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水井施工常用泥浆泵的工作原理和种类

泥浆泵是钻井液循环系统中的关键设备,用于在压力下向井底输送钻井液,以便冷却钻头、挟带岩屑和保护井壁,同时也是井底动力钻具的动力液。泥浆泵属于往复泵的一种,其作用原理与一般往复泵完全相同。

一、结构与工作原理

卧式单杠单作用往复泵的工作原理如下图所示,它由驱动(动力端)单元与水力(液力端)单元两大部分组成。

泥浆泵(钻井泵)工作原理示意图

在工作时、动力机通过皮带、传动轴、齿轮等传动部件带动主轴及固定其上的曲柄旋转。当曲柄从水平位置自左向右逆时针旋转时,活塞向动力端(上图中右方)移动,液缸内压力逐渐减小并形成真空,池中被吸入的液体在液面压力作用下,顶开吸入阀进人液缸,直到活塞移动到右止点,这个工作过程称为泵的吸入过程。曲柄完成了上述的吸入过程后,继续沿逆时针方向旋转,这时活塞开始向液力端(上图中左方)运动,液缸内液体受到挤压,压力升高,吸入阀关闭,排出阀被顶开,液体进入排出管,直至活塞运动到左止点,这个工作过程称为泵的排出过程。随着动力机连续不断地运转,往复泵不断重复吸入和排出过程,将池中的液体吸入后源源不断地经排出管送向井底。

活塞在液缸中移动的距离,称作活塞的冲程;活塞每分钟往复运动的次数称作活塞的冲次。

二、泥浆泵的分类

泥浆泵的种类较多,分类方法也不一样,归纳起来大致有以下几种类型:

(1)按液缸数目分为双缸泵、三缸泵等。

(2)按一个活塞在液缸中住复一次吸入或排出液体的次数分,吸液或排液一次的称为单作用泵,吸液或排液两次的称为双作用泵。

(3)按液缸的布置方式及相互位置分,有卧式泵、立式泵、V形泵和星形泵等。

(4)按活塞式样分为活塞泵、柱塞泵等。

由于泥浆泵输送的液体通常是钻井液,故习惯上又称泥浆泵为钻井泵,目前水井钻机在施工中使用的泥浆泵主要是三缸单作用和双缸双作用卧式活塞泵、以及立式泵。

水井钻机施工中常用的泥浆泵图片

三、主要技术参数

泥浆泵工作能力的大小可以用其基本技术参数来表示,分别是流量、压头、功率、效率、冲次和泵压等。

(1)流量:是指在单位时间内泥浆泵通过排出管输出的液体量,通常以体积单位表示,又称为体积流量,其单为:m³/h或L/s。泥浆泵中的流量又分为平均流量和瞬时流量,通常所说的流量一般是指平均流量,习惯上把流量称作排量。

(2)压头:指的是单位质量的液体经泵压所增加的能量,也称为扬程,单位为m液柱。

(3)功率和效率:是指泥浆泵在单位时间内所做的功。一般把在单位时间内发动机传到泵轴上的能量称为输入功率或主轴功率;把在单位时间内液体经过泥浆泵后增加的能量称为泥浆泵的有效功率。功率的单位为kW,泥浆泵的效率是指有效功率与输入功率之比。

(4)冲次:是指在单位时间内活塞的往复次数,单位为次/min。

(5)泵压:是指泥浆泵排出口处的液体压力,单位为N/m2( Pa)、MPa。


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