7 Буровые насосы

Для вращательного бурения с непрерывной циркуляцией раствора применяют поршневые насосы с различными структурными схемами: прямодействующие (паровые двухстороннего действия двухпоршневые); приводные (двухстороннего действия двух- и трехпоршневые; одностороннего действия с тремя, пятью и шестью поршнями и цилиндрами; последовательного действия двухпоршневые). На смену паровым прямо- действующим насосам пришли двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трехпоршневые одностороннего действия [2,5].

Несмотря на более сложную конструкцию, чем у прямодействующих паровых насосов, и большую неравномерность подачи, эти насосы более экономичны и получили широкое распространение в буровых установках. Многопоршневые насосы не распространены вследствие сложности эксплуатации, необходимости расхода большого количества быстроизнашивающихся деталей и затрат времени и средств на их смену.

Значительная пульсация мгновенной подачи является результатом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, осуществляемое кривошипно-шатунным механизмом. Для уменьшения вредного влияния пульсации подачи эти насосы применяют с компенсаторами, амортизирующими колебания.

Попытки применения трехпоршневых насосов двухстороннего действия, у которых подача намного равномернее, чем у двухпоршневых, не дали удовлетворительных результатов. С появлением более совершенных диафрагменных компенсаторов, обеспечивающих высокую равномерность подачи, эти насосы потеряли свое преимущество.

Для улучшения равномерности 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 смена их весьма сложна. В настоящее время широко используются только двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трехпоршневые одностороннего действия с числом двойных ходов 35—180 в 1 мин и длиной хода до 0,3 м у трехпоршневых, 35—90 ходов в 1 мин и длиной хода до 0,5 м у двухпоршневых при диаметре цилиндровых втулок 120—200 мм.

Срок службы (в ч) деталей насоса составляет: поршней 100—200, штоков 150—220, цилиндровых втулок 200—ЗОО и клапанов 300—400. Срок износа этих деталей и удобство смены имеют большое значение.

Эффективность различных структурных схем насосов должна определяться простотой конструкции, ее технологичностью, числом быстроизнашивающих деталей, вероятностью безотказной работы, массой, к.п.д. и пр.

Трехпоршневые насосы одностороннего действия практически выполняются по одной схеме, двухпоршневые двухстороннего действия — с трансмиссионным валом на двух и четырех опорах и с различными конструкциями коренных валов: эксцентриковым с двумя зубчатыми передачами; пальцевым, у которого опоры вала размещены рядом с зубчатым колесом, а шатуны укреплены консольно на пальцах; эксцентриковым с одной зубчатой передачей между эксцентриками и кривошипом, зубчатая передача которого расположена между опорами, а шатуны укреплены на шейках кривошипов. Более компактные конструкции и меньшую массу имеют насосы, выполненные последней схеме .

• Определив исходные параметры и типовые режимы работы насосного комплекса, на основе анализа технических, экономических и других факторов выбирают число насосов и разрабатывают структурную схему насосного комплекса буровой установки.

• в насосном комплексе может быть использовано несколько вариантов:

• один насос мощностью, необходимой для всех случаев бурения типовой скважины;

• два насоса, каждый из которых рассчитан на половину максимальной мощности при бурении; в начале бурения, когда требуется обычно максимальная мощность, работают

• параллельно два насоса, в остальное время один из насосов остается в резерве;

насосы могут использоваться параллельно или последовательно На выбор числа насосов в насосном комплексе буровой установки влияют следующие факторы: для увеличения диапазона регулирования подачи и повышения безотказности комплекса целесообразно иметь несколько параллельно работающих насосов, однако уменьшение их числа в комплексе снижает эксплуатационные расходы вследствие уменьшения потребности в быстроизнашивающихся деталях.

В каждом случае должна быть выбрана структурная схема насосно-циркуляционного комплекса и какое число насосов должно входить в его состав.

Надо иметь в виду, что отказ насосов и прекращение циркуляции ведут к прекращению выполнения основной производительной функции буровой установки — углубления скважины.

Если длительность остановки насосов невелика и не ведет к значительному снижению эффективности, то это допустимо. Поэтому в буровых передвижных установках, предназначенных для бурения неглубоких геологоразведочных скважин, применяют один насос. Вся установка может быть быстро заменена другой, а отказавшая может быть отправлена на ремонтную базу. Если это невозможно, то насос можно быстро заменить другим, так как его масса небольшая и транспортировка несложна.

В установках для глубокого бурения большая масса насоса и сложные трансмиссии не позволяют останавливать бурение для смены и сложных ремонтов насосов; длительный простой может привести к осложнениям в скважине. Поэтому с точки зрения безопасности применяется резервирование с минимальным числом насосов.

Практика показывает, что наиболее эффективна установка двух насосов с суммарной максимальной мощностью, достаточной для бурения скважины в ее начальной стадии с небольшой затратой времени, в этом случае

резервирование необязательно.

Мощность каждого из насосов должна быть достаточной для эффективного бурения конечных интервалов скважины, занимающих наибольшее время; в этом случае резервирование необходимо. При наличии двух насосов их используют и для одновременной работы, но на пониженных режимах, что благоприятно влияет на их долговечность.

Установка трех мощных насосов обеспечивает 100 %-ное резервирование, но ведет к большим затратам на эксплуатацию оборудования, а использовать три маломощных насоса, которые должны работать одновременно, нерационально, так как ведет к большому расходу быстроизнашивающихся деталей экономически нецелесообразно.

Надежность работы насосного комплекса может быть оценена вероятностью безотказной работы Р(t), выраженной в виде десятичной дроби, показывающей вероятное или ожидаемое число насосов, которые будут безотказно функционировать в течение требуемого периода времени или наработки .

Насосы могут работать в комплексе параллельно, последовательно и комбинированно; при этом вероятность безотказной его работы будет различна даже при одинаковых показателях надежности насосов.