第一篇：3NB-1300钻井泥浆泵—液力端系统的设计
目 录
摘 要........................................................III ABSTRACT...................................................IV 1前 言
1.1 课题的背景及研究意义..................................................................................................5 1.2 钻井泥浆泵的现状与趋势分析......................................................................................7 1.2.1我国钻井泥浆泵现状...............................................................................................7 1.2.2 钻井泥浆泵的发展趋势..........................................................................................8 1.3 现有研究的不足及本文研究的内容..............................................................................9
2钻井泵基本参数的确定
2.1 排量................................................................................................错误！未定义书签。2.2 泵压................................................................................................错误！未定义书签。2.3冲程及冲程长度............................................................................错误！未定义书签。2.4泵的额定功率................................................................................错误！未定义书签。2.5 额定活塞推杆力............................................................................错误！未定义书签。
3钻井泥浆泵液力端总体设计
3.1 液力端的总体方案结构设计........................................................错误！未定义书签。3.1.1缸盖结构.................................................................................错误！未定义书签。3.1.2 凡尔体结构............................................................................错误！未定义书签。3.1.3 拉杆结构................................................................................错误！未定义书签。3.1.4活塞结构.................................................................................错误！未定义书签。3.1.5缸套结构.................................................................................错误！未定义书签。3.1.6阀箱结构.................................................................................错误！未定义书签。3.2 钻井泥浆泵的主要作用及工作机构............................................错误！未定义书签。液力端易损件设计分析
I
4.1 泵阀设计分析................................................................................错误！未定义书签。4.2活塞设计分析................................................................................错误！未定义书签。4.3 缸套设计分析...............................................................................错误！未定义书签。
总 结..........................................错误！未定义书签。谢 辞..........................................错误！未定义书签。参考文献........................................II
错误！未定义书签。
摘 要
为了满足国际市场的需要，石化行业都在不断加大钻井设备的投入，同时加快了老钻机的更新改造和新型轻便钻机的研制步伐，加之国际市场对钻井泵的需求量增大，使得钻井泵的供求矛盾更加突出。随着新钻井工艺的应用和发展，要求开发具有更高更好性能的新型钻井泵。
本文在液力端系统总体结构和工作原理的基础上,对3NB-1300钻井泥浆泵液力端系统进行详细的结构设计与分析，重点对冲程、冲次及液力端易损件进行设计与计算。
关键词：钻井泥浆泵；液力端系统；冲程；冲次
III
3NB-1300 Mud Pump--Design of the Hydraulic System
ABSTRACT In order to meet the demand of international drilling market, the petrifaction industry are constantly increasing the investment in drilling equipment, and speeding up the upgrading of the old driller and the development of the new driller.With the increased demand of mud pump at the international market, the contradiction between the supply and demand of the mud pump is more prominent.With the application and development of new drilling technology, the market requires the better performance of new drilling pump.This thesis detailed designs the structure of the hydraulic system of 3NB-1300 mud pump at the basis of overall structure and operating principle, and focus on the design and computing of the stroke, frequency and the wearing part.Key Words: Mud pump;Hydraulic system;Stroke;Frequency
IV
1前 言
1.1 课题的背景及研究意义
石油钻井技术发展90年代, 由于海洋深水油气田的开发和大量水平井钻井的需要, 不仅使钻机的功率加大, 提升能力加强, 而且使钻井泥浆泵功率也增加到1470～1618kW(2000～2200hp)。泵压则由35MPa提到52.7MPa。这种新参数的泥浆泵已经在半潜式、浮动钻井船, 改造的自升式平台上大量采用。并在英国北海油田、美国墨西哥湾油田、西非海岸的油气开发中服役。在南中国海也将3NB1600 型泵的泵压提高到52.7MPa 后使用在钻井平台上。预计在未来的几年中, 在我国的各类海洋平台和钻井船上3NB1300型和3NB1600型泵也将陆续改造为52.7MPa 或更换成3NB2200型泵。而在沙漠中大于7000m 的油气井也将用3NB2200型泵来完成。
采用大功率泥浆泵主要是解决在水平井段防止钻杆卡钻和清除井底岩屑, 加快进尺, 为井下提供动力, 缩短钻井周期, 降低钻井成本。目前在一般水深小于1200m 的油田, 半潜式钻井船日租费用为$2.5万元/天, 而在超深水域半潜式钻井船将高达$12万元/天。因此, 采用安全可靠、性能先进的高压大功率泥浆泵是提高钻井效益的有效途径。
目前, 国产大功率三缸泵最大为3NB1600型泵, 且压力为35MPa。为了尽快适应日益发展的钻井技术的需要, 应加快研制国产3NB2200型泥浆泵。大功率泥浆泵在海上油田的采用, 势必扩展到陆上超深井和水平井钻机上, 就像过去三缸单作用泵在海洋钻机上替代双缸双作用泵一样, 形成一场革命, 很快扩展到陆地钻机。随着泵压的升高, 对钻机中各类钻具的性能要求也将随之提高, 否则, 采用高压大功率泥浆泵后带来的钻井效益将由于钻具的频繁损坏而殆尽。
国外三缸单作用钻井泵的结构特点如美国三缸泵的液力端，阀箱采用L型，阀箱的吸入阀和排出阀为分体结构。吸入阀采用螺纹压紧，其壳体与阀箱螺纹联接，球形吸入空气包。泵机座多为焊接结构，小齿轮用键固定在传动轴上，大齿轮套安装在曲轴上。曲轴采用直轴与偏心轮一起铸造的结构。采用双列向心球面调心轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。齿轮采用斜齿或无槽人字齿轮。为了加强易损件的互换，阀腔和活塞杆制定了相应的 标准。随机辅助工具齐全，有
阀座液压拉拔器、液压拆卸器、缸套拆卸器等。俄罗斯三缸钻井泵的现状 俄罗斯三缸钻井泵起步较晚，发展较慢，至今在钻井实践中，仍大量采用双缸泵。但其三缸泵已形成系列，而且发展势头较快。如俄罗斯石油钻机主要生产厂家，乌拉尔重型机械制造联合公司计划新建一个生产三缸泵的专业化分厂，将生产整体人字齿轮。俄罗斯现有四个功率级别的三缸泵，即600、800、950、和1180kw。俄罗斯三缸泵的液力端，阀箱采用I 型直通式和Ｌ 型，阀箱吸入阀和排出阀不是分体结构，而是一体式液力模块。Ｌ 型阀箱又有吸入阀在前、排出阀在后的常规型和吸入阀在后、排出阀在前的变Ｌ型结构。吸入阀采用液力压紧装置，不依靠螺纹压紧，压紧装置内充满液压油，其壳体与阀箱螺纹联接。排出阀用冠形螺纹压盖压紧。阀盘以锥面和端面与阀座接触，阀盘质量较轻，接触应力较小。阀胶皮保证可靠的密封。活塞—缸套之间有独特的水封装置，喷淋冷却管有铰链装置，可提高可靠性，减少机修时间和使用费用。喷淋泵的开关与钻井泵传动机组联锁，电动泵未起动，钻井泵不能起动，以保护主泵。缸套采用离心浇铸的双金属毛坯或双金属轧制钢管制造。外层是中碳结构钢，内层为高铬耐磨不锈钢。内层的金相组织为细针状马氏体和部分残余奥氏体。使用寿命为500h 左右，最高可达800～900 h。为了方便用户，减少易损件规格，制造的600、800、950及1180KW泵的缸套可以通用。吸入空气包有球形及筒形两种。动力端机座有铸件和焊接件，传动采用小螺旋角斜齿轮传动和宽槽人字齿轮。曲轴是由铸造的偏心轮套在直轴上组成的。采用双列圆锥滚子轴承。十字头滑动面经表面淬火磨削。介杆采用双室密封。随机辅助工具齐全，有阀座液压拉拔器，液压拆卸器，缸套拆卸器等。
关于轻便钻井泵功率在955KW以下，主要配套于4000m以下钻机，因此，轻便钻井泵的市场前景基本依从于4000m以下钻机的使用现状和发展。
随着改革开放的深入及中国加入世界贸易组织（WTO），我国石油钻井队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际钻井市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入，同时加快了老钻机的更新改造和新型轻便钻机的研制步伐，加之国际市场对钻井泵的需求量增大，使得钻井泵的供求矛盾更加突出，各类型钻井泵的缺口每年达200台左右。随着新钻井工艺的应用和发展，要求开发具有更高更好性能的
新型钻井泵。因此该项目具有良好的市场前景。随着越来越多的国产设备步入国际市场，也会极大地提高我国石油装备制造企业的国际声誉，创造出更多的商机。
1.2 钻井泥浆泵的现状与趋势分析 1.2.1我国钻井泥浆泵现状
轻便钻井泥浆泵功率在956kW以下，主要配套于4km以下钻机，因此，轻便钻井泵的市场前景基本依从于4km以下钻机的使用现状和发展。据统计，我国拥有钻机1000余台，占世界钻机总量的32%，其中，中石油集团公司就拥有700余台，因此，中石油集团公司的钻机情况基本反映了国内钻机的现状。在中国石油集团公司拥有的700余台钻机中，4km以下的钻机占总量的80%。平均新度系数仅为0.4，其中，48%的钻机新度系数小于0.3；有500台左右的钻机服役10年以上，亟待更新，与之配套的钻井泵相应也需要更新。我国每年所钻4km以下的井数为总井数的98.5%，4km以下的进尺为总进尺的95.2%。
目前钻井泵主要的特点有：(1）排量和功率大。
(2）钻井泵持续工作于野外，并经常移运。
(3）泵送的介质是泥浆，其中含有碱、酸、硫化氢等腐蚀成分和细小的岩屑。因此，钻井泵液力端的零件在工作时经受介质的腐蚀，磨砺和冲蚀。
上述的基本工作条件又为钻井泵的设计带来以下的特点：(1）冲次低。中、大功率双缸钻井泵的冲次为 60～65min-1，三缸泵的使用冲次为 90～120min-1。在机动往复泵中是最低的。冲次难以提高的首要原因在于钻井泵功率和排量很大，安装条件又差，故对因冲次提高引起的冲击、振动较为敏感；此外，易损件的寿命和吸入条件也是限制冲次提高的重要因素，例如，即使在有喷淋水冷却的条件下橡胶活塞皮碗的运动平均速度一般须控制在 0.9m/s以下。低的冲次要求动力机和曲柄连杆机构之间的传动比大，传动环节多。(2）钻井泵不但排量大，而且泥浆有一定的粘度。有时还需在泥浆中混入纤维状或片、粒状的堵井漏材料。因此，钻井泵除要求吸入、排出管线有较大的流道面积外，还要求有相当大的阀座孔流道面积和阀升程。钻井泵的阀座孔流道直径为100m左右，阀升程为20mm
左右，这比其它种类的往复泵要大得多。这一特点首先决定了钻井泵的泵阀开启、关闭滞后角较大，达 10～20度。这对容积效率和吸入管中的惯性水头值有较大的影响。其次，阀盘直径大，其上受的总液压力也大。其结果，一是恶化了面积有限的阀体一阀座接触面的受载；二是阀体为具有足够的强度必须做得较厚实，增大了它的质量和惯性，这也是不利于提高泵速的因素之一。(3）外形尺寸大。泵的排量决定于冲次、活塞直径和冲程长度，钻井泵的排量大而冲次低，因而必须加大活塞和加长冲程。按它的外形尺寸和重量，钻井泵为往复泵中的巨型泵。(4）钻并泵是在环境条件很差的野外工作，它的某些结构设计也反映了这一特点。主要一点是在传动端全部采用滚动轴承而避免采用液体润滑的高比压滑动轴承。在曲轴连杆部件中，由于不采用滑动轴承，曲轴只能在两端简支，三个曲柄之间没有支点。这一方面减弱了曲轴的强度和刚度，另一方面又将泵内减速齿轮置于两个曲柄之间而不是靠近轴承。而在一般减速箱的设计中，要求齿轮尽可能靠近轴承，以保证较好的啮合。(5）由泵送的介质具有腐蚀性和磨砺性，再加上矿场维护保养条件差，钻井泵液力端的易损件寿命比之其它行业应用的往复泵都要低。设计泵时必须考虑装卸易损件方便。1.2.2 钻井泥浆泵的发展趋势
随着钻井工艺技术，特别是高压喷射钻井、近平衡钻井、丛式定向井、水平井等新工艺、新技术的发展，钻井泵进一步向大功率、大排量和高泵压方向推进，作为钻机“ 心脏”的钻井泵，其性能水平和使用寿命同钻井速度和生产成本有着直接关系，同时其工作条件又十分恶劣，工况也异常复杂，对钻井泵的可靠性和安全性提出越来越高的要求。
对于轻型钻井泵来说，排出压力将进一步增高，以适应现代钻井工艺的要求。多年来，钻井的实践证实，只有卧式活塞泵能满足钻井工艺要求，钻井使用的活塞泵传动功率由300～2000kW，最大排量8～50L/s，最小排量下的最高压力为9～40MPa。从排量的均衡性，对不同结构泵的排量不均度进行分析，结果表明，曲柄错角120o的三缸泵比其他方曲柄错角等的多缸泵都有利；三缸以上的泵由于结构复杂、维修困难和易磨损而难以广泛应用。近年相继开始研制出5缸、7缸斜盘型轴向柱塞泵、双缸单作用液压钻井泵等新型钻井泵，但由于维修不便及使用寿命等因素限制了其推广应用。所以目前国内外钻井泵的主要型式仍为三缸单作用
往复泵。
三缸泵的液力端为L 形结构，复合锥面阀胶皮，冷却缸套活塞内孔喷射移动式喷淋装置，直立式吸入空气包；动力端体外强力润滑系统，闭式内固定导板机构。因此，轻便钻井泥浆泵的发展趋势是降低额定冲数，由150min-1降到110～120min-1；增大冲程，最大冲程已达300mm以上。
降冲次可以提高易损件寿命，如，活塞密封、缸套的使用寿命，还可以减少惯性损失、改善泵的吸入性能，同时提高泵动力端齿轮、轴承等零部件的使用寿命，大大提高钻井泵的可靠性。合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足钻井过程中的排
量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的效能，成为今后钻井泵设计的发展方向。
1.3 现有研究的不足及本文研究的内容
一、钻井泵存在的主要问题
目前，国内外三缸单作用往复式钻井泵存在的主要问题包括以下几个方面： a）钻井泵质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约钻机的移运性。b）冲程短，冲次高。钻井泵在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短。
c）泵压低，不能完全满足钻井工艺的需要。
d）结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻机高可靠性要求。
e）缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。
二、钻井泵主要参数的合理选择（1）泵的额定冲次n 钻井泵的冲次n 是泵的主要参数之一。相同功率下，冲次高使得泵体积小、质量轻，制造费用、运输费用和维护保养费用较小；冲次高则不能充分发挥三缸单作用泵的效能，因此，对冲次的选定将决定钻井泵的性能可靠性、使用性和经济性。降低冲次还可以提高泵吸入性能，特别是提高三缸泵的自吸能力。可延长易损件的使用寿命。钻井泵冲次的高低对易损件的寿命具有很大影响。活塞失效的主要原因是挤伤和磨损，由于活塞平均速度与冲次成正比，当冲次降低后，活
塞往复运动的速度减慢，活塞与缸套之间的摩擦功耗产生的摩擦热减少，从而延长活塞密封的使用寿命，也提高了缸套的使用寿命。同时，十字头、导板、阀和阀座的寿命都有所提高。另外，冲次降低后，惯性损失减少，泵不易产生水击现象，惯性力减弱，将会提高泵动力端齿轮、轴承等零部件的使用寿命。（2）泵的冲程长度
泵的冲程长度是钻井泵的另一重要指标。在降低冲次的前提下，适当加长冲程长度是合理的，而且还可以进一步改善其吸入性能。经合理搭配泵的冲程长度，泵的额定冲次，缸套直径，在泵的理论排量、排出压力满足钻井工艺要求的前题下使泵的惯性水头系数小于0.34m/s2时，能够确保钻井泵自吸性能良好。（3）正确设计吸入管汇
为保证液流与活塞同步增速，液流需要消耗一定的能量，即称为加速度水头损失或惯性损失。随着所用吸入管线的形式不同，这种损失可能加大或减小。要控制惯性损失，提高泵的吸入性能，应使吸入管线应有足够的液体；选用直通式泵头；吸入系统应绝对密封。
因此，以此为契机我们把钻井泵冲次及冲程长度作为钻井泵的重要参数。
三、设计原始参数
本文主要完成3NB-1300钻井泥浆泵液力端系统设计。设计原始参数为： ① 泵型：卧式三缸单作用 ② 输入功率：956千瓦
③ 齿轮传动比：I=128/35=3.657 ④ 主动轴额定转速：437.77转/分
⑤ 外形尺寸（长*宽*高）：5050*2406.5*2655 ⑥ 总质量（包括皮带轮、予压空气包和喷淋系统）：22300Kg 设计任务：本题目将设计一台3NB-1300钻井泥浆泵，主要有液力端部分，泵壳部分、动力端部分、润滑部分等组成。本子题目将对3NB-1300钻井泥浆泵液力端进行系统的设计。
具体内容为：
① 3NB-1300钻井泥浆泵的总体设计
② 对3NB-1300钻井泥浆泵的液力端进行详细设计，绘制总装配图和零件图
若干；
③ 翻译英文文献不少于3000单词； 基本要求：
① 查阅文献，并写出文献综述； ② 提出可行性方案，并写出开题报告； ③ 设计并选择总体设计方案；
④ 进行3NB-1300钻井泥浆泵液力端和润滑部分的详细设计和计算。
用AutoCAD2004软件画出平面图形。用Solid Works软件进行三维造型。
需要完整论文和图纸联系球球：八零六九九九七四二
第二篇：钻井泥浆泵结构工作原理
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钻井泥浆泵结构工作原理
泥浆泵原理
泥浆泵是在钻探过程中，向钻孔输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分。它的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进，并将打钻后岩屑带回地面的作用。在常用的正循环钻探中﹐泥浆泵是将地表冲洗介质─清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下﹐经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端﹐以达到冷却钻头﹑将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的﹐由动力机带动泵的曲轴回转﹐曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往復运动。在吸入和排出阀的交替作用下﹐实现压送与循环冲洗液的目的。
泥浆泵性能
泥浆泵性能的两个主要参数为排量和压力。排量以每分钟排出若干升计算﹐它与钻孔直径及所要求的冲洗液自孔底上返速度有关﹐即孔径越大﹐所需排量越大。要求冲洗液的上返速度能够把钻头切削下来的岩屑﹑岩粉及时冲离孔底﹐并可靠地携带到地表。地质岩心钻探时﹐一般上返速度在0.4～1米/分左右。泵的压力大小取决于钻孔的深浅﹐冲洗液所经过的通道的阻力以及所输送冲洗液的性质等。钻孔越深﹐管路阻力越大﹐需要的压力越高。随着钻孔直径﹑深度的变化﹐要求泵的排
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量也能随时加以调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度﹐以达到改变排量的目的。为了準确掌握泵的压力和排量的变化﹐泥浆泵上要安装流量计和压力表﹐随时使钻探人员瞭解泵的运转情况﹐同时通过压力变化判别孔内状况是否正常以预防发生孔内事故。
泥浆泵分类
泥浆泵分单作用及双作用两种型式﹐单作用式泥浆泵在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作。而双作用式泥浆泵每往復一次完成两次吸排水动作。若按泥浆泵的缸数分类﹐有单缸﹑双缸及三缸3种型式。
污水泥浆泵是单级单吸立式离心泵,主要部件有蜗壳、叶轮、泵座、泵壳、支撑筒、电机座、电动机等组成。蜗壳、泵座、电机座、叶轮螺母是生铁铸造、耐腐蚀性较好,加工工艺方便。叶轮为三片单园弦弯叶,选用半封闭叶轮,并采用可锻铸铁、所以强度高,耐腐蚀;加工方便,通过性好,效率高。为了减轻重量和减少车削量、泵轴是优质碳素钢冷拉园钢制造。泥浆泵座中装有四只骨架油封和轴套,防止轴磨损,延长轴的使用寿命。本泥浆泵可垂直或倾斜使用,占地面积小,蜗壳需埋在工作介质中工作,容易启动,不需引水,旋转方向应从电机尾部看是顺时针方向工作。总机长度备有各种规格,以便使用单位根据用途因地制宜地选用。
第三篇：泥浆泵动力端参数优化及设计---开题报告
毕业设计
开题报告
题
目
3NB－1300泥浆泵
动力端参数优化及结构设计
专
业 机械设计制造及其自动化
班
级
机械设计制造2班
学
生
隆
林
凡
指导教师
胡启国
重庆交通大学
2011年
重庆交通大学二0一一届毕业设计（论文）·开题报告
一.选题的理论价值和现实意义
毕业设计是对我们大学四年所学知识的一个综合和应用，这既是一门必修的课程，也是对我们在大学所学知识的一种检验，更是对我们实践能力的一种提高。做好毕业设计既是对自己能力的提高和锻炼，又可以对工程机械的发展提出一定的建议和看法，还有可能对工程机械的理论发展做出微薄的贡献。
随着改革开放的深入及中国加入世贸组织，我国石油钻井队伍“充分利用国内外两种资源、两个市场”，实施走出去的战略，进入国际钻井市场，为了满足参与国际市场的需要，中石油、中石化都在不断加大钻井设备的投入，同时加快老钻井机的更新改造和新型轻便钻井机研制步伐，加之国际市场对钻井泵的需求增大，使得钻井泵的供求矛盾更加突出，各类型钻井泵的缺口每年达200台左右。
根据2000年的统计，中国拥有钻机1000余台，占世界钻机总量的32%，其中中石油集团公司拥有702台，因此，中石油集团公司的钻机的情况基本反映了国内钻机的现状，然而国内生产钻井泵的企业由于各自产品为多年前开发，结构不尽合理，难以满足现代钻井工艺的要求，其缺点主要是①钻井泵质量大，难以适应现代轻便钻机的要求，制约钻机的移运性；②冲程短，冲次高。钻井泵在不适合的冲次范围内工作，致使液力端寿命短；③泵压偏低，不能完全满足现代钻井工艺的需要；④结构不合理，部分强度冗余，部分刚度不足，可靠性低，难以满足钻井机高可靠性要求；⑤缸套寿命短，难以满足钻机高效率要求。
目前国内外钻井泵的主要形式仍为三缸单作用往复泵，为了适应现代钻井工艺的要求，合理降低泵的冲次，适当增加泵的冲程长度，既满足钻井过程中的排量要求，又能确保泵的自吸性能，充分发挥了泵的效能，成为今后钻井泵的设计方向。
二.泥浆泵的发展历程及分类
泥浆泵是石油钻机的三大部件之一，是钻井液循环系统的关键设备。钻井时钻井泵在高压下向井底输送高粘度、大密度和高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并作为井底动力钻具的动力液，辅助钻头钻进。在各种形式的泵中，往复式柱塞泵由于具有能在高压下输送高粘度、大比重、高含沙量和流量相对较小的液体的特性，因而在钻井作业中得到了广泛的应用。
钻井泥浆泵的使用大约已有100多年了。早期泥浆泵的功能仅在于循环泥浆、冷 重庆交通大学二0一一届毕业设计（论文）·开题报告
却井底、携带岩屑等。1940年代末，随着喷射式钻井和井下动力钻具钻井的出现，扩 大了泥浆泵的功能与使用范围。近些年来，随着深井和超深井的开采逐渐增多，对钻井泥浆泵的功率与压力提出了更高的要求。泥浆泵早期的典型结构是双缸双作用泵，这种泵传动效率低、流量和压力波动大、体积大、重量重，不能满足恶劣的钻井工况，尤其是海洋钻井的需要。所以1960年代，比较先进的三缸单作用泥浆泵得到了应用。三缸泵的优点在于体积小、重量轻、效率高、压力波动小。经过40年来的不断改进与完善，三缸单作用泵已经比较成熟，使用效果显著。现在，随着石油开采技术的不断革新和钻井要求的日益提高，又出现了一些新型的泥浆泵。
三.泥浆泵主要设计内容
结合现在泥浆泵的发展趋势，在明确设计任务和设计要求，不要偏离题目：仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作：
1.对目前国内外钻井泵技术的研究和发展进行了分析。
2.了解钻井泥浆泵的基本构成及工作原理，熟悉其设计、生产的基本知识。3.进行钻井泥浆泵动力端的设计。4.泥浆泵动力端静力学分析及三维建模。5.泥浆泵动力端关键部件进行有限元分析。6.装配图及零件图绘制，说明书编制。
四.参考文献
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四．教师意见
指导教师：
五．学院毕业设计（论文）指导小组意见
负责人：
第四篇：数字化石油钻井系统框架研究
数字化石油钻井系统框架研究
杨传书
在信息技术迅猛发展、市场竞争日益激烈的今天，国内外大公司、大企业纷纷加强信息化建设，优化工作流程，提高技术和管理水平，以期达到提高核心竞争力、创新增效的目的。信息化如何带动石油勘探开发这个传统的工业完成新一轮的革命,我国很多石油企业纷纷开始了数字油田的研究与建设。而石油钻井作为上游业务中耗费投资最大又对石油勘探开发水平产生重大影响的工程技术服务板块，其信息化也已经得到石油企业的高度重视。在数字油田建设的大背景下，数字化石油钻井系统建设也已经成为了石油钻井行业信息化的代名词。石油钻井行业的特点及面临的形势
石油钻井是石油勘探开发业务流程中最重要的环节之一。它是最直接的勘探手段，只有通过钻井才能最终确定油气藏的存在。它是实现石油开发（开采）的惟一途径，油气只有通过钻井井眼才能输送到地面。钻井施工作业大多在荒郊野外，而且大多没有进行过大规模的基础设施建设，地理条件复杂，对施工现场的管理和技术支持极为不便。
目前，世界石油钻井行业面临着以下严峻的形势：
1．技术上，要在越来越复杂的地质条件下达到越来越高的中靶精度；管理上，石油企业需要大幅度降低成本，要求钻井管理更加精细化、决策更加科学化。
2．石油钻井工程涉及到多个学科领域，是一个人员与技术高度密集，集技术、管理与经济运营等为一体的系统工程，也是融合多学科技术知识的一项综合工程，要提高整体水平难度很大。
3．钻井工程投资大、风险高，钻井过程中所使用的技术方法和专业技术人员、管理人员所做出的各项决策、制定的方案等都直接关系到钻井施工的效益和成败。
全世界的钻井服务商都面临着前所未有的来自经济与技术两个方面的巨大挑战。国外很多油公司和钻井工程承包商在这方面走在了我们的前面，他们已经逐步建立起了先进的钻井信息系统，实现了数字化施工。国外钻井信息系统的发展情况及特点
国外钻井服务商早在20世纪80年代开始就将信息技术应用到生产指挥中，取得了巨大的经济效益。到90年代，开始研究建立集钻井数据采集、数据信息传输、钻井数据库、钻井工程设计、钻井施工监测和钻井生产指挥为一体的钻井信息系统。钻井参数自动采集，生产信息及时送入现场计算机，通过通讯网络实时传送到总部信息中心，经过专家会诊做出决策，反馈到钻井现场进行实时监督，指挥钻井生产。
国外比我们提前近10几年进行钻井信息技术的开发利用。由于采用了先进的技术及与其相对应的应用系统、应用软件，将信息技术很好地应用到了钻井生产中，充分发挥了计算机的优势，使得钻井水平、速度有了很大提高。可以说国外钻井信息技术应用比较成功的国家，钻井队已到了离开计算机就无法打井的水平。
美国兰德马克(LANDMARK)钻井数据管理平台实现了钻井、完井和老井维修数据资料的一体化管理。意大利阿吉朴(AGIP)公司的钻井信息系统是一套非常先进的钻井信息系统，其特点是实现了钻井数据资料的实时采集和处理。整个系统包括数据采集、卫星通讯和数据处理系统三大部分，数据处理系统的开发技术实现了数学模型和人工智能技术的有机结合，对与钻井工程关系密切的、影响钻井安全的、经济的几个方面作了高水平的开发。BPAmoco，Texaxo 和EnterpriseOil等著名石油公司都已实现了一体化的数据管理和决策支持信息系统，有力地支持了公司决策，大大提高了生产效率，有效地降低了生产成本。
国外钻井信息系统普遍存在以下特点： 1．信息量大，信息覆盖面广 2．网络健全，应用系统丰富
3．信息系统充分利用石油钻井最新技术成果 4．软件与生产实际结合紧密
5．钻井信息系统基于一体化的解决方案
因为信息化建设的投入产生了良好的效益，因此许多大公司敢于不断加大信息化投资力度，从而产生更大的效益，使得信息化建设已经进入了良性发展轨道。我国石油钻井信息化建设的差距
自20世纪末期，我国石油企业开始了以钻井资料管理系统应用为代表的钻井信息化建设。经过多年的探索和实践，大部分企业都建立了钻井数据库，研发或配套了部分应用软件。这些系统促进了钻井技术水平的提高，一定程度上降低了钻井成本，但与国外钻井信息系统相比仍然存在很大差距，与我们国内钻井行业的自身要求仍然不相适应。主要表现在：
1．钻井数据的自动采集率低、实时性差。目前虽然在自动采集软件和远程网络技术方面取得了很好的进展，但就全国而言应用覆盖率仍然很低。
2．各企业的钻井数据库建设良莠不齐，都还没有涵盖钻井信息系统相关的全部数据，比如钻前数据、固井数据、管具数据、HSE数据、专家知识数据以及勘探开发等关联业务数据等等，使得钻井信息应用难以得到全面的信息支持。
3．现有应用系统的集成度和深度不够。虽然现有的系统在网络建设、数据采集和数据的查询、数据处理、钻井调度等方面都做了不少工作，但是缺乏对数据的更深层次分析处理、综合利用以及对钻井全过程的协同管理与指挥功能，钻井的智能化程度还很低，这些都是胜利钻井信息系统需要重点解决的问题。
4．对钻井信息化的管理滞后。虽然各企业或多或少地建立了相应的考核体系和奖惩制度，但由于管理体制改革力度不够，导致系统的推广应用效果不尽人意，尤其是数据不能按规定及时、准确、完整地采集入库，使得整个系统效率难以充分发挥，这就给后续的许多深层次的信息应用造成很大的阻碍。
5．基础设施不能满足应用需求。我国石油钻井企业的服务器配置和网络建设等方面不能满足不断增长的数据管理和应用的需求。
数字化石油钻井系统目标及框架
数字化石油钻井系统是包括钻井数据库、钻井应用软件和钻井基础设施在内的钻井综合信息系统，是在数字油田的大背景下提出的。数字化石油钻井系统的建设目标是：建设一套与国际接轨的具有国际先进水平的钻井信息系统，形成集钻井基层队、钻井专业公司（研究院）、油田总部为一体的，能够满足市场开拓、生产、管理、科研、经营、HSE管理等需求的信息体系，提升我国钻井行业和钻井企业的核心竞争力。
石油钻井的主流程是从市场信息的收集与分析开始，经过地质设计、工程设计、钻前以及钻井施工过程，其中钻井施工过程还包括管具及井控、欠平衡、泥浆、固井、定向井及取心服务等子流程和录井、测井、试油（或中途测试）等关联业务，流程所涉及的单位除了钻井队外，还有钻井设计单位、钻前施工队、固井队、定向技术服务队、欠平衡服务队、泥浆服务队、录井队、测井队、试油队，以及上层的钻井公司、钻井研究机构和技术服务等单位。在全面考虑钻井全过程所涉及到的数据以及各单位从事生产经营活动所需要的应用功能，从钻井数据的采集与管理、上层应用、网络与基础设施配套等三方面提出数字化石油钻 井的总体框架设计，见图1。
上层应用专业辅助应用系统（数据挖掘等深层次）生产、经营管理应用系统基础保障数据发布与检索系统数据质量监控与管理系统管理制度与考核措施档案培训生产科研钻井设计钻井工程钻井实时标准规范专家知识数据存储系统经营管理基建装备生产财务HSE市场企管网络与基础设施后勤支撑钻前管具泥浆定向固井供应运输维修人力资源组织劳资工会团委计生外部关联勘探开发录井测井测试地面数据中心 数据采集系统（软件）图1 数字化石油钻井总体技术框架
1.数据采集与管理体系
数据采集体系是从满足钻井生产业务需求的角度出发，通过数据采集软件和硬件，将钻井生产科研、经营管理、后勤支撑、人力资源以及关联业务等5大类源头数据按照统一的标准规范进行采集管理，做到各种数据在数据发生的第一时间以统一的格式一次性入库并通过校验，直接进入钻井数据中心集中管理，同时支持上层各类业务管理的应用和数据的深层次处理应用。这些数据在逻辑上构成一个统一的库，称为石油钻井数据中心，其内容构成如图2所示。
数据发布与检索系统数据质量监控与维护系统生产科研钻井设计钻井工程钻井实时标准规范专家知识数据存储系统经营管理基建装备生产财务HSE市场企管后勤支撑钻前管具泥浆定向固井供应运输维修档案培训人力资源组织劳资工会团委计生外部关联勘探开发录井测井测试地面数据采集系统（软件）图2 “数字化石油钻井”数据中心构成
生产科研类数据包括钻井设计、钻井工程、钻井实时、钻井技术标准与规范、钻井专家知识等5小类。
经营管理类数据包括基建、装备、生产统计、财务、HSE管理、市场信息、企管合同等7小类。
后勤支撑类数据可分为钻前、管具、泥浆、定向、固井、物资供应、运输、维修、档案、培训等10小类。
人力资源类数据包括组织、劳资、工会、团委、计生等5小类。
外部关联业务类数据包括勘探、开发、录井、测井、测试、地面建设等6小类。2.上层应用体系
数字化石油钻井系统还包括很多数据应用型软件，这些是真正发挥钻井信息效率的系统，主要分为生产经营管理和专业辅助应用2类，如图3所示。
专家咨询决策中心钻井数据综合处理系统钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统钻井专家系统钻井计算机模拟系统随钻地震信息处理系统„ „专业辅助应用系统（数据挖掘等深层次）生产、经营管理应用系统钻井设计系统钻井协同调度指挥系统钻井管具管理系统钻井基层队资质管理系统钻井HSE管理系统钻井质量综合评价系统钻井物流及成本管理系统综合业务管理系统钻井财务网上结算系统„ „生产运营组织中心 图3 数字化石油钻井上层应用软件构成
生产经营管理类软件主要由钻井设计系统、钻井协同调度指挥系统、钻井管具管理系统、钻井基层队资质管理系统、钻井HSE管理系统、钻井质量综合评价系统、钻井物流成本管理系统、钻井企业综合业务管理系统等MIS系统构成，该类应用主要是围绕钻井生产运营组织工作进行的。
（1）钻井设计系统功能主要包括钻井工程设计和管理、钻井轨迹设计、固井工艺优化设计、钻具受力分析、欠平衡钻井优化设计等。系统应该采用网络化协同设计思路进行设计，设计结果实现网上共享。
（2）钻井协同调度指挥系统是以GIS为基础，通过网络方式将钻井生产与管理的所有单位和部门组织在一个虚拟办公室内，通过信息的实时采集和指令的实时传递，实现网络协同调度，从而提高信息的准确性和调度效率。
（3）钻井管具管理系统功能主要包括钻井管具（管材、钻具、井控设备等）的准备、跟踪与管理也是钻井大流程中的重要组成部分，它几乎贯穿钻井全过程。管具管理的效率直接关系到现场管具供应质量和速度，也直接影响整个钻井质量和速度。钻井管具管理系统是对管具公司所有管具的整个生命周期进行管理，提高管理水平和服务水平。
（4）钻井基层队资质管理系统实现对钻井基层队伍的规范、量化管理。（5）钻井HSE管理系统实现对HSE及执行情况进行动态管理与监控。
（6）钻井质量综合评价系统是对钻井质量进行综合评价，主要包含井身质量评价、固井质量评价、井口质量评价、取芯质量评价等。
（7）钻井物流及成本管理系统实现对钻井物流和钻井成本管理。
（8）综合业务管理系统主要处理钻井各单位的日常办公和管理业务，比如生产动态、公文管理、车辆管理、内部交流、党政事务等等，各单位的管理方式不同，所要求的功能也不尽相同，但业务项大体相同。
专业辅助应用是利用人工智能、专家系统、神经网络、模糊逻辑、进化计算等新理论与技术同室内试验相结合，进行钻井工程计算机建模及数据挖掘，以最大程度地发挥信息资源的优势。它主要包括钻井数据综合处理系统、钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统、钻井专家系统、钻井计算机模拟系统、随钻地震信息处理系统等等，该类应用主要是围绕钻井技 5 术专家咨询决策进行的。各系统的主要功能简介如下：
（1）钻井数据处理系统主要包括以下部分：钻井数据分析技术研究；钻井综合成本分析；底部钻具分析；时效分析；与勘探开发数据库、油藏描述数据库、测井数据库、地质录井数据库的接口；井身结构和套管的优化设计；对实钻数据的分析和优化设计；钻井施工措施实时优化；井眼轨迹设计、预测和监控。
（2）钻井地质环境描述及实钻轨迹描述系统是对地层构造、设计轨迹、靶点、老井井眼轨迹、正施工井井眼轨迹等进行三维显示，供现场作业人员用于进行油井路径和钻头空间方位的观察与监视，并且与事先输入的钻井设计数据进行对比，可以为现场作业人员提供钻头的实际空间方位与设计空间方位之间的偏离信息，为操作人员控制钻头的走向提供可靠的依据，以便随时调整钻井工艺，实现可视化钻井。
（3）钻井专家系统主要是利用强大的数据资源（实钻数据和经验数据），结合先进的钻井技术，建立合理的模型，智能地处理钻井施工中的各种问题，达到预防和处理事故，提高钻井速度，降低钻井成本之目的。
（4）钻井计算机模拟系统在快速准确地提供信息的基础上，利用数理统计理论、人工智能方法等，建立数学模型，对工程施工提供可选择的最优方案。
（5）随钻地震的信息处理系统对钻头钻进过程中钻头与钻遇地层之间的撞击、摩擦所产生的微弱地震信号作为信号源进行处理，实现钻井过程时实监测的手段，及时为钻井工程师和决策者提供相关信息。3.基础设施配套体系
基础设施保障方面，需要从钻井基层队—>钻井公司—>油田—>集团总部进行一系列的基础设施建设，建设内容包括数据采集仪器配备、网络建设、服务器配备以及其他相关设施的配套建设。钻井基层队需要配备钻井参数仪、数据采集计算机和无线上网设备（如GPRS/CDMA卡），在偏远山区、沙漠和海洋等地施工的钻井队还需要配备卫星地面站，以实现数据的远程传输和施工的远程指挥；钻井公司以上单位则重点是配备满足数据管理和应用软件运行所需的服务器，应该根据所需量力而行，不可盲目贪大。为了生产调度的方便，可以为钻井公司配备大屏幕等设施，真正实现数字化、可视化调度指挥。基础设施的逻辑部署如图4所示。
卫星摄像机GPRS/CDMA计算机钻井队参数仪钻井队软件应用软件应用计算机参数仪存储钻井分公司软件应用软件应用千兆网存储钻井技术公司千兆网存储钻井分公司软件应用存储固井公司千兆网存储管具公司千兆网主干网千兆网大屏幕(7）千兆网千兆网油田总部IBM软件应用软件应用存储钻井总公司存储
图4 数字化石油钻井基础设施逻辑结构
效益分析
对于石油钻井这个融合多学科技术知识、投资大、风险高的综合工程来说，所使用的技术方法以及中、高层专业技术人员和管理人员所做出的各项决策分析、制定的目标方案都直接关系到钻井施工的效益和成败。另外，钻井作业地区从陆地到海洋，从高原到沙漠，复杂多变，地域辽阔，有的自然条件极其恶劣，远离人烟，偏远、荒芜，给施工带来极大的不便，因此，若仍按石油工业的传统方式组织和指挥施工，将要耗费巨大的成本和代价。另外，由于地质情况的多变性和复杂性，钻井工艺技术的发展不仅需要多种理论知识的指导，而更重要的是通过钻井过程中产生的大量数据资料的分析处理，形成规律性的认识，完善和优化钻井工艺技术，达到提高钻井速度、降低钻井成本、减少钻井过程对油藏污染的目的。这些都离不开信息技术的应用。
数字化石油钻井系统建设能够将钻井实时数据不断采集、传输，经过软件处理，专家会诊后再把决策指令反馈到钻井队，实现实时最优化钻井施工。可以使钻井和油藏地质人员“透视”地下三维图像以实时地监督正钻和待钻的井身轨迹。系统将综合运用网络技术、信息技术、数据库技术、综合性软件集成技术和Internet技术，使钻井过程控制和优化钻井达到新水平，使石油钻井的信息共享和技术应用突破地域的界限，各学科专家组成的项目工作组远程协同工作成为现实。
数字化石油钻井系统的最终价值主要有四个方面：降低钻井成本；整体提高钻井技术水平，从而提高石油勘探开发效率；提高钻井安全性；提高钻井系统的核心竞争力，从而创造更高的效益。
作者简介：杨传书，男，胜利油田钻井工艺研究院钻井信息中心工程师。他长期从事石油软件研发与项目管理、石油企业信息化研究工作。现正在参加国家863科技攻关项目“PetroDW 关键技术研究”以及数字化石油钻井系统研究工作。
第五篇：关于钻井系统人才队伍建设的思考
关于钻井系统人才队伍建设的思考
【摘要】强大的人才优势是企业做大做强的前提和保障，人才队伍建设已经不可逆转地成为决定企业成败的关键所在。尤其是对于高投入、高产出、高风险的石油钻井行业，加强人才队伍建设更为重要。
【关键词】人才；建设；意义；对策
一、加强人才队伍建设的重要意义
一是实施人才强企战略的必然要求。
二是增强企业竞争实力的客观需要。
三是建设世界一流企业的迫切要求。近年来，中国石化集团公司提出了“建设世界一流能源化工公司”的企业愿景。中原油田钻井系统作为集团公司石油工程的标杆，经过20余年的市场锤炼与沉淀，也适时提出了“建设世界一流钻井公司”的发展目标，打造世界一流，能否实现全面协调可持续发展，能否不断做大做强，很大程度上取决于企业的人才储备水平。我们只有紧盯目标，切实加强经营管理、专业技术、技能操作和国际化经营人才队伍建设，建设世界一流企业的目标才能够实现。
二、当前人才队伍建设中存在的问题
尽管近年来钻井系统在人才队伍建设方面做了一些工作，但仍然存在一些问题和不足：
一是人才队伍结构有待优化。从学历构成情况来看，油田钻井系统大专及以上学历员工数量近年来持续增加，目前占用工总量的比例达到36%，但是与国外石油工程服务公司相比还有一些差距；而高中及以下学历人员约占用工总量的42%，基本集中在一线钻井队，技能操作队伍理论素质亟待提升。从年龄结构来看，30岁以下青工约占用工总量的33%，31岁至50岁骨干员工占58%，50岁以上老员工约占9%，多数仍在劳动强度大、工作环境差的钻井队工作，而且由于退出机制还不完善，造成较多已经不能适应岗位的老员工仍滞留在一线。
二是高级专业技术和经营管理人才比较稀缺。与钻井系统数量较多的高级职称相比，高级专业技术人才和经营管理人才仍然比较稀缺，主要表现在：高级职称或者有真才实学的人才奇缺，不利于形成竞争。干部队伍中既懂专业知识、又懂经济管理的人才较少，缺乏富有国际化、一体化、绿色低碳意识的领导干部。专业技术人才的科研成果较少，有些人虽然取得了高级职称，但职称与其学术水平不相称，有的甚至几年都没有一项突出的科研成果。
三是技能操作人才队伍建设任务比较艰巨。技能人才队伍建设是油田人才队伍建设的一个重要组成部分。当前，技能操作员工能力素质还存在着两个方面的突出问题：一方面，人员素质结构不尽合理，钻井系统高、中、初级人员比例约为28∶15∶57，与国内外公认的40∶40∶20的目标结构相比，初级人员比例过大，中、高级技能人才数量明显不足，与努力造就一支以技师为龙头、高级工为骨干、中级工为主体，思想好、技术精、工种配套的技能操作队伍目标相比，还有较大差距；另一方面，高层次技能人才队伍不够稳定，部分紧缺岗位新补充人员转岗等问题，应引起各单位人力资源管理部门的重视。
四是民营企业快速发展带来冲击。瞄准高投入、高产出的石油钻井行业，民营钻井队伍近年来发展迅速。目前在苏里格气田，民营钻井队多达数百支；在中石化重点开发的东北勘探新区，共有钻井队38支，其中32支是民营队伍，泾川会战100多支钻井队80%的是民营队伍；不仅在国内，中东、南美、北非等国外市场也面临着民营队伍的竞争。与国企相比，民营队伍具有更加灵活的用人政策、更加开放的竞争策略，给国企正规军的发展带来了严重冲击。仅从人才队伍建设方面，民营钻井队的专业技术人才、高技能操作人才以及国际化精英人才，超过90%的业务骨干都是来自于中石油、中石化的石油工程队伍，我们油田钻井系统也流失了大量人才。
五是人才发展通道不够完善。以大学毕业生为例，近年来，油田为钻井系统连续招录补充了数百名石油工程主体专业的大学毕业生，绝大多数实习期后都希望从事专业技术岗位，然而由于实际专业技术岗位数量有限，不能满足这些毕业生转工程师、技术员的需求，反映出人才成长的通道还不完善，交叉培养的机制还不健全。再以技能操作岗位为例，钻井队岗位层级明确，操作岗员工到了司钻等高技能岗位之后，员工就希望能够提拔到平台副经理、HSE监督官等管理岗位，这与跨国公司干了几十年的“职业司钻”、“职业电气师”相比，说明我们的人才培养方面存在误区。
六是国内外市场人才分布不均衡。从上世纪90年代走向国际市场以来，钻井公司坚持挑选最优秀的员工、最成熟的人才到海外施工，国内市场成为国际市场的人才输送基地。一方面，国内高岗位人员到了国际市场从事低岗位工作，优秀的专业技术人员转岗为现场管理人员，造成了人才高档低配和客观闲置；另一方面，国内市场有时候“造血”的速度赶不上“输血”的速度，一定程度上造成了国内一线队伍专业技术人才、技能操作人才不足。
七是精细化管理水平亟待提高。人才队伍建设和人力资源管理工作中观念滞后、方式粗放、制度不细、基础薄弱等问题仍然比较突出。与现代企业对人才队伍建设的要求相比，差距仍然较大。个别单位的干部考核评价和选拔任用机制滞后，不能完全达到“公开、公正、公平、透明”的要求；绩效考核方式落后，薪酬制度缺乏竞争力，激励约束机制还不完善，不能充分调动员工的积极性和创造性。
三、加强人才队伍建设的对策
1.搭建选才平台，引导人才产生。
2.坚持以用为本，促进人尽其才。
3.加快培养开发，提高人才素质。
4.强化激励约束，凝聚骨干人才。
作者简介：
李哲（1984-），女，汉族，河南濮阳人，政工师，主要从事党群、纪检等工作；郑志强（1985-），男，汉族，辽宁海城人，政工师，主要从事干部人事管理工作。
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