IV. Промывка скважин.

БУРОВЫЕ НАСОСЫ.

В системе промывки скважин буровые насосы предназначены для следующего: нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромони­торного эффекта при бурении долотами с насадками; приведения в дейст­вие забойных гидравлических двигателей.

К буровым насосам предъявляют следующие основные требования: подача бурового промывочного раствора должна быть регулируемой в пределах, 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 масло- содержащими 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 надежного 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 далекие и близкие расстояния и к перемещению волоком в пределах буровой; конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата; надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации.

Технические условия на изготовление буровых насосов регламентируются ГОСТом.

С ростом глубины бурения значительно увеличиваются и мощности буровых насосов. Освоены и намечаются к производству новые модели буровых насосов, отвечающие возросшим требованиям бурения. Буровые насосы непрерывно совершенствуются: повышаются надежность и долговечность, снижается масса и сокращаются материальные и трудовые затраты на их изготовление, эксплуатацию и ремонт. Это обусловило широкую номенклатуру моделей и модификаций буровых насосов, используемых в отечественной и зарубежной практике бурения эксплуатационных и разведочных скважин.

Рабочие органы буровых насосов преимущественно выполняются в виде поршней. Наиболее распространены двухпоршневые насосы двустороннего действия, на смену которым в последние годы приходят трех- поршневые насосы одностороннего действия. В насосах двустороннего действия жидкость перемещается в поршневой и штоковой полостях и за один двойной ход поршня совершаются два цикла всасывания и нагнетания. При одностороннем действии жидкость перемещается в поршневой полости рабочей камеры и за один двойной ход совершается один цикл всасывания и нагнетания.

В буровых насосах используются самодействующие пружинные клапаны тарельчатой конструкции. Всасывающие и нагнетательные клапаны взаимозаменяемы. Оси поршней параллельны и располагаются в горизонтальной плоскости по одну сторону от привода насоса. Ведущее звено буровых насосов, сообщающее движение поршням, выполняется в виде вращающегося эксцентрикового, кривошипного, пальцевого либо коленчатого вала.

Ведущий вал приводится от трансмиссионного вала насоса посредством цилиндрической зубчатой пары. Промывочная жидкость перемещается по одноступенчатой и однопоточной схеме, через общую приемную линию и один отвод. Подача насоса изменяется с помощью сменных цилиндровых втулок либо изменением числа ходов насоса. Пульсации давления, вызываемые неравномерной скоростью поршней, снижаются до практически приемлемого уровня при помощи пневматических компенсаторов. В буровых насосных агрегатах используются преимущественно электродвигатели и дизели, вращение которых передается трансмиссионному валу насоса клиноременной либо цепной передачей. С целью повышения сроков службы втулок внутренняя поверхность их подвергается термической обработке. Цилиндровые втулки насоса уплотняются путем установки между буртиком цилиндровой втулки и стаканом двух комбинированных уплотнений, разделенных стальным кольцом. Кольцо имеет по наружному и внутреннему диаметрам проточки с отверстиями. В случае износа уплотнения через специальное отверстие в гидравлической коробке раствор должен вытекать наружу, что и явится сигналом о неисправности уплотнения цилиндровой втулки. Цилиндровые втулки закрепляются с помощью стакана и крышки подтягиванием гаек. Цилиндровая крышка уплотняется при помощи самоуплотняющихся манжет. Подтяжка уплотнения цилиндровой втулки производится с помощью болта.

В цилиндровых втулках перемещаются поршни. Поршень состоит из сердечника с конической расточкой и привулканизированных к нему двух резиновых манжет. Поршень насажен на конический хвостовик штока и крепится к нему с помощью гайки и контргайки. Шток соединен с надставкой штока, резьбовой конец которой ввинчен в корпус ползуна. При вращении эксцентрикового вала насоса через шатуны, ползуны и штоки поршни получают возвратно-поступательное движение. Для увеличения износостойкости штоков их рабочая поверхность закаливается. Уплотнение состоит из корпуса, направляющей втулки, упорного резинового кольца, четырех уплотнительных резиновых колец, упорного кольца и второй направляющей втулки. Направляющие втулки и упорное кольцо изготовляют из капролита. Упорное кольцо поджимается при помощи прижимной втулки через фланец. Подтяжка уплотнения производится при неработающем насосе с помощью гаек и шпилек. Для увеличения долговечности уплотнения штоки смазываются и охлаждаются жидким маслом. Масло подается на штоки насосом.

Привод насоса осуществляется от трансмиссионного вала. Соединение гидравлической коробки с корпусом герметизируется самоуплотняющейся манжетой и резиновым кольцом. Для того чтобы предотвратить попадание бурового раствора в приводную часть насоса, создано специальное уплотнительное устройство. Глинистый раствор может быть внесен в приводную часть надставкой штока, поэтому имеется уплотнение сальникового типа. Манжеты обжимают надставку штока и не дают возможности вносить буровой раствор в приводную часть.

П риводная часть насоса состоит из узлов коренного вала трансмиссионного вала и ползуна, установленных в литой чугунной станине. Коренной вал в виде сварно-литой конструкции и состоит из двух эксцентриков, зубчатого венца и вала. Зубчатый венец напрессован на эксцентрики. Вал установлен на четырех конических подшипниках. Подшипники помещены в стаканах. Регулировка подшипников производится при помощи прокладок. Подшипники смазываются пружинными тавотницами. Эксцентрики коренного вала смещены относительно друг друга на угол 90° и имеют эксцентриситет 200 мм. На эксцентрике посажены по два конических роликоподшипника. Эксцентриситет обеспечивает ход поршня 400 мм. Подшипники вала смазываются тем же маслом масляной ванны, находящейся в картере корпуса, что и зубчатое зацепление, с помощью разбрызгивания от

Рис. 28 Буровой насос двухстороннего действия:

1 _ поршень; 2 _ цилиндровая втулка; 3 _ крышка цилиндра; 4 _ упорный стакан; 5 _ нагнетательный клапан; 6 _ корпус клапанной коробки; 7 _ надставка штока; 8 _ шток; 9 _ сальниковое уплотнение штока; 10 _ корпус насоса; 11 _ трансмиссионный вал; 12 _ коренной вал; 13 - ведомая головка шатуна; 14 _ шатун; 15 _ ползун; 16 _ направляющие ползуна.

зубчатой пары. Трансмиссионный вал приводит во вращение коренной вал при помощи косозубой шестерни. Шестерня выполнена заодно с валом, который установлен на двухрядных сферических роликовых подшипниках, помещенных в стаканах. С помощью резинового кольца уплотняется крышка стакана подшипников. Специальное уплотнение предотвращает вытекание смазки из подшипников. Консистентная смазка подается в подшипники пружинными тавотницами. Плавающий подшипник имеет тепловой зазор для расширения. Оба конца трансмиссионного вала сделаны одинаковыми, что позволяет монтировать насос с правым и левым расположением привода. Свободный конец вала защищается кожухом. Шкив крепится на конце вала шпонками и двумя стяжными болтами.

МАНИФОЛЬД.

Манифольдом или линией нагнетания называется участок трубопровода между буровым насосом и вертлюгом, по которому буровой раствор подается в бурильную колонну. Буровые насосы, входящие в комплект циркуляционной системы, имеют индивидуальные всасывающие линии и общий манифольд. Реже, при небольшом удалении от оси скважины, буровые насосы снабжаются индивидуальными манифольдами.

М анифольд (рис. 29) состоит из трубной обвязки 6 буровых насосов, трубной обвязки 8 вышечного блока, трубопровода 7, соединяющего обвязки в насосном и вышечном блоках, вспомогательного трубопровода 1 и пультов управления 4. Трубная обвязка насосов предназначена для подачи бурового раствора по отводам 2 насосов к распределителю с дроссельно-запорными устройствами 5. Отводы включают набор трубных секций и переходных колен, необходимых для соединения нагнетательного патрубка насоса с распределителем. На отводах

Рис. 29 Манифольд

устанавливают задвижки для слива бурового раствора, а также манометры с предохранительным устройством. Задвижки 3 распределителя служат для подачи бурового раствора в скважину либо в перемешивающие и очистные устройства циркуляционной системы. Трубная обвязка 8 вышечного блока состоит из стояка и распределительно-запорного устройства, позволяющего подавать буровой раствор в вертлюг либо в превентор, а также откачивать его от цементировочного агрегата. Стояк представляет собой набор трубных секций с линзовыми соединениями. К стояку крепится изогнутое колено для присоединения бурового рукава, по которому раствор подается в вертлюг.

ВЕРТЛЮГ.

Вертлюг, являясь верхней опорой для бурового инструмента, предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого бурового шланга соединяется со стояком напорного трубопровода буровых насосов. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помощью резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора. Во время спускоподъемных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических проворачиваний бурильной колонны с целью предотвращения прихватов.

В процессе эксплуатации вертлюг испытывает статические осевые нагрузки от действия веса бурильной колонны и динамические нагрузки, создаваемые продольными колебаниями долота и пульсацией промывочной жидкости. Детали вертлюга, контактирующие с раствором, подвергаются абразивному износу. Износостойкость трущихся деталей вертлюга снижается в результате нагрева при трении.

К вертлюгам предъявляются следующие основные требования: поперечные габариты не должны препятствовать его свободному перемещению внутри вышки при наращивании бурильной колонны и спускоподъемных операциях; быстроизнашиваемые узлы и детали должны быть удобными для быстрой замены в промысловых условиях; подвод и распределение масла должны обеспечить эффективную смазку и охлаждение трущихся деталей вертлюга; устройство для соединения с талевым блоком должно быть надежным и удобным для быстрого отвода и выноса вертлюга из шурфа.

ПРОТИВОВЫБРОСОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

Комплекс ОП предназначен для быстрой и надежной герметиза­ции устья скважины при наличии и отсутствии в ней колонны труб; циркуляции бурового раствора с регулированием противо­давления на пласт; закачиванием раствора в пласт; отвода пла­стового флюида, поступающего из скважины на безопасное рас­стояние; нормального осуществления процесса бурения с приме­нением газообразных агентов; осуществления обратной циркуля­ции и др. В комплект ОП входят плошечные (глухие или про­ходные для полного перекрытия отверстия или кольцевого про­странства, если в скважине находится колонна труб); кольцевой или универсальный (для перекрытия отверстия в скважине, если в ней находится любая часть бурильной колонны: замок, труба, ведущая труба); вращающийся (для уплотнения устья скважины с вращающейся в ней трубой или ведущей трубой) превенторы. Ни плашечные, ни кольцевой превенторы не рассчитаны на вра­щение колонны, если они полностью закрыты. В комплект ОП также входят аппаратура для дистанционного и ручного управ­ления превенторами, система трубопроводов обвязки с задвиж­ками (или кранами) высокого давления, имеющими дистанцион­ное управление. Для обеспечения надежности охраны окружаю­щей среды и недр земли в разнообразных условиях бурения схе­мы оборудования устья скважин стандартизованы. ГОСТ 13862-90 предусматривает 10 типовых схем обвязки ОП: схемы 1 и 2 - с механическим (ручным) приводом превенторов; схемы 3-10 - с гидравлическим приводом превенторов. Типовые схемы обвязки ОП по ГОСТ 13862-90 устанавливают минимальное число необходимых составных частей блока превенторов и манифольда, которые могут дополняться в зависимости от конкретных условий строящейся или ремонтируемой скважины. В морских скважинах с устьем на дне моря устанавливают три плашечных превентора, а иногда и четыре, а над ними универ­сальный превентор. Иногда монтируют два универсальных пре­вентора, при бурении под давлением над этим превентором рас­полагают вращающийся превентор.

Обвязка превенторов - манифольд - предназначена для уп­равления давлением в скважине при нефтегазопроявлениях пу­тем воздействия на пласт закачкой раствора и создания противо­давления на него. Манифольд состоит из линий дросселирования и глушения, которые соединяются со стволовой частью оборудо­вания для герметизации и представляют собой систему трубо­проводов и арматуры (задвижки и регулируемые дроссели с руч­ным или гидравлическим управлением, манометры и др.). Линия глушения соединяется с буровыми насосами и служит для закач­ки в скважину утяжеленного раствора по межтрубному про­странству. При необходимости линия глушения используется для слива газированного бурового раствора в камеру-дегазатор цир­куляционной системы буровой установки. Линия дросселирования служит для слива бурового раствора и отбора флюидов из сква­жины с противодавлением на пласт, а также для закачки в сква­жину жидкости с помощью цементировочных агрегатов.Вращающиеся превенторы (ПВ) предназначены для автомати­ческой герметизации устья скважины вокруг любой части бу­рильной колонны, в том числе ведущих, утяжеленных, насосно-компрессорных, а также замковых соединений бурильных труб, при ее вращении, расхаживании, наращивании и выполнении спуско-подъемных операций. Устанавливают ПВ над блоком превенторов вместо разъемного желоба для отвода бурового рас­твора к блоку очистки циркуляционной системы буровой уста­новки. ПВ применяют при бурении с промывкой аэрированным буровым раствором, с продувкой газообразными агентами, с об­ратной промывкой, с регулированием дифференциального давле­ния в системе «скважина-пласт», а также при вскрытии продук­тивных пластов на «равновесие» и «с депрессией» в климатиче­ских условиях широкого диапазона зон по ГОСТ 15150-69.