Буровые насосы назначение устройство эксплуатация кратко

Обновлено: 05.07.2024

Буровой насос предназначен для прокачки бурового раствора по бурильным трубам и затрубному пространству с целью промывки забоя от выбуренной породы. Забор бурового раствора производится из мерных емкостей циркуляционной системы. Далее, насос под давлением подает раствор через систему трубопроводов высокого давления — манифольдов в колонну бурильных труб.

Рабочее давление создаваемое буровыми насосами может варьироваться до 30 МПа в зависимости от диаметра подобранных поршней и оборотов насоса.

Приводится буровой насос от двигателя внутреннего сгорания через понижающий редуктор, или от электродвигателя.

Буровые насосы поставляются как отдельно, так и в составе насосных станций. К насосной станции относится помещение в виде ангара или вагончика в котором расположены: сам буровой насос, подпорный насос, силовой привод, редуктора и ременные передачи мощности от силового привода к буровому насосу, система манифольдов и задвижек, грузоподъемный механизм обслуживания бурового насоса.

Буровой насос состоит из:

1 — механическая часть

2 — гидравлический блок

3 — основание насоса

4 — всасывающий коллектор насоса

5 — выкидной фланец

7 — предохранительный узел

8 — приводное колесо

9 — система омыва штоков

Механическая часть состоит из корпуса, в котором установлен коленвал с зубчатыми шестернями. На шатунных шейках коленвала установлены шатуны. Поступательное движение от шатунов передается к ползунам (крейцкопфам). К крейцкопфу крепится полушток, а к полушоку — шток поршня.

Гидравлическая часть представляет собой два или три (в зависимости от вида насоса) гидравлических блока, каждый гидравлический блок состоит из металлической отливки с каналами для бурового раствора, имеет всасывающую и выкидную полость с соответствующими клапанами и поршень смонтированный на штоке.

Основание насоса облегчает установку его по месту монтажа. С помощью основания, посредством специальных талрепов можно позиционировать насос относительно приводного двигателя.

Всасывающий коллектор представляет собой трубопровод через который происходит засасывание бурового раствора поршнем через всасывающие клапана.

К выкидному фланцу подсоединяется манифольд.

Компенсатор служит для сглаживания пульсации давления в викидном коллекторе, которое получается в результате поочередной работы поршней. Компенсатор имеет внутри резиновый баллон заполненный инертным газом (азотом) под давлением от 2 до 5 МПа.

Предохранительный узел представляет собой металлический корпус с установленным внутри предохранительным клапаном отрегулированным на определенное давление срабатывания. Служит для сброса бурового раствора в мерные емкости при аварийном повышении давления.

Как правило, буровой насос приводится с помощью ременной передачи. Приводное колесо воспринимает мощность от ремней и передает через шестерни коленвалу.

Система омыва штоков представляет собой следующее: насос приводимый электродвигателем забирает жидкость (масло или воду) из специальной емкости установленной под буровым насосом и подает её на движущиеся штока поршней, жидкость омывая штока и одновременно охлаждая их сливается обратно в емкость, цикл повторяется.

В качестве приводов буровых насосов применяются:

— электродвигатели постоянного тока

— двигатели внутреннего сгорания.

Передача мощности от двигателя к буровому насосу осуществляется разными способами, применяются понижающие редукторы ступенчатого и планетарного типа, автоматические коробки передач, механические коробки передач, гидромуфты, ременные передачи, цепные передачи, шино-пневматические муфты (ШПМ), карданные валы.

На рисунке показана одна из возможных кинематических схем соединения привода и бурового насоса.

1 — буровой насос

2 — клиноременная передача

3 — трансмиссионный вал

4 — фрикционная муфта (ШПМ)

5 — первичный вал

6 — резервуар рабочей жидкости гидромуфты

7 — гидромуфта с регулируемым наполнением

8 — синхронный электродвигатель

В современном бурении важной характеристикой является мобильность буровой установки. В связи с этим, при проектировании буровых практикуется блочный подход. Поэтому часто буровой насос и силовой привод насоса объединены общей рамой в один блок.

Буровые насосы — циркуляционное оборудование монтируемое на буровые установки, посредством которого обеспечивается подача и откачка бурового раствора из разрабатываемой скважины. Без использования таких насосов бурение будет невыполнимым из-за массивного загрязнения скважины и постоянных обвалов ее стенок.

В данной статье рассмотрен принцип работы, устройство и технические характеристики буровых насосов. Мы изучим рынок на предмет наиболее распространенных моделей данного оборудования и представим рекомендации по его выбору.

1 Конструктивное устройство и принцип работы

Буровой насос обеспечивает подачу и циркуляцию раствора в скважине, который в свою очередь поднимает шлам (разбуриваемую породу) на ее поверхность, тем самым очищая дно забоя. В зависимости от конструктивного исполнения все агрегаты делятся на 2-ух и 3-ех поршневые. В современной буровой промышленности повсеместно эксплуатируются насосы на 3 поршня, так как они имеют значительное преимущество в производительности и равномерности напора подачи.

Типовая конструкция бурового насоса состоит из двух зафиксированных на общей раме частей — механической и гидравлической. Механическая часть состоит из таких узлов как распределительный блок, редуктор, кривошипный механизм, приводной шкив, мотор и трансмиссионный вал. Гидравлическая оснастка представлена блоком из 2-ух либо 3-ех клапанов, цилиндропоршневой группы, компенсатора давления, предохранительного клапана и блока охлаждения.

Процесс работ оборудования состоит из трех этапов:

От мотора к валу через трансмиссию поступает вращательное движение.
В механической части бурового насоса кривошипное устройство и система шатунов преобразуют вращательный момент в возвратно-поступательное движение.
Перемещающийся внутри цилиндра поршень создает зону пониженного давления, в которую засасывается буровой раствора, после чего повышается давление внутри подающего трубопровода, клапан подачи открывается и раствор выталкивается из цилиндра.

Схема типовой компоновки бурового насоса

Производительность современных агрегатов поршневого типа варьируется в диапазоне 50-1500 л/мин. При этом они обеспечивают равномерную подачу раствора, не зависимо от рабочего напора. Среди преимуществ поршневого оборудования — возможность работы с жидкостями повышенной вязкости, содержащими крупные механические примеси.

Помимо поршневых агрегатов, в которых вытеснитель имеет дисковидную форму, также существуют плунжерные насосы, устройство которых предусматривает наличие внешнего сальника. Такое оборудование классифицируется как насос простого действия — в течение одного вращательного оборота вала всасывание и подача рабочей среды происходит 1 раз, тогда как в поршневой технике — два раза. Ввиду меньшей производительности плунжерные агрегаты распространены крайне слабо.
к меню ↑

1.1 Какая технология подключения и запуска бурового насоса? (видео)

1.2 Эксплуатационные требования к оборудованию

Буровые насосы применяются в сфере нефтегазодобывающей промышленности и строительстве (бурение скважин под сваи, укрепление рельефа), что предполагает их использование в достаточно жестких условиях эксплуатации. Основным нормативным стандартом, в котором приведены требования к данному оборудованию, является ГОСТ №6031-81, согласно которому насос должен соответствовать следующим критериям:

быть надежным и долговечным, безопасным в работе на предельных нагрузках;
иметь возможность установки с левым и правым расположением двигателя;
конструкция должна быть сборной, что облегчает транспортировку крупногабаритного оборудования на большие расстояния;
давление подачи жидкости должно регулироваться в широком диапазоне, но при этом крайне важным является сохранение одинакового напора жидкости при любом объеме подачи, так как пульсации значительно усложняют бурение, являясь причиной обвала стенок скважины;
обязательно наличие на всасывающем и подающем патрубке механических фильтром, удаляющих из раствора особо крупные механические примеси;
все узлы агрегата, взаимодействующие с подающимся с раствором, должны быть износоустойчивыми, также необходима возможность оперативной замены вышедших из строя деталей.

Отметим, что наиболее подверженной износу частью конструкции является клапан бурового насоса, основная задача которого — ограничение пространства рабочего цилиндра от зоны всасывания жидкости либо ее подачи, что обеспечивает одностороннее движение перекачиваемого потока. Это один из ключевых узлов конструкции, износ которого сказывается на общей работоспособности оборудования.

2 Обзор распространенных моделей

Рассмотрим каждый из представленных агрегатов подробнее.
к меню ↑

2.1 Буровой агрегат НБ 50

НБ-50 является двухцилиндровым оборудованием горизонтального типа. Агрегат ориентирован на эксплуатацию в разведочном и структурно-поисковом бурении нефтегазовых скважин. Также данная модель широко используется для работы с неагрессивными жидкостями в сфере пищевой и химической промышленности.

Характерной особенностью НБ-50 является наличие встроенного компенсатора давления, обеспечивающего отсутствие проблем с перепадами напора. Это надежное, выносливое и простое в обслуживании оборудование, обладающее неплохими техническими характеристиками:

мощность — 50 кВт;
ход поршня — 160 мм;
количество ходов в минуту — 105 шт;
высота всасывания — 3 м;
диаметры патрубков: подачи — 50 мм, всасывания — 113 мм.

Стоимость данной модели на вторичном рынке начинается с 250 тыс. рублей.
к меню ↑

2.2 Буровой агрегат F 1300

F1300 — крупногабаритный трехцилиндровый агрегат с увеличенной длиной хода, отличающийся повышенной мощностью всасывания и подачи. Насос был разработан американской компанией LTV более 20 лет назад, по патентам которой ведется его производство в России.

Среди конструктивных особенностей данной модели выделим использование шевронной зубчатой передачи, оснастку литым коленчатым валом из легированной стали, а также наличие встроенного подъемного устройства для удобной замены вкладышей рамы. Благодаря эффективной системе смазки F1300 может эксплуатироваться в условиях непрерывной работы, при этом устройство агрегата предполагает комбинирование двух систем смазки — принудительной и смазки разбрызгиванием.

Рассмотрим технические характеристики данной модели:

мощность — 970 кВт;
ход поршня — 304.5 мм;
количество ходов в минуту — 120 шт;
высота всасывания — 9 м;
диаметры патрубков: подачи — 102 мм, всасывания — 203 мм.

Также отметим буровой насос F1600 — модернизированную версию модели F1300. В нем мощность привода увеличена до 1194 кВт, патрубок всасывания расширен до 304.8 м, патрубок подачи — до 127 мм, что в целом обеспечивает на 20-30% большую производительность установки.
к меню ↑

2.3 Буровой агрегат УНБТ-950

Как и агрегаты серии F, насос УНБТ-950 предназначен для эксплуатации на глубоких нефтегазодобывающих скважинах. Это трехпоршневое устройство одностороннего действия с принудительной системой смазки — масло подается непосредственно в картер, за его перекачку отвечает вспомогательный шестеренный насос.

УНБТ-950 разработан советскими инженерами в 1981 году, на его основе за 30 лет эксплуатации было произведено множество модификаций — НБТ-1000, НБТ-750, НБТ 600 и НБТ 475. Данная модель обладает неплохими и по меркам современных аналогов характеристиками:

мощность — 1000 кВт;
ход поршня — 290 мм;
количество ходов в минуту — 120 шт;
высота всасывания — 7 м;
диаметры патрубков: подачи — 95 мм, всасывания — 200 мм.

На вторичном рынке УНБТ-950 в хорошем состоянии можно купить за 3-3.4 млн рублей.

2.4 Какие особенности выбора и расчет бурового насоса?

Существует три основных группы критериев, которые необходимо учитывать при выборе насосного оборудования для бурения:

Конструктивные и технологические требования к агрегату;
Характеристики перекачиваемого раствора (вязкость, густота, содержание твердых частиц);
Требуемые расчетные параметры.

К перечню расчетных параметров относятся такие характеристики как производительность агрегата (объем подачи — Q), напор (Н) и потребляемая мощность привода.

Расход для любых насосов поршневого типа можно высчитать по формуле Q = S*D*k*kv, где:

S — площадь поперечного сечения поршня;
D — длина хода поршня;
k — скорость вращения вала (об/мин);
kv — коэфф. полезного действия.

Напор агрегата определяется по формуле: H = (d1-d2)/(f*g)+V+p, в которой:

Буровые насосы являются одной из основных частей установок, которые используются для бурения скважин. Главная задача насоса – подача специальной жидкости, обеспечивающей нормальное охлаждение долота (бурильного механизма), а также подготовку шлама (отработанных бурильных пород) нужной консистенции для возможности его последующего откачивания из бурильной ямы без оседания на дне.

Буровые насосы: область применения, особенности устройства

Буровые насосы используются во всех областях тяжелой промышленности, где требуются работы по разработке и бурению скважин. Разработки нефтегазовых месторождений, бурение алмазных шахт с целью добычи полезных ископаемых, строительство водозаборных станций для водоснабжения и жизнеобеспечения населения — это лишь малый спектр областей, где происходит эксплуатация буровых комплексов.

Конструктивное устройство и принцип работы

Конструкция насоса представлена в виде комплекса взаимосвязанных гидравлических и механических частей, которые размещены на одной раме с остальными составляющими бурильной станции.

К гидравлической группе элементов относят следующее:

гидравлический блок с попарно расположенными клапанами входа и выхода шлама;
блок цилиндропоршневой группы;
система охлаждения цилиндров и поршней;
компенсатор регулировки давления в трубопроводе;
клапан защиты.

В механическую составляющую входит:

распределительный блок;
редуктор;
вал трансмиссии;
шкив привода;
ползунный и кривошипный механизмы, взаимосвязанные друг с другом;
комплект системы смазки;
биметаллические втулки.

Стадии работы буровых насосов

Условно процесс функционирования бурильных насосов можно разбить на три этапа:

I этап: передача вращательного движения привода двигателя к валу через трансмиссию.

II этап: преобразование вращательного движения вала в возвратно поступательное посредством вспомогательных механизмов (шатунный, кривошипный и пр.).

Буровые насосы применяются на бурильных установках для обеспечения циркуляции буровых растворов при бурении скважин.

Под обеспечением циркуляции понимается совокупность следующих процессов:

нагнетание бурового раствора в скважину
поддержание выбуренной породы во взвешенном состоянии
очистка ствола шахты и забоя от шлама
охлаждение долота в процессе бурения

Как в самом общем виде представить работу бурового насоса?

1 стадия - через трансмиссию двигателя к валу передается вращательное движение

2 стадия - побочные механизмы (шатуны, крейцкопф, кривошипное устройство и др.) преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное

3 стадия - поршень в процессе движения в цилиндре формирует область давления, в которую всасывается буровая жидкость (далее при повышении давления в трубопроводе закрытый до этого всасывающий клапан открывается, и раствор выходит)

Буровые насосы бывают двух типов:

Трехцилиндровый тип бурового насоса эффективнее в силу следующих свойств и особенностей:

увеличенная в 2 раза в сравнении с двухцилиндровым типом равномерность подачи раствора
возможность быстрой смены поршней, втулок и прочих деталей, подвергающихся быстрому износу
общая масса снижена до 35 %

Трехпоршневые буровые насосы наиболее полно отвечают требованиям технологий бурения. Они обеспечивают наименьшую степень неравномерности давления на выходе и меньший износ штоков и клапанов поршня соответственно.

Основное предназначение буровых насосов.

Обеспечение циркуляции бурового шлама и предотвращение его оседания в процессе бурения скважин. Буровой насос также может применяться для подъема разбуриваемой породы на поверхность и очистки скважины от взвесей породы.

Устройство буровых насосов

Буровые насосы состоят из гидравлической и механической составных частей. Части смонтированы на общей раме.

Гидравлическая часть бурвого насоса:

гидравлический блок с входными и выходными клапанами
цилиндропоршневая группа
блок охлаждения
пневмокомпенсатор
предохранительный клапан

Механическая часть бурового насоса:

блок распределения
редуктор
трансмиссионный вал
приводной шкив
ползунный механизм
корпус с узлами системы смазки

Работа бурового насоса в общем виде можно представить в три стадии:

Первая стадия - через трансмиссию двигателя к валу передается вращательное движение

Вторая стадия - побочные механизмы (шатуны, крейцкопф, кривошипное устройство и др.) преобразуют вращательное движение вала в возвратно-поступательное

Третья стадия - поршень в процессе движения в цилиндре формирует область давления, в которую всасывается буровая жидкость (далее при повышении давления в трубопроводе закрытый до этого всасывающий клапан открывается, и раствор выходит)

Читайте также: