Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО
Уральский государственный горный университет
Л. А. Гаврилова
Буровые насосы
Учебно-методическое пособие
к выполнению лабораторных работ по дисциплине
“Расчет и конструирование машин и оборудования
нефтяных и газовых промыслов”
для студентов специальности
130602 (170200) - “Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов”
Екатеринбург
2
008
Содержание
1. Назначение……………………………………………………………………3
2. Устройство насосов………………………………………………………… 4
3. Выбор буровых насосов……………………………………………………..8
4. Расчет бурового насоса.…………………………………………………….11
5. Определение основных параметров бурового насоса…………………….14
6. Определение напряжений и коэффициентов запаса………………………16
7. Варианты заданий……………………………………………………………20
Список литературы……………………………………………………………..21
1. Назначение
Для обеспечения процесса промывки при проводке скважины используются буровые насосы, предназначенные для нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса ее на поверхность, охлаждения долота, приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа (турбобуров и ВЗД).
Назначение и основные требования. Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым насосам предъявляют следующие основные требования:
- подача насоса должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;
- мощность насоса должна быть достаточной для промывки скважины и привода забойных гидравлических двигателей;
- скорость промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давления, вызывающих осложнения в бурении, дополнительные энергетические затраты и усталостные разрушения;
- насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво - и маслосодержащими коррозионно-активными промывочными растворами различной плотности;
- узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из строя;
- крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устройствами для надёжного захвата и перемещения при ремонте и техническом обслуживании;
- узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывочного раствора и доступны для осмотра и технического обслуживания;
- насосы должны быть приспособлены к транспортировке в собранном виде на далёкие и близкие расстояния и перемещению волоком в пределах буровой;
- конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата;
- надёжность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации.
Конструктивные особенности и параметры насосов
В практике бурения скважин применяются насосы различных конструкций. Их конструктивные отличия определяются:
- конструкцией привода: приводные насосы и насосы прямодействующие;
- числом поршней и их конструкцией - одностороннего и двухстороннего действия, двух, трёх и многопоршневые.
В настоящее время широко применяются двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трёхпоршневые одностороннего действия. Многопоршневые насосы не распространены вследствие сложности эксплуатации, необходимости расхода большого количества быстроизнашивающихся деталей и затрат времени и средств на замену.
Неравномерность подачи буровых насосов является результатом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, осуществляемое кривошипно-шатунным механизмом. Для уменьшения вредного влияния степени неравномерности подачи эти насосы применяют с компенсаторами, снижающими пульсации давления.
Попытки применения трёхпоршневых насосов двухстороннего действия, у которых подача намного равномернее, чем у двухпор-шневых, не дали удовлетворительных результатов. С появлением более совершенных диафрагменных компенсаторов, обеспечивающих малую степень неравномерности подачи, эти насосы потеряли своё преимущество.
Для уменьшения степени неравномерности подачи делались попытки использовать многоплунжерные насосы, однако при перекачке бурового раствора они также не дали удовлетворительных результатов, так как плунжеры и сальники плохо работали на буровом растворе при высоких давлениях, а замена их весьма сложна.
В настоящее время широко используются только двухпоршневые насосы двухстороннего действия с частотой двойных ходов поршня в минуту 35-90, длиной хода до 0,5 м и трёхпоршневые насосы одностороннего действия с частотой двойных ходов поршня в минуту 35-180, длиной хода до 0,3 м.
Срок службы деталей трехпоршневого насоса составляет: манжет поршней 100-200 часов, цилиндровых втулок 200 часов и клапанов 300-500 часов. Ресурс этих деталей и удобство замены имеют большое значение при эксплуатации насосов.
Наиболее полно требованиям технологии бурения соответствуют трёхпоршневые насосы одностороннего действия.
Все поршневые буровые насосы образуют семейство машин узкоспециализированного назначения с параметрами, ограниченными рамками требований технологии бурения нефтяных и газовых скважин. Типо-размер поршневого бурового насоса с изменяемой подачей и давлением нагнетания удобно характеризовать величиной гидравлической мощности, пропорциональной произведению подачи и давления нагнетания. Параметры трехпоршневых буровых насосов приведены в табл. 1 и практически охватывают все диапазоны подачи и давления нагнетания для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения нефтяных и газовых скважин.