15.4 Всмоктувальні лінії і маніфольду

Очищений буровий розчин за допомогою підпірних насосів або самовсмоктуванням подається із приймальних резервуарів циркуляційної системи в бурові насоси. Всмоктувальним трубопроводом або лінією всмоктування називають ділянку трубопроводу, якою підводиться розчин з ємності, що спорожнюється, до насоса.

Всмоктувальні лінії мають важливе значення в забезпеченні заданих технічних показників бурових насосів. Їх ефективність дії визначається повнотою заповнення робочих камер насоса рідким середовищем. При неповному заповненні робочих камер при всмоктуванні зменшується подача бурових насосів, а також знижується міцність і довговічність всієї насосної установки із-за гідравлічних ударів, що виникають при зворотному ході поршнів. Для повного заповнення робочих камер насоса всмоктувана рідина повинна без розриву поступати за поршнем. Треба мати на увазі, що при відриві всмоктуваної рідини від поршня в робочих камерах насоса утворюється вакуум, в результаті якого виникає кавітація, що здатна привести до повного зриву подачі. Тому для забезпечення безвідривного переміщення всмоктуваної рідини за поршнем і запобігання кавітації тиск на вході в насос повинен бути вищий тиску насичених парів рідкого середовища: .

Залежно від компонування бурової установки бурові насоси розміщуються вище або нижче рівня бурового розчину в ємності. Доцільніше розташовувати насос нижче рівня бурового розчину у спорожненій ємності. В такому випадку насоси працюють з підпором, що визначається різницею висот бурового розчину у спорожненій ємності і центра ваги перерізу входу в насос. Якщо буровий насос розташовується вище рівня розчину в ємності, то висота установки його обмежується допустимою вакуум метричною висотою всмоктування, при якій забезпечується робота насоса без зміни основних технологічних показників.

Висоту всмоктування визначають на основі рівняння Бернуллі для потоку рідини в перерізах , що співпадають з рівнем розчину у спорожненій ємності, і в перерізі , що співпадає із входом в насос:

(15.3)

Швидкість спорожнювання ємності можна прийняти рівною нулю, а тиск над вільною поверхнею рідини - рівний тиску навколишнього середовища. Враховуючи, що висота всмоктування з рівняння (15.3) отримаємо

(15.4)

де — тиск на вході в насос, Па;

— швидкість бурового розчину на вході в насос, м/с;

— густина бурового розчину, кг/м³;

— прискорення вільного падіння, м/с²;

— втрати тиску на подолання інерції бурового розчину (визначаються масою і прискоренням бурового розчину у всмоктуючій трубі), Па;

— втрати тиску на подолання гідравлічних опорів всмоктуючої труби і приймального колектора насоса, Па;

— втрати тиску на перемагання опору клапана насоса, Па.

Користуючись рівнянням (15.4), можна визначити висоту всмоктування, якщо прирівняти тиски p і p. Крім цього, при заданій геометричній висоті всмоктування і допустимому перепаді тиску можна розрахувати граничну допустиму подачу насоса і мінімально необхідний діаметр всмоктувальної труби, від яких залежать інерційні і гідравлічні втрати всмоктувальної лінії. Для зниження інерційних втрат тиску рекомендується на всмоктувальної лінії встановлювати повітряний компенсатор. При недостатньому тиску на вході в насос і роботі з буровими розчинами високої густини і в'язкості всмоктувальні лінії оснащуються підпірними насосами.

Довжина всмоктувальної лінії повинна бути мінімально можливою, а діаметр використовуваних труб — не менший ніж діаметр приймального колектора бурового насоса. На вільному кінці всмоктуючої лінії встановлюють сітковий фільтр, сумарний переріз отворів якого повинен бути не меншою площі перерізу труб, що використовуються в лінії всмоктування. Всмоктуючий трубопровід кріплять до насоса фланцевим з'єднанням, яке ущільнюється плоскою прокладкою з гуми. Похибки виготовлення і монтажу всмоктуючих ліній компенсуються рухомими з'єднувальними муфтами (компенсаторами). Для захисту від промерзання всмоктуючі лінії покривають теплоізоляційним матеріалом. Запасні ємності циркуляційної системи з буровим розчином і хімічними реагентами підключаються до всмоктувальної лінії трубами порівняно невеликого діаметра, оснащеними клиновими засувками або поворотними шиберами.

Маніфольдом або лінією нагнітання називається ділянка трубопроводу між буровим насосом і вертлюгом, по якому буровий розчин подається в бурильну колону. Бурові насоси, що входять в комплект циркуляційної системи, мають індивідуальні всмоктуючі лінії і загальний маніфольд. Рідше при невеликій віддалі від осі свердловини бурові насоси оснащуються індивідуальними маніфольдами.

Маніфольд (рис. 15.9) складається з трубної обв'язки 6 бурових насосів, трубної обв'язки 8 вишкового блока; трубопроводу 7, що з'єднує обв'язки в насосному і вишковому блоках; допоміжного трубопроводу 1; пультів керування 4. Трубна обв'язка насосів призначена для подачі бурового розчину по відводах 2 насосів до розподілювача із дросельно-запірни-ми пристроями 3 і 5. Відводи складаються з набору трубних секцій і перехідних колін, необхідних для з'єднання нагнітального патрубка насоса з розподілювачем. На відводах встановлюються засувки для зливу бурового розчину, а також манометри із запобіжним пристроєм. Засувки 3 розподілювача служать для подачі бурового розчину в свердловину або в перемішуючі і очисні пристрої циркуляційної системи.

Трубна обв'язка 8 вишкового блоку складається із стояка і розподільчо-запірного пристрою, що дозволяє подавати буровий розчин у вертлюг або превентор, а також відкачувати його з цементувального агрегату. Стояк являє собою набір трубних секцій, що мають лінзові з'єднання (рис. 15.10). До стояка кріпиться вигнуте коліно для приєднання бурового рукава, по якому розчин подається у вертлюг.

Рисунок 15.9 — Схема маніфольда

Для плавного переходу бурового насоса з холостого режиму роботи на робочий застосовують дросельно-запірний пристрій (рис. 15.11), який приводиться в рух стиснутим повітрям, яке постачається компресорною станцією бурової установки. Керування цим пристроєм здійснюється чотириклапанним краном, який встановлений на пульті керування.

1 — штуцер для підводу стиснутого повітря; 2 — пневматичний циліндр з поршнем; 3 — викид для розчину; 4 — кульковий клапан

Рисунок 15.11 — Дросельно-запірний пристрій