8.4. Конструктивные параметры
Конструктивные параметры буровых насосов выбирают с учетом норм и требований, установленных ГОСТ и ОСТ на конструктивное исполнение основных узлов гидравлического и приводного блоков насосов.
Один из важных вопросов при проектировании насосов - выбор оптимального сочетания длины, числа ходов и диаметра поршня, обеспечивающих заданную подачу, которая определяется по формулам:
для двухпоршневого насоса двустороннего действия
для трехпоршневого
насоса одностороннего действия
где Q - подача насоса, л/с; α=0,9 - коэффициент подачи; F -площадь поперечного сечения поршня, дм2; f - площадь поперечного сечения штока, дм2; S - длина хода поршня, дм; п – частота ходов поршня, мин-l; υCP=2Sn/60 - средняя скорость поршня, дм/с.
Средняя скорость поршня буровых насосов не должна превышать 1,6 м/с. В целях ограничения динамических нагрузок максимальное ускорение поршня не должно превышать 14 м/с2. В современных насосах рассматриваемые параметры составляют: Sп=20-32 м/мин-1 или Vcp=0,7-1,2 м/с; Sп2=1300-2100 м/мин-2 или аmах=8 – 14 м/с2.
Длину хода поршня рекомендуется выбирать из следующего ряда предпочтительных чисел: 80; 100; 125; 160; 200; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500 мм.
В зависимости от выбранной длины хода по допускаемым скорости и ускорению определяют частоту хода поршня. Далее по заданной подаче, вычисляют диаметр поршня:
для двухпоршневых
в двустороннего
действия
для трехпоршневых
насосов
одностороннего действия
где dш - диаметр штока, дм.
Диаметры поршней, наружные и внутренние диаметры цилиндровых втулок должны соответствовать значениям следующего ряда чисел: 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160;170; 180; 190; 200; 210; 220; 230; 240; 250; 260; 270; 280 мм.
Длина цилиндровой втулки
l=S+lп+Δl, где lп - длина поршня, мм; Δl;- запас длины.
Запас длины цилиндровой втулки Δl=30…50 мм используется для заходной фаски, а также для подтягивания изношенного уплотнения (в случае нежесткого крепления втулки) и компенсации возможного удлинения штока при неполном свинчивании его составных частей. Наиболее распространены цилиндровые втулки длиной 590 и 630 мм, наружным диаметром соответственно 230 и 200 мм, используемые в буровых двухпоршневыx насосах двустороннего действия. Трехпоршневые насосы одностороннего действия, имеющие более короткий ход (250-300 мм) и меньшую длину поршня, снабжаются втулками длиной втулками длиной 350-400 мм.
9. Циркуляционная система буровой установки
Циркуляционная система буровых установок включает в себя наземные устройства и сооружения, обеспечивающие промывку скважин при непрерывной принудительной циркуляции бурового раствора по замкнутому кругу: насос - забой скважины - насос. Многократная замкнутая циркуляция дает значительную экономическую выгоду благодаря сокращению расхода химических компонентов и других ценных материалов, входящих в состав буровых растворов. Важно также отметить, что замкнутая циркуляция предотвращает загрязнение окружающей среды стоками бурового раствора, содержащего химически агрессивные и токсичные компоненты.
Циркуляционные системы буровых установок состоят из взаимосвязанных устройств и сооружений, предназначенных для выполнения следующих основных функций: приготовления буровых растворов, очистки бурового раствора от выбуренной породы и других вредных примесей, прокачивания и оперативного регулирования физико-механических свойств бурового раствора. В состав циркуляционной системы входят также всасывающие и напорные линии насосов, емкости для хранения раствора и необходимых для его приготовления материалов, желоба, отстойники, контрольно-измерительные приборы и др. Циркуляционные системы монтируются из отдельных блоков, входящих в комплект поставки буровых установок. Блочный принцип изготовления обеспечивает компактность циркуляционной системы и упрощает ее монтаж и техническое обслуживание.
Важнейшие требования, предъявляемые к циркуляционным системам буровых установок,- качественное приготовление, контроль и поддержание необходимых для данных геолого-технических условий состава и физико-механических свойств бурового раствора. При выполнении этих требований достигаются высокие скорости бурения и в значительной мере предотвращаются многие аварии и осложнения в скважине.
Производительность установок для приготовления бурового раствора определяется из условий, обеспечивающих своевременное пополнение запасов бурового раствора
Q=V+VП, где Q - производительность установок для приготовления бурового раствора, м3/ч; V - объем выбуренной породы за 1 ч, м3; VП - потери бурового раствора за 1 ч в результате поглощений в скважине и утечек при очистке бурового раствора от выбуренной породы, м3.
Примерный объем Vp бурового раствора, необходимый для проводки скважины без учета поглощений и потерь за счет фильтрации Vр=VСКВ+V′П, где VCKB - наибольший объем скважины, м3; V′П - потери бурового раствора при проводке скважины, м3.
Потери V′п возрастают с увеличением объема выбуренной породы и утечек бурового раствора при его очистке.
В числе требований, предъявляемых к циркуляционным системам, имеют механизация и автоматизация процессов приготовления и очистки буровых растворов. Исключение тяжелого и малоквалифицированного ручного труда при выполнении этих трудоемких процессов имеет не только производственное, но и важное социальное значение, так как преобразует работу буровиков, делая ее более производительной и привлекательной.