固井水泥車的發(fā)展趨勢(shì)

梁玉海

（中原工程有限公司固井公司，河南濮陽 457000）

固井水泥車的發(fā)展趨勢(shì)

梁玉海

（中原工程有限公司固井公司，河南濮陽 457000）

主要介紹了固井水泥車以及它的發(fā)展趨勢(shì)。

固井水泥車；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

1 固井水泥車現(xiàn)狀

隨著大功率、高壓力、大排量、計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)混漿系統(tǒng)的GJC40-17單機(jī)單泵和GJC70-25GJC100-30雙機(jī)雙泵廣泛應(yīng)用，江漢四機(jī)廠從20世紀(jì)80年代引進(jìn)美國(guó)DS公司先進(jìn)固井車，F(xiàn)MC公司高壓活動(dòng)彎頭，SPM公司高壓管匯，國(guó)內(nèi)技術(shù)實(shí)力較為雄厚的江漢四機(jī)廠同時(shí)學(xué)習(xí)消化和吸收了美國(guó)哈里伯頓水泥車的先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)用戶需求相繼研制生產(chǎn)適合陸地、海洋、沙漠氣候環(huán)境的多種系列和特色產(chǎn)品，壓力從35～100MPa，排量從1 600～3 500L，平臺(tái)混漿工作方式從下灰、清水排量手動(dòng)調(diào)節(jié)到到現(xiàn)在的電腦自動(dòng)控制。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件水平的不斷提高，自動(dòng)控制水平使水泥漿的密度調(diào)節(jié)更加均勻和準(zhǔn)確，保證了混漿質(zhì)量，基本避免了混漿流體密度人為工操作難度大的弊病。水泥漿密度測(cè)量從最初的帶有放射性元素的密度顯示計(jì)取而代之的利用超聲波原理，更加環(huán)保和安全的便捷方式。現(xiàn)在使用的單機(jī)單泵和雙機(jī)雙泵都具備固井施工參數(shù)模擬功能，不用去施工現(xiàn)場(chǎng)，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)輸入操控界面即可模擬現(xiàn)場(chǎng)固井作業(yè)。

2 固井水泥車研發(fā)的重心

1）固井設(shè)備技術(shù)升級(jí)：固井設(shè)備核心為三缸柱塞泵，受結(jié)構(gòu)尺寸限制，泵的壓力、排量等參數(shù)已達(dá)到極限。隨著固井施工工藝的不斷改進(jìn)，對(duì)泵的效率、體積、排量、壓力提出更高要求。同一種結(jié)構(gòu)柱塞泵的排量主要由沖程、沖次決定了泵的容積效率。增大容積效率要從對(duì)泵閥結(jié)構(gòu)、吸入、排出管匯流程、液力端容器腔內(nèi)部構(gòu)造開展基礎(chǔ)研究，模擬工況建立一套完整的三缸柱塞泵實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為理論模型提供可靠數(shù)據(jù)支撐，逐步對(duì)現(xiàn)有的柱塞泵腔型結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，采用高強(qiáng)度的新型材料，減輕泵的外型體積和重量，可使泵的排量進(jìn)一步提升。

2）根據(jù)用戶的需求，國(guó)內(nèi)擁有雄厚技術(shù)實(shí)力的廠家，不斷擴(kuò)展固井泵產(chǎn)品系列：從美國(guó)DS公司引進(jìn)PG泵和和PD泵技術(shù)，開發(fā)了600HP泵，直徑3”～4.5”，壓力45～100MPa，在功率范圍、和直徑系列結(jié)構(gòu)形式方面還有廣闊空間。通過研發(fā)，使功率范圍范圍達(dá)到300～1 000HP，泵的工作壓力為45～140MPa，泵的柱塞直徑3”～5”。由于新疆順北區(qū)塊油氣超深井地層復(fù)雜情況的不斷出現(xiàn)，對(duì)固井作業(yè)施工壓力、排量、密度提出了更高要求。將助推大功率或者超大功率注水泥裝備的快速發(fā)展，研究開發(fā)五缸泵固井水泥車產(chǎn)品成為發(fā)展方向，柱塞直徑為3”～4”，沖次在300r/min情況下，泵壓力40～100MPa，排量達(dá)到1 500～2 800L。

3）隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，不斷提高人機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)水平。我們現(xiàn)在使用的雙機(jī)雙泵自動(dòng)控制水平在國(guó)內(nèi)也是領(lǐng)先的，設(shè)備配有水泥二次混漿系統(tǒng)，整機(jī)設(shè)備操作由電路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，均集中在控制臺(tái)上，操作工一人操作即可完成。目前同類設(shè)備之間和不同設(shè)備協(xié)同施工配合非常關(guān)鍵，2臺(tái)或3臺(tái)水泥車同時(shí)施工，現(xiàn)場(chǎng)施工指揮主要靠無限對(duì)講機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)溝通，要實(shí)現(xiàn)專家和決策層對(duì)固井的遠(yuǎn)程控制，必須建立一套指揮控制系統(tǒng)，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將無限衛(wèi)星通訊應(yīng)用于固井作業(yè)數(shù)據(jù)無線傳輸，專家遠(yuǎn)在千里之外就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)固井現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的監(jiān)控。

3 固井水泥車設(shè)備未來發(fā)展的動(dòng)向

固井水泥車正在向大功率、多功能、智能化和系列化發(fā)展。隨著石油、天然氣、頁巖氣勘探開發(fā)難度的加大，固井技術(shù)要緊跟勘探開發(fā)的步伐，尤其是某些勘探開發(fā)區(qū)塊設(shè)計(jì)井深超過5 000～8 000m，屬于深井、超深井固井作業(yè)，以及超高壓氣井作業(yè)對(duì)固井作業(yè)時(shí)要求清水頂替壓力達(dá)到40～50MPa，排量超過2～2m3/min，持續(xù)作業(yè)時(shí)間超過5～8h。這將助推大功率或者超大功率固井水泥車的研發(fā)和使用。比如國(guó)內(nèi)涪陵頁巖氣項(xiàng)目的開發(fā)，井深平均都在4 000m左右，（常規(guī)井替漿量小于1.4m3/min）；注水泥漿排量達(dá)到2m3/min以上，清水替漿壓力在30MPa，碰壓達(dá)到40MPa，尾管連續(xù)注灰時(shí)間在1個(gè)多小時(shí)，注灰壓力通常在20MPa左右。目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的固井泵主要以SPM泵和四機(jī)廠生產(chǎn)HTP600泵為代表的三缸柱塞泵，因受整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)局限，承壓能力、排量上限等作業(yè)能力已達(dá)這種設(shè)備的最大極限，有必要開發(fā)適合涪陵頁巖氣固井施工特點(diǎn)的裝備，平臺(tái)輸入功率在1 000HP左右，額定壓力為70MPa的五缸泵、操作系統(tǒng)ACM-Ⅳ混漿系統(tǒng)與施工要求相匹配。

油田不同開發(fā)區(qū)塊，地層漏失程度不同，要求更寬的水泥漿密度調(diào)節(jié)范圍，因特殊區(qū)域地層在鉆井時(shí)出現(xiàn)易塌、易滲漏，水泥漿密度設(shè)計(jì)超低，要求設(shè)備要適合超低密度水泥漿混合控制要求，密度調(diào)節(jié)范圍在0.7～3.0g/mL，不同于常規(guī)注水泥設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的是液氮作為減輕劑填充入水泥漿。主要配套設(shè)備有：液氮輸出增壓系統(tǒng)、發(fā)泡劑混合裝置、泡沫水泥漿與液氮混合裝置、工藝參數(shù)操作控制系統(tǒng)等。

4 建立固井大數(shù)據(jù)庫

研制開發(fā)固井技術(shù)模擬軟件，整合固井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集平臺(tái)，為固井專家和決策者提供方便、快捷的固井施工指揮工具，提高固井應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)和智能化管理水平。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，固井設(shè)備成套和多功能集成情況下，各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸非常容易實(shí)現(xiàn)，多臺(tái)固井設(shè)備的遠(yuǎn)程控制智能化已經(jīng)成為可能。

Development Trend of Cementing Cement Truck

Liang Yu-hai

This paper introduces the cementing vehicle and its development trend.

cementing cement vehicle；current situation；development trend

TE925.2

A

1003-6490（2017）12-0231-01

2017-10-15

梁玉海（1969—），男，河南濮陽人，工程師，主要從事裝備管理工作。