Курсовая работа. буровой трехпоршневой насос 8Т65001

• Название: буровой трехпоршневой насос 8Т65001
• Дата: 28.04.2022
• Размер: 3.75 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа.docx
• Тип: Курсовая; #502919
• страница: 1 из 3

Министерство высшего образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сахалинский государственный университет»

Технический нефтегазовый институт

Кафедра геологии и нефтегазового дела

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Нефтегазопромысловое оборудование»
на тему:
«БУРОВОЙ ТРЕХПОРШНЕВОЙ НАСОС 8Т-650-01»

Автор работы	______________________ (подпись, дата)	Шиков В.Д.
Научный руководитель	______________________ (подпись, дата)	Спирин Т.С.

Южно-Сахалинск 2021

СОДЕРЖАНИЕ

«Нефтегазопромысловое оборудование» 1

«БУРОВОЙ ТРЕХПОРШНЕВОЙ НАСОС 8Т-650-01» 1

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 4

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 33

3.1 Расчет цилиндра насоса на прочность 33

3.2 Расчёт штока цилиндра на сжатие 33

3.3 Расчёт удельного давления штока ползуна приводной части на шток цилиндра 34

3.4 Определение основных размеров и параметров насоса 35

3.5 Максимальное число двойных ходов насоса 38

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13

ВВЕДЕНИЕ
Снижение себестоимости эксплуатации и технического обслуживания буровых установок является важной задачей поддержания конкурентоспособности отрасли в условиях нестабильных цен на нефть.

Целью курсового проекта является разработка технического решения по снижению расходов на эксплуатацию и обслуживания буровых установок. Модернизация заключается в усовершенствовании всасывающей линии насоса путем установки фильтрующего элемента в виде сетчатого фильтра, обеспечивающего фильтрацию бурового раствора и исключающего попадания твердых частиц под клапана насоса.

Предлагаемую модернизацию предлагается использовать на трехцилиндровом буровом насосе типа 8Т-650-01

Задачами данной работы является:

- обсуждение вопросов назначения и области применения проектируемого изделия

- техническая характеристика изделия

- описание и обоснование выбранной конструкции

- расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность конструкции

- описание организации работ с применением разрабатываемого изделия.

Исходными данными для разработки курсового проекта являются технические характеристики трехцилиндровом буровом насосе типа 8Т-650-01, протоколы испытаний данной установки и технологические карты по ремонту насосных установок.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1.1 Функциональное назначение и конструктивное исполнение
Насосно-циркуляционный комплекс выполняет следующие функции:

- нагнетание бурового раствора в бурильную колонну для циркуляции в скважине в процессе бурения, промывки и ликвидации аварий, в количестве, обеспечивающем эффективную очистку забоя и долота от выбуренной породы, и получение скорости подъема раствора в затрубном пространстве, достаточной для выноса этой породы на поверхность;

- подвод к долоту гидравлической мощности, обеспечивающей высокую скорость истечения (до 180 м/с) раствора из его насадок для частичного разрушения породы и очистки забоя от выбуренных ее частиц;

- подвод энергии к гидравлическому забойному двигателю;

- очистка бурового раствора от выбуренной породы и газов, поддержание и регулирование заданных его параметров;

- приготовление нового бурового раствора;

- хранение запасного бурового раствора в количестве нескольких объемов скважины и поддержание его свойств при остановках циркуляции.

Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса ее на дневную поверхность, охлаждения и смазки долота, создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами, приведения в действие забойных гидравлических двигателей [2].

Для вращательного бурения с непрерывной циркуляцией раствора применялись поршневые насосы с различными структурными схемами: прямодействующие (паровые двухстороннего действия двухпоршневые); приводные (двух-стороннего действия двух- и трехпоршневые; одностороннего действия с тремя,

пятью и шестью поршнями и цилиндрами; последовательного действия двухпоршневые).

В настоящее время широко применяются приводные поршневые насосы различных конструкций. На смену паровым прямодействующим насосом пришли двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трехпоршневые одностороннего действия. 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.

В настоящее время широко используют только двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трехпоршневые одностороннего действия.

Эффективность различных структурных схем насосов должна определяться простотой конструкции, его технологичностью, числом быстроизнашивающихся деталей, вероятностью безотказной работы, массой, КПД и т.д.

По сравнению с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия трехпоршневой насос обеспечивает почти в 2 раза меньшую неравномерность подачи и в сочетании с диафрагменным компенсатором пульсации дает весьма высокие результаты. Такие поршневые насосы имеют лучшее соотношение числа сменных быстроизнашивающихся деталей. Возможность быстрой смены поршней и втулок со значительно меньшей массой, чем у двухпоршневых, делает эти насосы более удобными в эксплуатации, а меньшая в 1,5-2 раза масса обеспечивает лучшие их монтаже способность и транспортабельность, что очень важно, особенно для мощных насосов большой массы.

Приводные насосы состоят из двух основных частей – гидравлической и трансмиссионной. Конструкции этих насосов довольно однообразны, но отдельные элементы выполняются однотипно. Например, трансмиссионная часть трехпоршневого насоса отличается от таковой в двухпоршневом насосе тем, что коренной вал в первом случае имеет три эксцентрика или кривошипа, а во втором два.

В гидравлической части бурового насоса происходит передача энергии от поршней жидкости. Гидравлические части выпол­няются по различным схемам и отличаются по конструкции. Они различаются расположением всасывающего и нагнетательного клапанов - несоосное в разных коробках или соосное в одной, а также конструкцией элементов крепления втулки, поршня и штока.

Конструкции большинства элементов гидравлических частей насосов одностороннего и двустороннего действия различны, кроме клапанов, их крышек, седел и манжет поршней.

Гидравлическая коробка служит для образования рабочих камер и каналов, по которым жидкость подводится к рабочим камерам и отводится от них, а также для размещения и крепления клапанов и остальных элементов. Гидравлическая коробка может быть литой из стали, кованой и сварной из отдельных элементов. Преимущества кованой коробки - простота изготовления, небольшая масса при значительных давлениях насоса. [2].

В гидравлических коробках двухпоршневых насосов цилиндры изготовляют литыми вместе с клапанными коробками из качественной углеродистой стали с толщиной стенок 20 - 30 мм. В клапанных коробках нагнетательные клапаны располагаются или над гидравлическим цилиндром, или с небольшим смещением относительно его оси. Всасывающие клапаны находятся внизу с внешней стороны гидравлических цилиндров. Объем рабочей камеры в конце хода нагнетания (или так называемое вредное пространство) должен быть минимальным.

Клапаны, поршни, втулки цилиндров, сальники и штоки работают при высоких давлениях в среде высокоабразивной жидкости и сильно изнашиваются, поэтому эти детали не могут обеспечить срока службы в несколько тысяч часов, как это требуется от бурового насоса. Эти детали изготовляют наиболее простой кон­структивной формы, что обеспечивает их быструю замену.
1.2 Технические характеристики трехцилиндрового бурового Насоса 8Т-650-01
Компания «Хунъян» была основана в 2006 году, специализируется на разработке, производстве и продаже буровых насосов, плунжерных насосов и запасных частей. Компания постоянно придерживаемся политики развития, "Первое често качества" и "Навсегда в стороне Клиентов", и в то же время прошли засвидетельствование качества в нотариальном порядке ISO9001, API-7K и т.п. Настоящщое время наши продукции включение Буровых насосов и запасных частей, Плунжерных насосов и запасных частей. Производящие продукции на такие марки: Emsco, Gardner-Denver, NOV, Ideco, Brewster, Drillmec, Wirth, Ellis Williams, Halliburton[1]



Рисунок 1 - Общий вид бурового насоса 8Т-650-01
Таблица 1 - Технические характеристики [13]

Технические условия	ТУ 3632-066-07538145-97
Мощность потребляемая:
кВт	475
л.с.	650
Количество цилиндров, шт	3
Число двойных ходов поршня в минуту	160
Частота вращения входного вала, об/мин	695
Длина хода поршня, мм	203
Диаметр поршня рабочий, мм	100-190
Давление нагнетания гидропоршневого насосного агрегата, не более, Мпа	32
Подача максимальная, л/с:	45
Тип зубчатой передачи	шевронная
Габаритные размеры, мм:
высота (с кран-балкой)	2460
длина	3665
ширина (с пневмокомпенсатором)	2360
Масса, кг	12500

1.3 Отечественные и зарубежные аналоги буровых насосов
На нефтяных и газовых месторождениях России в данное время эксплуатируются главным образом буровые насосы триплексного типа, изготовленные заводами «» (ОАО «УРБО»)[3] и Волгоградским заводом буровой техники (ОАО «ВЗБТ») [4], а также рядом зарубежных фирм, среди которых выделяется продукция фирм NOV (США) [5], BENTEC (Германия)[6] и компания «Хунъян (Китай)[1]
Конструкции насосов, близких по параметрическим рядам, указанных производителей могут существенно различаться, что находит отражение на их показателях технического уровня. В качестве примеров на рисунках 2 и 3 приведены близкие по характеристикам назначения буровые насосы производства ОАО «УРБО» и Bentec T-1600-AC, а в таблице 2 сравниваются характеристики насосов триплексного типа мощностью 600 кВт.


Р исунок 2 - Буровой насос НБТ-1000L производства ОАО «УРБО» мощностью 1000кВт


Рисунок 3 - Буровой насос Bentec T-1600-A C мощностью 1193кВт.

Таблица 2 - Сравнение характеристик насосов триплексного типа мощностью 1600 кВт и насоса Bentec T-1600-AC

Параметры		Типы,марка насосов,фирма-производитель
	НБТ-600(ВСБТ)	УНБТ-	8Т-650-01	F-800 Emsco	Bentec T-1600-AC*
		600L(Уралмаш)		(Китай)	(Германия)
Р,кВт	600	600	650	597	400-1193
Наиб.подача,л/с	45	49,6	45,6	38,5	52,12
Предельное давление,МПа	25	32		34,5	42
Число ходов в мин,max	145	140	145	150	165
Длина хода поршня, мм	250	250	203	229	304,8
Масса,кг	13701	12000	12500	12546	38300
Удельная энергонасыщенность, вт/кг	44	50	48	47	31

Примечание весовые характеристики насоса фирмы «Бентек» приведены суммарно с учетом массы силового привода, по другим насосам она не учтена, по имеющейся информации она близка к 7 т.
Из анализа таблицы 2 видно, что по удельной энергонасыщенности во Вт на 1кг массы насосов, отечественные насосы не уступают зарубежным и даже превосходят их: результат по УНБТ-600L (Уралмаш) например, выше, чем у лучшего зарубежного аналога 8-Р-80 TRIPLEX (NOV, США).
Изучая принципиальные схемы и чертежи различных насосов можно констатировать следующее:
1) Разные показатели удельной энергонасыщенности у отечественных насосов определяются существенными различиями конструктивного исполнения как их гидравлической, так и приводной части. Например, в конструкции насосов ВЗБТ предпочтение отдано соосному расположению нагнетательного и всасывающего клапанов, а в конструкции насосов УРБО предпочли L - образное. В приводной части насосов ВЗБТ использована косозубая передача, а в насосах УРБО – шевронная. Есть и другие различия в конструктивных и технологических решениях, эффективность которых можно оценить комплексно на основе статистической обработки данных об экономичности в изготовлении изделий и их надежности и в эксплуатации.

2) В зарубежных фирмах (NOV, BENTEC) развивается тенденция отказа от клиноременных и цепных передач от двигателя к трансмиссионной части насоса и переход на зубчатые (цилиндрические или планетарные), передачи, как это отражено на рисунке 3. Такое решение повышает долговечность и безотказность насосов, делают их более компактными.

3) В отечественной практике имеют место довольно успешные попытки применения для промывки скважин при бурении плунжерных

триплекс – насосов завода «Синергия», предназначенных для цементировочных агрегатов. Эти насосы при равных значениях мощности, подачи и давления, в 4-5 раз легче трехпоршневых аналогов. Однако, на наш взгляд, технология изготовления высокоточных плунжерных пар представляется достаточно дорогой. А их ресурс в эксплуатации предположительно невысок в условиях циркуляции агрессивных сред.

4)В зарубежной практике в натурном варианте реализован инновационный проект по созданию вертикального шестипоршневого бурового насоса мощностью 1894кВт, позволяющего практически исключить пульсацию бурового раствора (National Oilwell Varco Hex II Pump). Подача такого насоса превышает 65л/с, развивается максимальное давление 51,7 МПа. Длина хода 11.8» (300 мм).
Таким образом, в отечественной и зарубежной практике накоплен значительный опыт совершенствования существующих буровых насосов, разработки и создания принципиально новых их конструкций, что позволяет ожидать в недалеком будущем появления насосов более высокого технического уровня.

2. ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР
2.1. Патентно-информационный обзор по фильтрам
Авторское свидетельство № SU 1567243 A1 «Сорбционный фильтр»[7]

Изобретение относится к устройствам для сорбционной очистки воды фильтро­ванием и позволяет увеличить степень очистки от органических веществ. В корпусе фильтра размещены внутренний элемент из гранулированного активированного угля и внешний элемент из микропористой угольной ткани. Очищаемая вода проходит через перфорированный канал, внутренний и внешний элементы фильтра и выводится из корпуса через патрубок. При соотношении суммарных сорбционных емкостей внешнего и внутреннего элементов, равном 0,25, достигается высо­кая степень очистки воды от органичес­ких примесей при оптимальном гидравли­ческом сопротивлении фильтра. Изобретение относится к устройствам для осуществления физико-химических процес­сов, в частности к сорбционным фильтрам, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при очистке жидкостей от органических примесей и получения сверхчистой воды.

Цель изобретения - увеличение степени очистки жидкости от органических веществ. Сорбционный фильтр работает следую­щим образом.

Исходная вода подается через входной патрубок и внутренний перфорированный канал во внутренний фильтрующий элемент. Пройдя через внутренний фильтрующий элемент и сетку, вода поступает во внешний фильтрующий элемент и через кольцевой зазор между внешним фильтрующим элементом и корпусом фильтра, выходит наружу через выходной патрубок.

Внутренний фильтрующий элемент заполнен мелкодисперсным активированным сферическим углем, а внешний фильтрующий элемент выполнен из угольной ткани, представляющей из себя тонкие пористые нити, имеющие микропористую структуру.

Пример. При очистке воды от органических примесей в качестве внутреннего элемента использован слой активированного угля марки СКН-П2, являющегося супермикропористым сорбентом, а в качестве наружного - слой угольной ткани марки ДСГ-9, являющейся микропористым сорбентом.

Зависимость степени очистки воды от соотношения суммарных сорбционных ем­костей фильтрующих элементов представ­лены в таблице.

Величина отношения сорбционной емкости внешнего фильтрующего элемента к сорбционной емкости внутреннего фильтрую­щего элемента, составляющее 0,25% является оптимальным, как с точки зрения обеспечения максимальной степени очистки выходящей из фильтра воды, так и с точки зрения обеспечения минимального допустимого гидравлического сопротивления всего сорбционного фильтра в целом.

Сорбционный фильтр позволяет примерно в 4 раза увеличить степень очистки жидкостей от органических примесей по сравнению с известными, при этом он достаточно прост и технологичен в изготовле­нии, что позволяет широко применять его в различных областях народного хозяйства.

Формула изобретения. Сорбционный фильтр, включающий цилиндрический корпус с крышками, центральный перфорированный канал, внутрен­ний и внешний фильтрующие элементы, размещенные соосно перфорированным кана­лам и разделенные между собой сеткой, патрубки для подвода и отвода очищаемой жидкости, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени фильтрующий элемент выполнен из тканевого сорбционного материала.

Авторское свидетельство № 587242 «Скважинный фильтр»

Изобретение относится к бурению скважин. Известен скважинный фильтр, содержащий перфорированный каркас, зерни­стый наполнитель и разделяющие его на кольцевые слои проницаемые перегородки.

Недостатком известного фильтра является быстрый и эрозионный износ наружной поверхности.

Известен также скважинный фильтр, содержащий перфорированный корпус с фильтрующим элементом.

Недостатком этого фильтра является быстрый абразивный износ наружной фильтрующей поверхности и глинизация ее во время спуска фильтра на забой скважин.

Цель изобретения - повышение эффективности фильтрации жидкости или газа путем предотвращения абразивного износа и глинизации фильтра.

Указанная цель достигается тем, что наружная поверхность фильтрующего элемента покрыта ворсистым, абразивоустойчивым материалом, в качестве которого может быть использован полимерный материал, например монолавсан.

Фильтр состоит из перфорированного корпуса, фильтрующего элемента, состоящего из фильтрующих слоев и зернистого наполнителя. Наружная поверхность фильтрующего элемента покрыта ворсистым материалом.

Фильтр работает следующим образом. Газ, нефть или вода вместе с песком поступают из пласта к фильтрую­щему элементу. Высокие входные фильтрационные скорости гасятся ворсистым материалом, песчинки ударяются по нему, отскакивают от него и под дей­ствием силы тяжести падают на забой, а флюиды, проходя фильтрующий элемент, попадают в лифтовые трубы и поступают на поверхность.

Таким образом, ворсистый материал является гасителем входных скоростей газа или жидкости в фильтр, что предохраняет его от абразивного износа. Кроме того, ворсистый материал предохраняет фильтр от соприкосно­вения со стенками скважины во время его спуска на забой, чем препятствует забиванию фильтрующего элемента буро­вым раствором.

Использование данного устройства обеспечивает по сравнению с известным повышение эффективности фильтра­ции путем предотвращения абразивного износа его фильтрующей поверхности и ее глинизации, что, в конечном счете, повышает производительность скважин.

Формула изобретения. Скважинный фильтр, содержащий пер­форированный корпус с фильтрующим элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффек­тивности фильтрации путем предотвращения абразивного износа и глинизации фильтра, наружная поверхность фильтру­ющего элемента покрыта ворсистым, абразивоустойчивым материалом. Фильтр по п.1, отличаю­щийся тем, что в качестве вор­систого, абразивоустойчивого материала использован полимер, например монолавсан.

Авторское свидетельство № 859608 «Магнитный фильтр»[8]

Изобретение относится к горной промыш­ленности, а точнее к области нефтегазодобы­вающей промышленности, и может быть использовано при глубиннонасосной добыче нефти.

Известен фильтр для предотвращения выноса песка, состоящий из патрубка с продольными вырезами, обернутый галунной сеткой .

Недостаток заключается в плотности из­готовления сетки, ненадежности работы устройства из-за частого забивания ячеек ока­линой и песком.

Наиболее близким к предлагаемому яв­ляется магнитный фильтр, состоящий из двух концентрично расположенных перфо­рированных патрубков, выполненных из ферромагнитного и диамагнитного материала, пространство между которыми заполнено крошкой из магнитных отходов .

Недостаток известного фильтра заключается в том, что фильтрующие элементы не защищены от последствий механических ударов и повреждений, полученных вследствие спускоподъемных операций труб и насосо-установки.

Кроме того, выполнение наружного па­трубка из ферромагнита приводит при спус­ке фильтра в скважину к размагничиванию в результате пересечения магнитных сило­вых линий с телом эксплуатационной ко­лонны. Аналогичное явление происходит и при стационарном положении устройства в скважине. Все это снижает надежность работы фильтра.

Цель изобретения - повышение надеж­ности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что фильтр снабжен амортизатором, выполнен­ным в виде трубчатого корпуса со сливными отверстиями и подпружиненной относительно корпуса втулкой с обратным клапаном, ниж­ний конец которой жестко связан с наруж­ным патрубком, а верхний установлен с воз­можностью перекрытия сливных отверстий корпуса в рабочем положении фильтра, причем, наружный патрубок фильтра выпол­нен в виде шара из диамагнитного материа­ла, а внутренний из ферромагнитного.

Устройство состоит из шарообразного перфорированного наружного патрубка, внутреннего перфорированного патрубка, концы которого соединены диамагнитной полусферической пластиной и втулкой. Пространство между патрубками заполне­но магнитными отходами. Амортизатор выполнен в виде трубчатого корпуса со сливными отверстиями и подпружиненной втулкой с пружиной и обратным клапаном.

Для сообщения фильтра с приемом на­сосной установки имеется ниппель с ман­жетой.

Устройство работает следующим образом. При работе скважины добываемая жид­кость при поступлении в фильтр ударяется о наружный патрубок, сепарируется от ме­ханических частиц, а затем, проходя через магнитные отходы, обрабатывается и по­ступает в перфорированный внутренний па­трубок, а затем к приему насоса. При по­ступлении добываемой жидкости к приему насоса открывается обратный клапан.

При остановке скважин на ремонт под­нимают штанговый насос, при этом под гидростатическим давлением находящейся внутри насосных труб столба жидкости фильтр прижимается к низу и образуется пространство между манжетой и верх­ним основанием подпружиненной втулки. Жидкость, проходя через него в полость корпуса и сливное отверстие, поступает в затрубное пространство сква­жины. После освобождения насосно-компрессорных труб от жидкости под действием пружины фильтр с втулкой снова при­жимается к ниппелю насосно-компрессорных труб и фильтр готов к работе.

Благодаря подвижности фильтра (по­садке его на амортизатор) и форму его он имеет дополнительный эффект по самоочистке корпуса от прилипших частиц песка.

Применение магнитного фильтра в сква­жинах, имеющих в составе добываемой жид­кости механические примеси, даст возмож­ность увеличить срок службы штангового насоса и межремонтный период скважин.

Формула изобретения. Магнитный фильтр, состоящий из двух концентрично расположенных перфориро­ванных патрубков, выполненных из ферро­магнитного и диамагнитного материала, про­странство между которыми заполнено крош­кой из магнитных отходов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, он снабжен амортиза­тором, выполненным в виде трубчатого кор­пуса со сливными отверстиями и подпружи­ненной относительно корпуса втулкой с об­ратным клапаном, нижний конец которой жестко связан с наружным патрубком, а верхний установлен с возможностью пере­крытия сливных отверстий корпуса в рабо­чем положении фильтра, причем, наружный патрубок фильтра выполнен в виде шара из диамагнитного материала, а внутренний - из ферромагнитного.

Авторское свидетельство № 477231 «Металлокерамический фильтр»[9]


Рисунок 5 – Металлокерамический фильтр
Основными параметрами фильтров механической очистки являются условный проход Dy, номинальное давление Pno и номинальная тонкость фильтрации δ. Рекомендуется такой ряд значений тонкости фильтрации: 10, 25, 40, 63, 80, 125 и 160 мкм.

Металлокерамика является одним из наиболее перспективных материалов для фильтрования рабочих жидкостей гидроприводов.

На практике получили распространение металлокерамические фильтрующие элементы из спеченных порошков различных металлов и их соединений. В некоторых фильтрах применяют многослойные фильтрующие элементы из двух и более слоев различной пористости, расположенных с уменьшением пор в направлении потока жидкости.

Авторское свидетельство № 859608 «Двойной фильтр»

Изобретение относится к горной про­мышленности и может быть использовано в скважинах (нефтяных, водяных, для природно­го газа, для получения геотермальной элект­роэнергии и т.д.) в качестве фильтра, особенно в глубоких скважинах, который подвергается чрезвычайно высокому давле­нию, напряжению, компрессии и силам скручивания. Цель изобретения - упрощение конструкции и уменьшение затрат на изготовление. Двойной фильтр состоит из внутреннего усиленного цилиндра (Ц), кото­рый выполняет функцию противодействия давлению извне, и внешнего (Ц), который вы­полняет функцию щита. Внутренний усиленный (Ц) состоит из внутренних стержней (ВС), расположенных по окружности (Ц) через заданный интервал в осевом направлении фильтра, и спирального усиленного элемен­та (УЭ), намотанного на внешнюю поверх­ность (ВС.) и приваренного к ВС. Внешний (Ц) состоит из стержней щита, установленных через заданный интервал в осевом направ­лении внешней окружности внутреннего УЭ, и проволоки, намотанной по спирали вокруг стержней щита и приваренной к стержням щита. Ширина прорези (УЭ) боль­ше ширины прорези проволоки. Щит двой­ного (Ц) имеет улучшенные характеристики прочности и может быть изготовлен без при­менения дорогостоящего зажима 12 ил.

Изобретение относится к горной про­мышленности и может быть использовано в скважинах, таких как нефтяные, водяные скважины, скважины для природного газа, скважины для использования геотермаль­ной электроэнергии и так далее, в особенно­сти, использования в качестве фильтра в глубоких скважинах, который подвергается чрезвычайно высокому давлению, напряже­нию, компрессии и силам скручивания.

Целью изобретения является упроще­ние конструкции и уменьшение затрат на изготовление.

Двойной фильтр состоит из внутреннего усиленного цилиндра, который выполняет функцию противодействия давлению извне, и внешнего цилиндра, который выполняет функцию щита. Внутренний усиленный цилиндр состоит из внут­ренних стержней, расположенных по ок­ружности цилиндра через определенные промежутки между ними в осевом направ­лении щита А и спирального усиленного элемента, имеющего продолговатое сече­ние, где длина по радиусу больше, чем дли­на по оси, и намотанного снаружи внутренних стержней с заданным шагом. Усиленный элемент и внутренние стержни сварены в одно целое в местах, где они входят в контакт друг с другом. Внутренняя поверхность каждого из внутренних стерж­ней существенно утоплена во внутреннюю поверхность окружности усиленного элемента. Усиленный элемент приварен к внутренним стержням во всех контактных точках между ними. Внешний цилиндр состоит из стерж­ней щита, расположенных в осевом направлении внешней окружности внутреннего усиленного цилиндра через заданные промежутки, а проволока с клино­образным профилем намотана по спирали с заданным шагом по наружной поверхности этих стержней щита. Проволока с кли­нообразным профилем приварена в одно целое со стержнями щита в местах, где они входят в контакт друг с другом. Проволока с клинообразным профилем приварена к стержням щита во всех контактных точках между ними. Ширина прорези усиленного элемента внутреннего усиленного цилин­дра шире прорези b внешнего цилиндра щита. Двойной фильтр имеет общие части на обоих торцах. Множество щитов А, соединенных последовательно друг за другом, используются для бурения скважи­ны необходимой глубины.

Двойной фильтр работает следующим образом. В случае, когда фильтр А используется для сбора нефти, воды или другой жидкости, эта жидкость проникает в цилиндр из про­рези в проволочной сетке внешнего цилиндра через прорезь усиленного элемента внутреннего усиленного цилин­дра и собирается снаружи. Поскольку про­резь усиленного элемента больше прорези в проволочной сетке, жидкость проникает в фильтр А с меньшим сопротив­лением. Когда степень открытия отверстия уменьшается в результате засорения пес­ком или другими материалами, фильтр А мо­жет быть промыт обратной струей, т.е. потоком жидкости, направленным в проти­воположном направлении изнутри наружу фильтра А. Промывка обратной струей мо­жет осуществляться так же эффективно, так как прорезь а больше прорези b.

Поскольку усиленный элемент сварен за одно с внутренними стержнями, усилен­ный элемент может сохранять свое гори­зонтальное положение даже при сильном наружном давлении, поэтому фильтр А может противостоять большому наружно­му давлению. Расстояние между внутрен­ней поверхностью окружности внутренних стержней и внешней поверхностью окруж­ности проволочной сетки передает сопротивление внешнему давлению, что равнозначно передаче сопротивления тол­щиной стальной трубы, используемой для конструкционных целей. Кроме того, фильтр А очень хорошо противостоит силам скручи­вания. Промывка обратной струей фильтра А обычно осуществляется при помощи ис­пользования известного устройства для обратной струи. Устройство для обратной струи изготовлено путем надевания на трубу резинового моечного наконечника. Для образования обратной струи вода выбрасы­вается из промывочного отверстия трубы во время ее подъема.

Устройство для обратной струи изготовляется путем установки на трубе направляющих элементов с лопатками, обратная струя образуется вы­бросом воды из сопел трубы. Какое бы устройство не употреблялось, внутренние стержни щита фильтра А выступают в роли направляющих элементов для водяных на­конечников или лопаток для того, что­бы обеспечить нормальную установку и снятие устройства для обратной струи.

Щит может быть любого сечения (продолговатого, эллиптического и в форме буквы). Предпочтительно, чтобы в качестве про­волоки использовалась проволока клинообразного профиля. Усиленный элемент имеет продолговатое сечение, где, длина радиуса больше длины по оси. Профиль усиленного элемента не ограничен только этой формой, могут также использоваться другие профили сечения, такие как в виде буквы, в виде клина и эллипса. Предпочтительно, чтобы усиленный элемент был больше по длине радиуса, чем длина по оси, однако профиль сечения усиленного элемента не ограничен только этой формой. Например, может использоваться квадратная форма профиля. В качестве внутренних стержней используются стержни треугольного профиля. Могут применяться также другие профили, такие как круглый профиль. Внутренняя сторона внутренних стержней утоплена во внутреннюю поверхность окружности уси­ленного элемента. Это особенно удобно для нормальной установки и снятия устройства для обратной струи. Однако внутрен­ние стержни могут быть приварены к усиленному элементу своими внутренними сторонами, направленными внутрь внутренней поверхности окружности b усиленного элемента. Усиленный элемент и внутренние стержни внутреннего усиленного цилиндра приварены друг к другу во всех местах, где они имеют контакт друг с другом, прово­лока клинообразного сечения и стержни щита внешнего цилиндра щита приварены друг к другу во всех местах, где они контактируют друг с другом. Эта конструкция особенно предпочтительна потому, что внутренний усиленный цилиндр и внешний цилиндр щита превращаются соответственно в очень жесткие конструкции. В зависимости от условий применения щита эти элементы могут быть сварены не во всех местах, в которых они входят в контакт друг с другом, но, например, через одно. Внешний цилиндр щита запрессовывается с внутренним усиленным цилиндром в процессе изготовления, поэтому нет необходи­мости приваривать друг к другу цилиндры. Однако в зависимости от условий экс­плуатации щита цилиндры могут быть приварены друг к другу.

Формула изобретения. Двойной фильтр, содержащий внутрен­ний усиленный цилиндр, состоящий из внутренних стержней, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга в осевом направлении фильтра, и спиральный усиливающий элемент, витки которого на­мотаны с зазором друг относительно друга на внешней стороне внутренних стержней, приваренный за одно целое с внутренними стержнями, и внешний цилиндр, установ­ленный с внешней стороны внутреннего усиленного цилиндра и содержащий стерж­ни, расположенные по окружности на рас­стоянии друг от друга в осевом направлении на внешней периферии внутреннего усиленного цилиндра и проволокой, спирально на­мотанной с зазором друг относительно друга вокруг внешней стороны стержней, при этом проволока приварена за одно це­лое к стержням, а ширина зазора спирального усиливающего элемента больше ширины зазора между проволокой внутреннего цилиндра, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьше­ния затрат на изготовление, стержни внеш­него цилиндра выполнены щитовыми, расположенными в радиальном направле­нии внешней окружности внутреннего уси­ленного цилиндра с прижимным контактом к спиральному усиливающему элементу, а последний имеет в сечении длину радиуса больше длины по оси.

Авторское свидетельство №2521580 «Фильтр для очистки бурового раствора».[10]

Изобретение предназначено для очистки бурового раствора от наполнителя (кордного волокна, улюка) во всасывающей линии буровых насосов при бурении скважин с помощью забойных двигателей. Фильтр для очистки бурового раствора включает корпус с патрубками ввода бурового раствора и вывода очищенного раствора, фильтрующий элемент для очистки раствора. Патрубки ввода и вывода установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра. Корпус снабжен герметичной крышкой для установки фильтрующего элемента, который выполнен в виде кассеты с параллельными стержнями, при помощи которых зигзагообразно установлена фильтрующая сетка. С противоположной стороны крышки в корпусе выполнена герметичная камера с патрубками ввода и вывода теплоносителя.

Технический результат: надежность конструкции, минимальное гидравлическое сопротивление, круглогодичная эксплуатация.

Предложение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для очистки бурового раствора от наполнителя (кордного волокна, улюка) во всасывающей линии буровых насосов при бурении скважин с помощью забойных двигателей. Известен фильтр (патент РФ №2254900, МПК В01D 27/06, опубл. в бюл. №18 от 27.06.2005 г.), содержащий фильтрующую часть, выполненную в виде, по крайней мере, одного цилиндра из гофрированной в продольном направлении металлической сетки, охватывающего цилиндрический перфорированный каркас, и соединительные узлы, установленные на торцах цилиндра из металлической сетки и цилиндрического перфорированного каркаса, причем оптимальное по ресурсу количество гофр цилиндра из металлической сетки определяется соотношением:
nопт=π/4d/δ(1+k1·D/d)·k2, (2.1)
где nопт - оптимальное количество гофр цилиндра из металлической сетки;

d, D - диаметры окружностей соответственно охватываемой и охватывающей вершин гофр цилиндра из металлической сетки;

δ - суммарная толщина металлических сеток фильтрующей части;

k1 - коэффициент плотности укладки гофр, принимаемый равным k1=0,1/0,3;

k2 - коэффициент эффективности регенерации фильтра, принимаемый равным k2=0,5/ l.

Недостатками данного фильтра являются:

- потери напора из-за изменения направления потока на 90°;

- малая площадь фильтрации из-за применения цилиндрического перфорированного каркаса вдоль центральной оси фильтра и, как следствие, малая пропускная способность и необходимость частой очистки фильтра (например, от кордного волокна);

- невозможность работы при минусовых температурах окружающего воздуха, так как не предусмотрен подогрев фильтра.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки растворов (патент РФ №2027472, МПК 6 В01D 33/39, опубл. в бюл. №3 от 27.01.1995 г.), содержащее корпус с патрубком ввода очищаемого раствора, патрубком отвода газа в верхней части корпуса и патрубками отвода очищенного раствора и шлама, размещенными в нижней части корпуса, фильтрующий элемент, шнек с приводом для растекания раствора, выкидной клапан с пружиной, причем устройство снабжено стаканом с размещенным в нем шнеком, дополнительным фильтром грубой очистки в виде щелевого сита из трапециевидной проволоки, жестко соединенной с крыльчаткой для дробления шлама и шнеком, при этом фильтр грубой очистки снабжен ребрами для равномерной подачи раствора на фильтрующий элемент, оснащенный ребрами для дегазации раствора и выполненный из трапециевидной проволоки с меньшими размерами щелей по сравнению с фильтром грубой очистки, а для уплотнения и выгрузки шлама стакан размещен в нижней части корпуса, шнек которого закреплен соосно с фильтром грубой очистки посредством крестовины. Недостатками этого устройства являются:

- сложность конструкции и наличие механического привода и, как следствие, большие затраты на его изготовление и обслуживание;

- быстрое засорение при попадании наполнителя, например кордного волокна, на сито фильтра тонкой очистки, так как кордное волокно ввиду малой массы не оседает внизу корпуса; - несъемный фильтрующий элемент, что затрудняет в случае необходимости его замену и чистку.

- невозможность работы при минусовых температурах окружающего воздуха, так как не предусмотрен подогрев устройства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной, работоспособной конструкции фильтра с минимальным гидравлическим сопротивлением, возможностью быстрой замены фильтрующих элементов и круглогодичной эксплуатацией для очистки бурового раствора от наполнителя (кордного волокна, улюка) во всасывающей линии буровых насосов при бурении скважин с помощью забойных двигателей.

Техническая задача решается фильтром для очистки бурового раствора, включающим корпус с патрубками ввода бурового раствора и вывода очищенного раствора, фильтрующий элемент для очистки раствора. Новым является то, что патрубки ввода и вывода установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра, а корпус снабжен герметичной крышкой для установки фильтрующего элемента, который выполнен в виде кассеты с параллельными стержнями, при помощи которых зигзагообразно установлена фильтрующая сетка, причем с противоположной стороны крышки в корпусе выполнена герметичная камера с патрубками ввода и вывода теплоносителя.

На рисунке 6 изображен фильтр для очистки бурового раствора в разрезе.


Рисунок 6 – Фильтр для очистки бурового раствора в разрезе


На рисунке 7 изображен поперечный разрез фильтра.



Рисунок 7 - Поперечный разрез фильтра очистки бурового раствора.

Фильтр для очистки бурового раствора состоит из корпуса 1 с патрубками ввода бурового раствора 2 и вывода очищенного раствора 3, выполненными максимально возможного диаметра с целью снижения сопротивления на входе и выходе с фильтрующего элемента 4 для очистки раствора. При этом патрубки ввода 2 и вывода 3 установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра, а корпус снабжен герметичной благодаря прокладке 5 крышкой 6, поджимаемой к корпусу 1 (например, винтом 7 при ввинчивании его в гайку 8 или при помощи резьбового соединения крышки 6 с корпусом 1 (на рисунках не показано) или тому подобного). Гайка 8 при этом жестко зафиксирована в проушинах 9 корпуса 1 с помощью штифтов 10.

Корпус 1 в нижней части оснащен герметичной камерой 11, образованной днищами 12, 13 и сообщаемой со штуцерами 14, 15 для подвода и вывода теплоносителя (например, пара) через отверстия 16, 17 в корпусе 1.

В корпусе 1 размещается фильтрующий элемент 4 для очистки раствора, который выполнен в виде кассеты 18 с параллельными стержнями 19, нижняя часть которых закреплена в нижнем основании 20 (например, при помощи резьбы или сварки), а верхняя часть крепится при помощи гаек 21 к верхнему основанию 22. На стержнях 19 зигзагообразно установлена фильтрующая сетка 23, края которой плотно прижаты к основаниям 20 и 22. Зигзагообразное расположение фильтрующей сетки 23 позволяет увеличить площадь фильтрации более чем в 2,5 раза. Для извлечения кассеты 18 из корпуса 1 верхнее основание 22 снабжено ручкой 23.

Фильтр для очистки бурового раствора работает следующим образом:

Корпус 1 монтируют во всасывающую линию буровых насосов (на рисунках не показана) при помощи патрубков ввода бурового раствора 2 и вывода очищенного раствора 3. Затем собирают кассету 18. Для этого закрепляют стержни 19 на нижнем основании 20, устанавливают на них сверху зигзагообразно фильтрующую сетку 23 размеры ячеек сетки подбирают опытным путем), надевают сверху на стержни 19 верхнее основание 22 и гайками 21, равномерно навинчивая их на стержни 19, прижимают его к верхнему торцу сетки 23 до исчезновения зазоров над и под сеткой 23.

В корпус 1 помещают кассету 18, закрывают крышкой 6 с прокладкой 5, устанавливают в проушины 9 гайку 8 со штифтами 10. В гайку 8 ввинчивают винт 7 до упора его в крышку 6, плотно прижимая крышку 6 через прокладку 5 к корпусу 1.

При включении буровых насосов (на рисунках не показаны) буровой раствор с наполнителем проходит через патрубок ввода бурового раствора 2, зигзаги фильтрующей сетки 23 кассеты 18 и через патрубок вывода очищенного раствора 3 поступает в буровые насосы, при этом частицы наполнителя оседают на поверхности фильтрующей сетки 23.

При полном засорении фильтрующей сетки 23 кассету 18 извлекают из корпуса 1 за ручку 24, разбирают и очищают. Для этого отвинчивают гайки 21 стержней 19, снимают верхнее основание 22 и извлекают сетку 23. Все детали фильтрующего элемента 4 промывают под струей воды. На время очистки засорившегося фильтрующего элемента 4 устанавливается запасная кассета 18 (на рисунках не показана), что значительно упрощает обслуживание и уменьшает время простоя.

Для предотвращения замерзания остатков бурового раствора при отрицательных температурах окружающего воздуха в герметичную камеру 11 через штуцеры 14, 15 и отверстия 16, 17 в корпусе 1 подается (и отводится) теплоноситель, например пар.

Преимущество предлагаемого фильтра для очистки бурового раствора заключается в том, что его конструкция благодаря сменным фильтрующим кассетам позволяет быстро перезаряжать фильтр, а зигзагообразное расположение фильтрующей сетки значительно увеличивает площадь фильтрации и соответственно межсервисный интервал замены фильтрующих кассет. Кроме того, благодаря герметичной термокамере под днищем фильтра исключаются несанкционированные простои из-за замерзания бурового раствора.

Формула изобретения:

Фильтр для очистки бурового раствора, включающий корпус с патрубками ввода бурового раствора и вывода очищенного раствора, фильтрующий элемент для очистки раствора, отличающийся тем, что патрубки ввода и вывода установлены соосно и выполнены максимально возможного диаметра, а корпус снабжен герметичной крышкой для установки фильтрующего элемента, который выполнен в виде кассеты с параллельными стержнями, при помощи которых зигзагообразно установлена фильтрующая сетка, причем с противоположной стороны крышки в корпусе выполнена герметичная камера с патрубками ввода и вывода теплоносителя.

Техническое предложение:

В результате проведенного патентно-информационного обзора по фильтрам, для модернизации всасывающей линии бурового насоса предлагается использовать фильтр для очистки бурового раствора на основании патента авторского свидетельства № 2521580. Так как изобретение относится к горной про­мышленности и может быть использовано в скважинах, таких как нефтяные, водяные скважины, скважины для природного газа, скважины для использования геотермаль­ной электроэнергии и так далее, в особенно­сти, использования в качестве фильтра в глубоких скважинах, который подвергается чрезвычайно высокому давлению, напряже­нию, компрессии и силам скручивания.

Выбранный фильтр устанавливается на линии всасывания в тройник, который в дальнейшем при помощи хомутов закрепляется во всасывающем шланге. На конце тройника фланцевое соединение с крышкой, что позволяет вне процесса бурения очистить фильтр от засорения.