石油钻井泵是钻井循环系统的心脏，钻井泵通过空气包来吸收和释放钻井液的能量，减小泵的排量和压力波动，提高钻井泵及钻井工作的可靠性。空气包的充气压力和充气量直接影响空气包的作用效果，必须经常对其压力进行检查，压力降低需要及时补充压力。针对原来在用空气包高压充气机存在的问题，研制新型钻井用气动高压充气装置，取得了很好的应用效果。

 

新型钻井用气动高压充气装置

 

目 前， 钻 井 队 在 用 空 气 包 高压充气机为立式、水冷、三级级差式、 电 动 充 气 机， 图 1 为 现 用 的Z-0.27/150 型空气包电动高压充气机实物图。现用钻井泵空气包电动高压充气机在安全角度、成本因素、操作要求、使用约束四方面存在问题，且受使用约束，即空压机使用环境温度要低于 40℃，高于 -20℃；不能在粉尘污染的环境使用；不能在靠近易燃易爆区域使用；机器安装与地面倾斜角不得超过 5° ；对环境要求较高，井场环境恶劣对其使用寿命影响很大。综上，研制一种安全可靠、结构简单、携带方便、易于维修、性价比高的充气装置代替原电动高压充气机是十分必要，且具有实用意义。

 

研发新型充气装置
 

主要针对井队在用的空气包电动高压充气机存在的结构复杂、不易维修、重量大、运移不便、购置维护成本高等诸多弊端，设计一种结构简单、易于维护、携带方便、成本低廉、使用安全的高压充气装置代替现有的电动高压充气机。通过对钻井现场实际情况进行分析：空气包气囊充气压力为 3~4MPa，最高不超过 4.5Mpa，不属于超高压范围，用普通的空气压缩机就能实现此压力输出；钻井队现场均配有两台（一台自动压风机一台电动压风机）或两台以上（一台自动压风机多台电动压风机）大型空气压缩机，单台压风机排气量在每分钟6 立 方 以 上， 排 气 压 力 0.8MPa,供气量远大于钻井现场的实际用气量；机房、钻台气路铺设广泛，井场用气十分便利，无需重复投资带动压缩机工作的原动机部分（如柴油 机 或 电 动 机）， 只 需 要 将 现 场0.8MPa 的压缩气体进行增压即可满足钻井泵空气包气囊 4MPa 压力的充气要求；钻井现场所用气源已经过干燥处理，无需在装置中进行二次干燥。所以完全可以利用钻井现场自有的压缩空气做为驱动气源和增压气源，设计一种大面积往复运动活塞利用压缩冲程将低压气转变为额定压力的高压气流的增压装置，取代现有的 Z-0.27/150 型电动充气机，实现降本增效的目标。

新装置工作原理设计
 

确定了新型空气包充气装置采用钻井现场自有的压缩空气做为驱动气源和增压气源，设计出一种由驱动装置、增压装置、减压阀、单向阀、换向阀等组成的新型增压装置，其原理为对大径活塞施加一个 低压，当此压力作用于一个小面积活塞上时，产生一个高压。通过大面积活塞的压缩冲程将低压气转变为额定压力的高压气流，通过气控换向阀使增压泵能够实现连续运行。当压力为 0.3~0.8Mpa 的驱动气源进入驱动装置时，通过换向阀实现活塞往复运动带动增压装置工作。该装置装有弹簧止回阀，用于控制增压后的气体进出通道，当增压装置的活塞杆处于吸入冲程时，进口控制阀打开，出口控制阀通过弹簧保持关闭时，将低压供气引入泵内；增压冲程时，进口控制阀关闭，出口控制阀打开，增压装置的活塞杆通过出口控制阀压缩增压后的气体流出，将 0.3~0.8Mpa 低压气转变为 3~8Mpa 额定压力的高压气流，充装到钻井泵空气包气囊内。