книги из ГПНТБ / Николич А.С. Поршневые буровые насосы

ДЕЙСТВИЕ ГАЗОВОГО КОМПЕНСАТОРА

ВПРОЦЕССЕ ПЕРЕВОДА НАСОСА

СХОЛОСТОГО ХОДА НА РАБОЧИЙ

Стадии процесса запуска

Процесс запуска в работу поршневого бурового насоса разде­ ляется на два этапа: а) холостой запуск насоса (без давления в нагнетательном трубопроводе); б) перевод насоса с холостого хода на рабочий.

Насос обычно связан клиноременной или цепной силовой пере­ дачей с приводным электрическим или дизельным двигателем. При использовании электродвигателей без пусковых муфт в сило­ вой передаче совместный запуск двигателя и насоса (без нагрузки) сопровождается кратковременным повышением силы тока и паде­ нием напряжения в электрической сети. Применение асинхронного электродвигателя с фазным ротором, угловая скорость вала кото­ рого в пределах от нуля до шт ах изменяется ступенчато, относи­ тельно уменьшает инерционные нагрузки и снижает величину пускового тока. Величина ступени изменения оборотов двигателя

большее повышение пускового тока, чем пуск асинхронного дви­ гателя, что заставляет отказываться от применения синхронных двигателей.

Дизельные двигатели применяются с фрикционными, гидрав­ лическими, электрическими муфтами или их сочетанием, а также гидродинамическими трансформаторами, позволяющими произ­ вести сначала запуск двигателя, а затем холостой пуск насоса.

Насосы при наличии гидродинамического трансформатора в си­ ловой передаче могут запускаться без пусковой задвижки, что, однако, не всегда желательно, так как непосредственно перед на­ чалом работы под нагрузкой необходимо дать насосу некоторое время нагнетать промывочную жидкость без давления.

Нагрузки, возникающие в период холостого запуска двигателей и насоса, определяют при расчете привода насосов, пользуясь из­ вестными методами динамики механизмов.

При отсутствии гидродинамического трансформатора в силовой передаче поршневые буровые насосы запускаются при открытой пусковой задвижке, через которую весь нагнетаемый насосом промывочный раствор сбрасывается в приемный резерзуар. Жид­ кость в гидравлическом тракте нефтебуровой установки остается неподвижной.

182

После того как насос начнет нормально работать без толчков, стуков и шипения, прогреется его приводной механизм и поток промывочной жидкости, сбрасываемой в приемный резервуар, ста­ нет стабильным, можно перевести насос с холостого хода на рабочий.

Изменение давления при включении насоса

Влияние различных факторов на изменение давления при пере­ воде насоса с холостого хода на рабочий рассматривается в раз­ делах 1—4.

1. В Л И Я Н И Е СВОЙСТВ В Я З К О - П Л А С Т И Ч Е С К О Й ж и д к о с т и НА ПУСК НАСОСА

Вся масса промывочного раствора в гидравлическом тракте буровой установки, т. е. в трубах обвязки насосов, бурильных трубах, спущенных до забоя скважины, и в затрубном простран­ стве от долота до устья, должна быть выведена из статического состояния и приведена в движение с постоянной скоростью

Q

V = — . F

Промывочный раствор включает поляризованные частицы гли­ ны, заряженные статическим электричеством. Тонкие лепестки глинистых частиц, находящиеся в пространстве в разных положе­ ниях относительно друг друга, сцепившиеся между собой и связы­ вающие молекулярными силами находящуюся между ними воду, образуют в неподвижном состоянии упругую пространственную систему. Прочность сетчатой структуры, образованной частицами глины в неподвижном промывочном растворе, характеризуется статическим напряжением сдвига 8, которое необходимо преодо­ леть до того, как раствор придет в движение.

Величину предельного статического напряжения сдвига можно

храняться до определенного значения напора Н, уравновешивае­ мого сопротивлением неподвижной жидкости внутри центральной

Откуда

« в d„

183

Уравнение предельного равновесия для кольцевого пространства имеет вид

Д р с т 2 = п ( О с к в + dl) /0.

Откуда

4/0

А р с т 2 =

•Секи ^11

Тогда суммарное давление, необходимое для страгпвания,

Обозначения показаны на схеме (см. рис. 67).

Сопротивление движению промывоч­ ного раствора складывается из двух величин:

параллельно протекающих процессах: а) вязкостного сопротивле­

прямой /, смещенной по оси ординат на величину то от начала координат. Составляющая т0 остается постоянной при любом зна­ чении du/dn. Тангенс угла наклона прямых 1 и 2 к осп абсцисс

184

равен л. Прямая 2 определяет величину вязкостной составляющей т) du/dn в уравнении (146).

При неподвижном состоянии промывочной жидкости (jj~ = ®y)

сопротивление ее страгпванпю характеризуется только величиной статического напряжения сдвига 9.

Пересечение прямой 2 с осью ординат отсекает на ней уча­ сток то так называемого динамического сопротивления сдвигу, которое, как правило, несколько больше статического сопротивле­ ния сдвигу. Величина дополнительного давления АрС т, необходи­ мого для преодоления статического напряжения сдвига 0 промы­ вочной жидкости при возобновлении циркуляции в скважине, опре­ деляется выражением (146).

Возможные значения предельного статического напряжения сдвига (табл. 24) значительно изменяются в зависимости от свойств промывочной жидкости и существенно зависят от времени пребывания в неподвижном состоянии.

Действительная величина ДрС т может быть значительно больше определенной по формуле (146), так как значения 8, взятые из табл. 24, могут оказаться меньше действительных после длитель­ ного пребывания промывочной жидкости^ неподвижном состоянии.

Поэтому перевод насосов с холостого хода на рабочий реко­ мендуется производить, перекрывая плавно пусковую задвижку, чтобы избежать возникновения еще более высоких давлений в на­ гнетательной линии.

2.ВЛИЯНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ

ИУПРУГОСТИ СТЕНОК ТРУБОПРОВОДА

При быстром закрытии пусковой задвижки повышение напора, связанное с сообщением жидкости определенной скорости движе­ ния, может быть подсчитано без учета гидравлических сопротив­ лений по формуле Н. Е. Жуковского

186

Объемные модули упругости промывочной жидкости и воды

187

Отклонения величины Лр-уд, связанные с изменением диаметра

Если быстро перевести насос с холостого хода на рабочий

щее при мгновенном закрытии задвижки или в течение времени

3. ВЛИЯНИЕ ВОЗДУШНОГО КОЛПАКА ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО НАСОСА (БЕЗ УЧЕТА УПРУГОСТИ СТЕНОК ТРУБ)

При включении дополнительного насоса в линию, по которой происходит нагнетание жидкости, гидродинамические процессы в трубопроводе протекают следующим образом-.

Как показано на схеме (рис. 70), дополнительный насос / присоединен к магистрали через обратный клапан. На нагнета­ тельном трубопроводе между насосом и обратным клапаном уста­

188

Когда жидкость от дополнительного насоса начинает посту­ пать в нагнетательную магистраль, давление в ней представляет собой сумму

Рис. 70. Схема обвязки насосов с обратными клапанами для запуска 'резервного насоса без нагрузки.

В соответствии со вторым законом Ньютона,

мость жидкости в трубопроводе по Рэлею, принимаем

189

получаем

Сжатие воздуха в колпаке принимаем изотермическим, т. е.

190

Полученная зависимость p = (p(t) изображена на рис. 71, где показано, что повышение давления (кривая / ) достигает значи­ тельной величины, время резкого нарастания и спада давления

р, кгс/мг

Рис. 71. Изменение давления в трубопроводе при прямом (/1

сатора и пусковой задвижки.

не превышает 0,1 с. При использовании пусковой задвижки в те­ чение всего процесса перевода насоса с холостого хода на рабочий повышение давления (кривая 2) происходит плавно.

В данном примере промывочная жидкость (вода) во всем гид­ равлическом тракте находится в движении и ломать ее непо­ движную структуру не требуется.

4. ВЛИЯНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА (БЕЗ УЧЕТА СЖИМАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ, УПРУГОСТИ СТЕНОК ТРУБ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ)

Рассмотрим, согласно Г. Бергу, задачу о действии пневмати­ ческого компенсатора при переводе насоса с холостого хода на рабочий без пусковой задвижки (рис. 72).

Составим дифференциальное уравнение объемов:

dt; Fvdt — объем жидкости, нагнетаемой за то же время насосом;. F^v^dt — объем жидкости, поступившей в трубопровод.

Для изотермического процесса в компенсаторе

191