泡劑。消泡劑對(duì)氣泡的消除作用很強(qiáng)，應(yīng)緩慢而均勻地加入（可采用噴油裝置加入），在沒(méi)有氣泡時(shí)可以不加。這樣就可以確保密度計(jì)（無(wú)論是直管還是彎管）的測(cè)量精度。

由于水泥漿的凝固速度很快，如果不及時(shí)地對(duì)密度計(jì)清洗，可能會(huì)使水泥漿在密度計(jì)內(nèi)壁結(jié)塊，造成密度

測(cè)量不準(zhǔn)，甚至堵塞密度計(jì)?；鞚{槽、攪拌器、循環(huán)泵、增壓（灌注）泵以及泥漿管路也必須清洗干凈，以防水泥結(jié)塊后脫落進(jìn)入管路而堵塞密度計(jì)。

進(jìn)行密度計(jì)的正沖洗程

序是：關(guān)掉氣動(dòng)蝶閥4、6、7、9，水源通過(guò)噴射泵→手動(dòng)蝶閥K→混漿槽→循環(huán)泵→密度計(jì)→氣動(dòng)蝶閥8→高能混合器。如圖1所示。

圖1 密度計(jì)正沖洗過(guò)程的低壓管匯示意圖

4 混漿裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該車采用噴射式循環(huán)混漿系統(tǒng)。系統(tǒng)具有噴射壓力高、混漿能量大、除氣效果好、水泥漿密度均勻、可混合高密度水泥漿等特點(diǎn)。

混漿裝置由混漿槽、高能混合器、偏心式下灰閥、3×4離心泵（噴射泵）、5×6離心泵（循環(huán)泵）、攪拌系統(tǒng)及管匯組成。噴射泵將清水高速噴射入高能混合器，水泥灰由下灰車或大立罐被空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體吹成懸浮狀后經(jīng)軟管和下灰閥進(jìn)入高能混合器，高速水流產(chǎn)生真空吸入水泥灰而混合成水泥漿。循環(huán)泵吸入混合腔中的泥漿，一路泵送至高能混合器，繼續(xù)與水泥灰混合；一路經(jīng)密度計(jì)回流至混漿槽混合腔。密度計(jì)用于測(cè)量水泥漿的密度。在密度計(jì)的排出口加裝了球閥，可通過(guò)調(diào)節(jié)球閥的開(kāi)啟程度，控制經(jīng)過(guò)密度計(jì)的水泥漿的壓力和流量，這樣不但減小了水泥漿對(duì)密度計(jì)內(nèi)壁的磨損，而且由于有一定壓力使密度計(jì)測(cè)量更為準(zhǔn)確，減小了水泥漿中氣體對(duì)測(cè)量精度的影響。

5 計(jì)量罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

計(jì)量罐的容積配置為4m3，分為2室，每室2m3。計(jì)量罐配置有計(jì)量尺可以計(jì)量液體的排量和混合水容積，也可用于批量混合和投放化學(xué)添加劑。2室可以單獨(dú)計(jì)量，也可以2室互通。

計(jì)量罐的特點(diǎn)是：①設(shè)計(jì)有溢流管線及排污管線；②四點(diǎn)銷軸固定；③配置有計(jì)量罐供水管線，該管線可以對(duì)計(jì)量罐2室交替供水；④排出口的閥門均安裝在罐底，便于開(kāi)關(guān)調(diào)試。