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提高钻井专用螺杆空压机机头寿命设想

[复盛空压机] [爱森思空压机] [2012-05-29]



随着空气钻井技术在石油界的广泛运用,特别是PDC钻头+高功空气螺杆钻具的出现,给钻井界带来突破性进展。也给压缩机带来巨大压力迫使喷油双机头螺杆压缩机向高功≥500KW,高速3000r/min,高压2.5Mpa,大排量≥80m3/min的方向发展。或者说,钻井专用压缩机朝着


提高钻井专用螺杆空压机机头寿命设想
刘零

目前国产钻井专用螺杆压缩机技术尚不完全过关,除去机械加工原因之外,其中压缩机心脏机头螺杆材质又是重要原因之一。
我们知道空气钻井技术设备是按A:空气→压缩机→管线→空气螺杆钻具→PDC钻头来装备,其能量是按B:空气→压缩→输送→转化→做功来进行。值得回味的是当上A、B二式合并这后得到一个工艺:空气(介质)→压缩(压缩机)→输送(管线)→转化(空气螺杆钻具)→做功(PDC钻头)。爱森思空压机|http://www.fsair.cn/Product/t4/。工艺作用机头螺杆是把功率转化为压缩空气。螺杆钻具是把压缩空气转化为功率产生转动。根据能源守恒定律:
P1压缩机(总功率)-P2管线(总损耗)=P3钻具功率
当P2不大时,P1≈P3 推算成立

F
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V
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V
那么P1与P3由功率而产生的工况应该非常的近似,或者说当相对机头工况数学建模 与钻具工况建模 之后,这二者的“值域”应该是相近或相等,某钻具厂,压缩机厂技术人员与本人都同意上述观点。

或者讲我们钻具中转子传功轴的有关技术方案,嫁接到机头螺杆中去。具体内容请参考《关于螺杆钻具提高寿命设想》此处不重复。
另外根据对机头螺杆失效的初步分析,我个人为机头螺杆是在高功电机的作用下在形成高压P,高速V,震动Y=Asin(α+β)(标准式)温度T的工况中经长时间t的运行。气体及气体中的杂质与螺杆表面产生高速相对运动时,对螺杆进行冲击,气蚀、撞击、变形、摩擦、划伤、导致变形后形成磨损,磨损到一定程度时几何形状发爱森思空压机|http://www.fsair.cn/Product/t4/生明显变形,且不能正常工作,满足工艺要求,产生失效的过程,其磨损类型在功率的变化下已由原来的低功率、低磨损的工件(固体)——介质(气体)转化为,高功率、高磨损的近似工件(固体)——介质(气体),或者说,高功率是高磨损的根本原因之一。根据压缩机厂同仁介绍为了保证螺杆在高功状态能稳定、高效、长寿命工作。国外压缩机在机头部分采用高级合金钢,以保证关键机头在恶劣的工况中不变形或小变形、少变形、慢磨损。但是双机头螺杆钢材详细牌号,准确化学成分、力学性能、生产工艺对我方封锁,使我方在此关键部位,难以突破,造成久攻不下,久战不胜的被功局面,此类设备长期依靠进口。

F
T 38℃
t
有一点值得我方注意,磨损为世界性难题,但机头螺杆磨损类型基本没有逃脱科技工作者对其的分类与机理分析。当压缩机500KW与某型号设备2×3800KW进行比较时,

A压缩机:P·t=500KW·t= =磨损·t=失效(固体—固体)工作对象空气

1800T
1200-1380℃
75天



B某型号设备:P·t=2·380KW·t= =磨损·t=失效(固体—固体)工作对象高效加工高温工件
A、B相对而言功率不算太大,同理工况不算太恶劣,机理不算太复杂。
换而言之,外国人对我方封锁技术,但我们可以对工艺其近似磨损过程在在数学建模后,参数上进行虚拟、放大、类似、比较、强化,从而进一步的解决,仅从材质一项而言。我个人上述观点应该正确。外国人对我方封锁技术,更反证上述观点在大方向上没有问题。更使本人加深了信心。根据对外国先进型号螺杆的观察与专业检测,我们认为生产工艺应为BDCK工艺:配料式热装→KEBT→VLDC、KLF、BVOP→CCM→高能ET处理→成品,化学成分不执行GB,但力学性能与我国某型号钢材很相近,由于样品为残片,机加部分工艺应为:原料→退火→锻打→机加→执处理→高能专业处理→成品→安装。其中高能专业处理这项,我们认为国外采用的应该为组合式,尚不清楚是怎么组合,国内大多为单一式。这就是国外产品比我们好的原因之一。
外国人古往今来从没有真心帮助过中国人,都是把二流的新产品技术卖到一流的好价钱。因此我们希望各位同仁前辈、朋友相信自己技术人员的真诚与能力,我们仅以一个普通技术人员的身份对喷油双机头螺杆式压缩机的机头钢材这一项从能量→功率→工况→流场→受力→摩擦→磨损→失效进行了非常肤浅的分析,经双方协调后可把超高功率→等离子态→高能物质→固体,嫁接到压缩机领域,提高寿命。目前,我们认为可用国产钢材与专用工艺进行改进,技术标准:
A种钢: HRC:57 可以高功重载下工作搞磨损。
B种钢: HRC:62 高强度抗磨损在某化学高能反应器表现良好。
C种钢: HRC:61 高强度、抗磨损、恶劣工况中性能稳定。
D种钢: σ6 1380MPa 在高温、高压、高速发动机中稳定工作。
E种钢: σ6 3200MPa- 3800MPa ak 30 抗高能物理+化学性混和式磨损,用于高临界发动机,缺点是成本太高,工艺复杂。
高能处理工艺:
A:HV1200±100 抗磨损
B:HV2000±100 抗磨损
C:经双方协商后,组合式高能处理工艺(预留),原则上不比A、B差
最后让我们合心合力突破外国人在这一高科技领域对我方的封锁。经济效益非常明显,如美国产钻井专用压缩机1000万人民币/套。