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

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。

固井水泥車；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1 固井水泥車現(xiàn)狀

隨著大功率、高壓力、大排量、計算機(jī)控制自動混漿系統(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DS公司先進(jìn)固井車，F(xiàn)MC公司高壓活動彎頭，SPM公司高壓管匯，國內(nèi)技術(shù)實力較為雄厚的江漢四機(jī)廠同時學(xué)習(xí)消化和吸收了美國哈里伯頓水泥車的先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合國內(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，平臺混漿工作方式從下灰、清水排量手動調(diào)節(jié)到到現(xiàn)在的電腦自動控制。隨著計算機(jī)硬件和軟件水平的不斷提高，自動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。水泥漿密度測量從最初的帶有放射性元素的密度顯示計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?，F(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，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)輸入操控界面即可模擬現(xiàn)場固井作業(yè)。

2 固井水泥車研發(fā)的重心

1）固井設(shè)備技術(shù)升級：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驗設(shè)備，為理論模型提供可靠數(shù)據(jù)支撐，逐步對現(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，國內(nèi)擁有雄厚技術(shù)實力的廠家，不斷擴(kuò)展固井泵產(chǎn)品系列：從美國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)雙泵自動控制水平在國內(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)械傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)，均集中在控制臺上，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臺或3臺水泥車同時施工，現(xiàn)場施工指揮主要靠無限對講機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)溝通，要實現(xiàn)專家和決策層對固井的遠(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現(xiàn)對固井現(xiàn)場施工作業(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)對固井作業(yè)時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。比如國內(nèi)涪陵頁巖氣項目的開發(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)注灰時間在1個多小時，注灰壓力通常在20MPa左右。目前國內(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的裝備，平臺輸入功率在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)域地層在鉆井時出現(xiàn)易塌、易滲漏，水泥漿密度設(shè)計超低，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)實時采集平臺，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，各項數(shù)據(jù)傳輸非常容易實現(xiàn)，多臺固井設(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。