15 Условие работы и регулирование привода буровых насосов

Буровые насосы (бн) являются важным звеном в комплексе бурового оборудования. Технологические функции которого заключаются в нагнетании промывочной жидкости в скважину.

Промывочная жидкость очищает скважину и выносит на поверхность породу и приводит в движение турбину турбобура и способствует непосредственному разрушению породы при применении гидромониторных долот.

Эффективность режима бурения зависит от возможностей и рациональной эксплуатации буровых насосов и их обвязок, правильного выбора вида электропривода (ЭП) и оптимального закона регулирования ЭП.

Горизонтальные двухпоршневые насосы двухстороннего действия не удовлетворяет возросшим требованиям техники бурения.

Увеличение глубины бурения и связанные с этим увеличение требований к бн привели к созданию мощных трехпоршневых бн одностороннего действия, внедрение трехпоршневых насосов в бурении и замене ими двухпоршневых насосов обусловлены так же технико-экономическими показателями. Основные показатели: маленькие габариты и масса, меньшая неравномерность подачи и давления.

В условиях роторного бурения давление нагнетателя зависит от гидравлического сопротивления системы, состоящей из насосной обвязки буровых труб, долота, изотрубного пространства, количества и качества прокачиваемой жидкости, а при турбинном бурении оно возрастает на величину сопротивления жидкости в турбобуре.

По мере углубления скважины при изменении ее диаметра, параметров бурового раствора, долота и турбобура изменяется нагрузка насосов. Для полного использования установленной мощности насосов во всех режимах бурения необходимо с увеличением давления снижать подачу насосов и наоборот. Частично эта задача решается при нерегулируемом ЭП при цилиндрических втулках насоса, но при таком регулировании существенно идет недоиспользование по мощности. Режим работы насосной установки характеризуется постоянством развиваемой мощности. Режим можно осуществлять 2я путями в случае нерегулируемого привода – применением различных втулок и сменного шкива. В случае регулируемого привода при определенном размере втулки – изменением подачи насоса в зависимости от скорости ЭП. Режим насоса в режиме постоянства рационален только при использовании перегрузочной способности насоса с различными подачами. Работа насоса в режиме постоянства скорости за счет использования в начале бурения втулок малого диаметра при числе ходов насоса больше номинального, а затем по мере повышения за счет снижения угловой скорости позволяет сохранить равенство: pQ=const, где р – потери давления, Q – подача насоса м³/с.

Потери давления в зависимости от кол-ва нагнетаемой в скважину жидкости можно определить: p=cn², р – потери давления, с=0,0166, n – число ходов поршня в минуту.

Исследования позволили установить зависимость потерь давления от качества прокачиваемой жидкости и ее количества Q. Эта зависимость потерь давления от подачи насоса при Q>7*10^-3 м³/с выражается: p=αQ^b. Обработка данных методом мат статистики с использованием метода наименьших квадратов дала возможность определить коэффициент α и показатель степени b и утверждать, что изменение конструкции скважины, в том числе за счет изменения глубины приводит к изменению ее гидравлической характеристики. Из результатов проводки глубинных скважин следует, что большей части интервала при регулировании ЭП удалось реализовать максимально допустимое давление по конкретным условиям в циркуляционной системе, и возросла развиваемая гидравлическая мощность насосной группы. Разброс давления в интервале объясняется чередованием роторного и турбинного бурения с целью выявления эффективного способа бурения скважины, при этом изменяется α и b.

При регулируемой скорости двигателя возникает возможность пуска под нагрузкой, что сокращает износ задвижек и облегчает работу буровой бригады. Ответственной операцией является восстановление циркуляции бурового раствора в гидравлической системе. Работа поршневых насосов в силу их кинематической особенности связана с неравномерностью подачи и давления, чем и обуславливается пульсация промывочной жидкости на выходе бурового насоса. Для ее сглаживания применяются компенсаторы, устанавливаемые на насосах.

В результате вибрации нагнетательных трубопроводов, шлангов и бурового инструмента происходит их поломка. Объем воздушной части определяется: Wн=mkFsPср/ δРнагн, где m – опытный коэффициент; k – коэффициент избыточной подачи; F – площадь поршня; s – длина хода поршня; δ – степень неравномерности давления; Рср – среднее давление нагнетателя; Рнагн – давление предварительного нагнетания воздуха газовой камеры пневмонагнетателя.

Эксперименты позволили установить оптимальную степень неравномерности и отношение давления предварительного наполнения воздуха к среднему давлению и утверждать, что область эффективного гашения пульсаций давления пневмокомпенсатора находится в пределах 0,4-0,8.

Регулирование подачи при современных конструктивных особенностях буровых поршневых насосов возможно только по закону постоянства момента, а наилучшее использование мощности и работа на оптимальных технических режимах возможна при плавном регулировании частоты вращения двигателя насоса.

Регулируемый привод насосов по сравнению с нерегулируемым обеспечивает сокращение процесса бурения благодаря увеличению механической скорости бурения и более полному использованию мощности насосов.

С увеличением глубины скважины увеличивают мощность насосных групп и их ЭПов. Применяется более сложное и дорогостоящее оборудование, к ЭП предъявляется повышенные требования, как в отношении обеспечения необходимых характеристик, так и в отношении надежности.

Системы ЭП бн классифицируют по изложенным требованиям и делят на 3 группы:

первая группа – приводы с жесткой характеристикой, не обеспечивающие регулирование частоты вращения в длительном режиме и при пуске насоса;

вторая группа – приводы, не допускающие длительного регулирования частоты вращения, но обеспечивающие плавный пуск механизма;

третья группа – приводы, допускающие длительное регулирование частоты вращения и соответственно подачи насосов.