Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ-РГГРУ)

_________________________________________________________________________ ­­­­­­

КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

В.В. Куликов

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Учебное пособие

МОСКВА, 2017 г.

Куликов В.В. Циркуляционные процессы. Учебное пособие. Москва, МГРИ-РГГРУ, 2017 год.

Оглавление

	стр.
Раздел 1. Гидропривод	5
Раздел 2. Гидравлика (техническая механика жидкости)	8
Раздел 3. Основные параметры состояния и свойства жидкости	8
Раздел 4. Основное уравнение гидростатики	10
Раздел 5. Режимы течения жидкости	12
Раздел 6. Уравнение Бернулли для потока жидкости	13
Раздел 7. Уравнение расхода (сплошности) жидкости	14
Раздел 8. Гидравлические сопротивления	14
Раздел 9. Относительное движение жидкости и твердого тела Раздел 10. Подземная гидромеханика Литература	15 16 22

Гидропривод

Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для передачи посредством жидкости механической энергии от источника (приводящего двигателя) потребителю (рис.1).

Рис. 1. Структурная блок-схема гидропривода:

1. н

   гидропередача (гидротрансмиссия)

   асос;

2. напорная гидролиния;

3. гидродвигатель (гидромотор);

4. аппаратура управления, контроля и защиты;

5. гидробак;

6. всасывающая гидролиния;

7. сливная гидролиния;

8. и

   в состав гидропривода не входят

   сточник энергии;

9. потребитель энергии.

В состав гидропривода в общем случае входят:

- гидропередача (насос + напорная гидролиния + гидродвигатель);

- аппаратура управления, контроля и защиты (клапаны, дроссели, манометры, расходомеры и т.д.);

- гидробак (емкость для рабочей жидкости);

- всасывающая магистраль насоса;

- сливная магистраль гидродвигателя.

У насоса давление на выходе при работе выше, чем на входе. У гидродвигателя – наоборот. На выходе из насоса получают поток жидкости, на выходе из гидродвигателя – перемещение его выходного звена (штока поршня, ротора, винта, турбинного колеса и пр.).

Гидравлические машины (насосы и гидродвигатели) бывают объемные и динамические. К объемным машинам можно отнести поршневые (плунжерные; плунжер – это поршень, длина которого превышает диаметр), пластинчатые, винтовые, роторно-поршневые, шестеренные, аксиально-поршневые и др. К динамическим машинам относятся лопастные (центробежные и осевые) и нелопастные (вихревые, струйные, шнуровые и пр.).

Объемные поршневые насосы в бурении применяют для промывки и цементирования скважин, а объемные поршневые гидродвигатели – в качестве силовых гидроцилиндров различного назначения. Забойными объемными гидродвигателями являются винтовые машины, а забойными динамическими (центробежными) – турбобуры. Центробежные и струйные насосы применяют для скважинных откачек воды и нефти.

В составе разделенной (не имеющей единого корпуса) объемной гидропередачи имеются объемный насос, напорная гидролиния и объемный гидродвигатель (пример – поршневой насос + колонна бурильных труб + винтовой забойный двигатель). Динамическая разделенная гидропередача (в бурении отсутствует) включает динамический насос, напорную гидролинию и динамический гидродвигатель. Комбинированная разделенная передача состоит из объемного насоса, напорной гидролинии и динамического двигателя (пример – поршневой насос + колонна бурильных труб + турбобур) или из динамического насоса, напорной гидролинии и динамического двигателя (в бурении отсутствует).

К неразделенным (в едином корпусе) динамическим гидропередачам относят гидротрансформаторы и гидромуфты (пример – гидродинамический тормоз буровой лебедки). У неразделённых гидропередач напорная гидролиния отсутствует.

Принцип действия поршневого насоса (рис. 2) заключается в следующем: при перемещении поршня вправо объем рабочей камеры насоса (поршневой полости цилиндра) увеличивается, давление в ней снижается, становится меньше атмосферного. За счет разницы давлений (атмосферного P₀ и абсолютного P в рабочей камере) открывается всасывающий клапан, и жидкость из емкости поступает в насос. При движении поршня влево увеличивается давление P, закрывается всасывающий клапан, открывается нагнетательный и жидкость поступает в нагнетательную магистраль.

Перекачиваемая жидкость выполняет по отношению к насосу функции охлаждающего и смазывающего агентов. Недопустима работа насоса «всухую» (трение, нагрев, износ). Препятствует вытеканию жидкости из всасывающей линии обратный клапан.

Рис. 2. Упрощенная схема поршневого насоса простого действия:

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток поршня;

4

кривошипно-ползунный механизм

– ползун;

5 – шатун;

6 – кривошип;

7 – нагнетательная магистраль; 8 – нагнетательный клапан; 9 – всасывающий клапан; 10 – всасывающая магистраль;

1

храпок

1 – обратный клапан;

12 – фильтр;

13 – емкость;

Ω_угл – угловая скорость кривошипа;

P₀ – атмосферное давление;

P – абсолютное давление в рабочей камере;

H_вс.max – максимальная высота всасывания жидкости насосом.