|
|
Буровые насосы, применяемые при
бурении нефтяных и газовых скважин, предназначены для закачки промывочного
раствора через колонну бурильных труб и выноса выбуренной породы на
поверхность. Энергия потока раствора используется для привода различных
механизмов на забое скважины — турбобура, вибробура или забойного механизма
подачи. Промывочный раствор плотностью 1,2—1,3fкг/л и более, создающий
противодавление на забой, укрепляющий стенки скважины, охлаждающий долото,
должен иметь состав, строго определенный в зависимости от условий бурения. Он
должен хорошо удерживать зерна выбуренной породы (количество мелких
абразивных частиц достигает 5—10% по массе),-'утяжелитель (гематит, барит и
др.), содержать необходимые реагенты (известь, каустическую соду, дубильные
кислоты и т. и,) В результате работа сильно осложняется, обычный поршневой
насос не сможет надежно и длительно работать в подобных условиях.
В этой связи становится понятной настоятельная
необходимость создания особой разновидности поршневого насоса, рассчитанного
на длительную, непрерывную работу при высоких давлениях нагнетания на
вязкопластичной абра- зивсодержащей жидкости — промывочном растворе.
Как видно увеличилась мощность наиболее крупных
гидромашин, что свидетельствует о высоком техническом уровне, современного; нефтебурового
насосостроения. По сравнению с первым советским нефтебуровым насосом мощность
и давление нагнетания крупнейшего отечественного агрегата резко выросли
(мощность, приблизительно в 10 раз).
Основные параметры поршневых буровых насосов определены ГОСТ-6031-бб
( 6.2.). Введение государственного стандарта позволило четко специализировать
насосостроительные заводы на производстве определенных типоразмеров поршневых
машин, отвечающих требованиям бурения но своим параметрам. ГОСТ распространен
на насосы с наибольшим давлением нагнетания 32 МН/м2.
Условное обозначение состоит из начальных букв слов «насос
буровой», величины максимальной подачи, наибольшего давления нагнетания и
гидравлической мощности. -
Насос НБ45-400-950 гидравлической мощностью 950 кВт
(приводной мощностью 1160 кВт), номинальным числом двойных ходов поршня 65 в
минуту, рассчитанный на давление нагнетания 40 МН/м2, выходит по своим
параметрам за пределы стандарта.
продольный разрез современного бурового насоса^ Насос состоит
из приводной и гидравлической частей. В приводной части преобразуется
вращательное движение ведущего шкива в возвратно-поступательное движение
поршней. В гидравлической части механическая энергия от поршней передается к
жидкости, преобразуясь в гидродинамическую энергию промывочной жидкости. В
состав приводной части входят станина, где имеется коренной вал с зубчатым
колесом, узел трансмиссионного вала, шатун, ползун и промежуточный шток.
Опорными подшипниками приводного и коленчатого валов служат подшипники
качения. Гидравлическая часть насоса, где устанавливаются сменные детали,
имеет клапанные коробки, соединенные со станиной. С целыо увеличения срока
службы, защиты деталей корпуса часть деталей гидравлической части сделана
сменной — цилиндровые втулки 1, поршни 2У штоки 3, клапаны 4 и их уплотнения,
которые работают в среде промывочного раствора и подлежат наибольшему износу.
Срок службы цилиндровой втулки не превышает 300 ч. Пссле износа она подлежит
замене. Корпус гидравлического цилиндра — крупногабаритная деталь со сроком
службы не менее пяти лет, не подвергаемая интенсивному износу. В нем крепится
цилиндровая втулка. Различие в сроках службы корпуса гидравлической коробки и
цилиндровой втулки делает целесообразной конструкцию гидравлической части, состоящей
из постоянных корпусных неизнашиваемых деталей и сменных недолговечных,
подверженных интенсивному износу.
Для каждого типа насоса существует комплект цилиндровых
втулокг отличающихся внутренними диаметрами, что позволяет осуществлять ступенчатое
регулирование производительности. Они изготовляются из цементированных
сталей.
Поршень цилиндровой втулки движется в среде промывочной
жидкости при давлении 10—30 МН/м3. Скорость его изменяется от 0 до 2 м/с.
Срок службы не превышает 100 ч. Наибольшее распространение получили
самоуплотняющиеся резиновые поршни Манжетного типа. Их можно легко менять.
Поршень представляет собой стальной сердечник с привулкавизированными
резиновыми манжетами. Вследствие того, что диаметр губ поршня увеличен
сравнительно с диаметром отверстия втулки, создается начальное обжатие —
основа правильного действия самоуплотняющейся манжеты. При нагнетании
манжета, вытесняющая жидкость цилиндра, прижимается к поверхности цилиндровой
втулки давлением жидкости и силами трения, что препятствует проникновению
перекачиваемой жидкости ё зазор между поршнем и цилиндровой втулкой. Вторая
манжета сопрягается со втулкой действием сил упругости резины. Смазка поршня
осуществляется перекачиваемой жидкостью. Поршень крепится на штоке, присоединяемом
к ползуну, который передает мощность от приводной части к гидравлической.
Клапаны буровых насосов в основном применяются
тарельчатые, т. е. с одной выходной щелью. При перекачке сильно утяжеленных
жидкостей срок их службы сильно сокращен и даже доходит до 30 ч. Основные
требования, предъявляемые к клапанам: надежная работа, безударная посадка на
седло, обеспечение минимальных гидравлических потерь, качественное
уплотнение.
Существует много модификаций клапанов буровых насосов: с
верхним и нижним направляющими штоками, верхним направляющим штоком и нижней
направляющей крестовиной. Встречаются клапаны с четырьмя и тремя нижними
направляющими перьями. Различны способы крепления на тарелке резинового
уплотнительного диска. Конструкции клапанов допускают возможность быстрой
смены и ремонта. На нагнетательной линии насоса предусматриваются
предохранительный клапан и холостой выкид с задвижкой.
С целью более равномерной подачи жидкости и устранения
толчков в нагнетательной линии в непосредственной близости от насоса в
дополнение к воз- гдушному колпаку устанавливают компенсаторы. Привод насосов
может быть дизельный и от электромотора. Насосы рассчитаны на длительный срок
работы (15—20 лет). Поэтому важно в конструкции предусмотреть возможность
восстановления разрушенных деталей, ремонта и модернизации узлов.
Ныне решаются задачи промышленного производства
определенного числа типоразмеров современных поршневых буровых насосов,
отвечающих требованиям технологии эксплуатационного и глубокого разведочного
бурения скважин. Важно правильно их выбрать применительно к буровым
установкам различных типоразмеров и назначения, уменьшить влияние
неблагоприятных факторов, обеспечить надежными устройствами, компенсирующими
неравномерность всасывания и нагнетания, разработать оптимальные режимы
эксплуатации для каждого типоразмера поршневых буровых насосов.
|