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石油鉆井泵是鉆井循環(huán)系統(tǒng)的心臟，鉆井泵通過空氣包來吸收和釋放鉆井液的能量，減小泵的排量和壓力波動，提高鉆井泵及鉆井工作的可靠性。空氣包的充氣壓力和充氣量直接影響空氣包的作用效果，必須經常對其壓力進行檢查，壓力降低需要及時補充壓力。針對原來在用空氣包高壓充氣機存在的問題，研制新型鉆井用氣動高壓充氣裝置，取得了很好的應用效果。

 

新型鉆井用氣動高壓充氣裝置

 

目 前， 鉆 井 隊 在 用 空 氣 包 高壓充氣機為立式、水冷、三級級差式、 電 動 充 氣 機， 圖 1 為 現(xiàn) 用 的Z-0.27/150 型空氣包電動高壓充氣機實物圖。現(xiàn)用鉆井泵空氣包電動高壓充氣機在安全角度、成本因素、操作要求、使用約束四方面存在問題，且受使用約束，即空壓機使用環(huán)境溫度要低于 40℃，高于 -20℃；不能在粉塵污染的環(huán)境使用；不能在靠近易燃易爆區(qū)域使用；機器安裝與地面傾斜角不得超過 5° ；對環(huán)境要求較高，井場環(huán)境惡劣對其使用壽命影響很大。綜上，研制一種安全可靠、結構簡單、攜帶方便、易于維修、性價比高的充氣裝置代替原電動高壓充氣機是十分必要，且具有實用意義。

 

研發(fā)新型充氣裝置
 

主要針對井隊在用的空氣包電動高壓充氣機存在的結構復雜、不易維修、重量大、運移不便、購置維護成本高等諸多弊端，設計一種結構簡單、易于維護、攜帶方便、成本低廉、使用安全的高壓充氣裝置代替現(xiàn)有的電動高壓充氣機。通過對鉆井現(xiàn)場實際情況進行分析：空氣包氣囊充氣壓力為 3~4MPa，最高不超過 4.5Mpa，不屬于超高壓范圍，用普通的空氣壓縮機就能實現(xiàn)此壓力輸出；鉆井隊現(xiàn)場均配有兩臺（一臺自動壓風機一臺電動壓風機）或兩臺以上（一臺自動壓風機多臺電動壓風機）大型空氣壓縮機，單臺壓風機排氣量在每分鐘6 立 方 以 上， 排 氣 壓 力 0.8MPa,供氣量遠大于鉆井現(xiàn)場的實際用氣量；機房、鉆臺氣路鋪設廣泛，井場用氣十分便利，無需重復投資帶動壓縮機工作的原動機部分（如柴油 機 或 電 動 機）， 只 需 要 將 現(xiàn) 場0.8MPa 的壓縮氣體進行增壓即可滿足鉆井泵空氣包氣囊 4MPa 壓力的充氣要求；鉆井現(xiàn)場所用氣源已經過干燥處理，無需在裝置中進行二次干燥。所以完全可以利用鉆井現(xiàn)場自有的壓縮空氣做為驅動氣源和增壓氣源，設計一種大面積往復運動活塞利用壓縮沖程將低壓氣轉變?yōu)轭~定壓力的高壓氣流的增壓裝置，取代現(xiàn)有的 Z-0.27/150 型電動充氣機，實現(xiàn)降本增效的目標。

新裝置工作原理設計
 

確定了新型空氣包充氣裝置采用鉆井現(xiàn)場自有的壓縮空氣做為驅動氣源和增壓氣源，設計出一種由驅動裝置、增壓裝置、減壓閥、單向閥、換向閥等組成的新型增壓裝置，其原理為對大徑活塞施加一個 低壓，當此壓力作用于一個小面積活塞上時，產生一個高壓。通過大面積活塞的壓縮沖程將低壓氣轉變?yōu)轭~定壓力的高壓氣流，通過氣控換向閥使增壓泵能夠實現(xiàn)連續(xù)運行。當壓力為 0.3~0.8Mpa 的驅動氣源進入驅動裝置時，通過換向閥實現(xiàn)活塞往復運動帶動增壓裝置工作。該裝置裝有彈簧止回閥，用于控制增壓后的氣體進出通道，當增壓裝置的活塞桿處于吸入沖程時，進口控制閥打開，出口控制閥通過彈簧保持關閉時，將低壓供氣引入泵內；增壓沖程時，進口控制閥關閉，出口控制閥打開，增壓裝置的活塞桿通過出口控制閥壓縮增壓后的氣體流出，將 0.3~0.8Mpa 低壓氣轉變?yōu)?3~8Mpa 額定壓力的高壓氣流，充裝到鉆井泵空氣包氣囊內。