Бурение. 2 общее пособие бурение. Учебнометодическое пособие Бурение 1 Осадочные породы образовались за счет накопления в вод
 Скачать 3.19 Mb.
|
|
1.15 Типы буровых насосов и конструкции буровых насосов Поршневые насосы с различными структурными схемами делятся на: прямо действующие двустороннего действия, двухцилиндровые, паровые; приводные, двустороннего действия, двух- и трехцилиндровые; одностороннего действия с тремя, пятью и шестью цилиндрами. Прямодействующие двухцилиндровые насосы состоят из гидравлической части — поршневого двухцилиндрового насоса и паровой — горизонтальной двухцилиндровой поршневой машины. Паровой и гидравлический цилиндры расположены па одной оси, а поршни укреплены на общем штоке. Раствор подается то одним, то другим поршнем. Насос прост по конструкции, не требует промежуточных трансмиссий, имеет гибкую характеристику и большую равномерную подачу, что позволяет применять насосы без компенсаторов. Однако низкая экономичность (к. п. д. около 5%), высокий расход пара (до 60 кг/кВт), необходимость снабжения котлов чистой водой привели к тому, что в настоящее время насосы этого типа в бурении не используются. Приводные поршневые насосы двустороннего действия стали применять в бурении с созданием мощных двигателей внутреннего сгорания и трансмиссий, способных передавать большие мощности. Насос состоит из двух частей: гидравлической и трансмиссионной — приводной. Приводная часть представляет собой кривошипно-шатунный механизм с ползуном, соединенным с зубчатым редуктором, который снижает частоту вращения коренного вала. Вращение и мощность двигателя, установленного отдельно от насоса, передаются на трансмиссионный вал, а от пего через зубчатую передачу на главный кривошипный вал. Несмотря на сложную конструкцию, большую неравномерность подачи, эти насосы благодаря высокой экономичности широко распространены. Большая пульсация мгновенной подачи — результат преобразования кривошипно-шатунным механизмом вращательного движения в возвратно-поступательное. Для уменьшения вредного влияния пульсации подачи эти насосы применяют с диафрагменными компенсаторами, амортизирующими колебание раствора. Приводные поршневые насосы одностороннего действия — это мощные насосы (1000—1500 кВт), рассчитанные на длительную работу при высоких давлениях (30—40 МПа). В процессе создания таких насосов были уменьшены диаметры поршней и увеличены диаметры штока (с 60—70 до 80—90 мм), поэтому объем камеры насоса двустороннего действия со стороны штока сократился и стал составлять 60—65 % объема передней камеры, а масса двухцилиндрового насоса резко возросла, что усложнило его монтаж и транспортировку. В связи с этим в настоящее время используют трехцилиндровые насосы, которые обеспечивают почти в 2 раза большую равномерность подачи по сравнению с предыдущими, а при использовании диафрагменных компенсаторов сильно снижают пульсации раствора, чем обеспечивают высокие показатели работы. У трехцилиндровых насосов лучшее соотношение числа сменных быстроизнашивающихся деталей, а также меньше масса, что облегчает эксплуатацию, упрощает монтаж. Конструкции буровых насосов В бурении используют насосы двух видов: двухцилиндровые двустороннего действия и трехцилиндровые одностороннего действия. Гидравлическая и трансмиссионная части — основные в насосе. По конструкциям насосы довольно разнообразны, по определенные элементы изготовляются однотипно, что особенно характерно для трансмиссионной части. У трехцилиндрового насоса коренной вал имеет три кривошипа, а у двухцилиндрового — два. Гидравлические части насосов различаются числом цилиндров и клапанов и их расположением. Трехцилиндровый насос одностороннего действия отличается от двухцилиндрового насоса двустороннего действия отсутствием камеры со штоком и уплотняющего сальника, что упрощает конструкцию, исключает износ штока и облегчает эксплуатацию. Схема трансмиссий насосов одинакова, размещается она на салазках для транспортировки на промыслах. Волгоградский завод буровой техники укомплектовывает установки БУ2500 трехпоршневыми насосами одинарного действия типа НБТ-600 (насос буровой трехпоршпевой мощностью 600 кВт). Общий вид насоса показан па рис. IV. 15, а. Гидравлическая часть насоса состоит из всасывающего коллектора / и всасывающего компенсатора — колпака 2, гидравлической пробки 3, в которой размещены три цилиндра с поршнями, втулками и клапанами, сбрасывающей линии, предохранительного клапана, нагнетательного коллектора 4 с компенсатором высокого давления 5. Вращение трансмиссионного вала 6 от двигателя передается клиноремен-ной или цепной передачей. Гидравлическая коробка 3 прикреплена к станине 7 при помощи болтов. Насос смонтирован па раме — салазках 8. На рис. IV. 15, б показан разрез этого насоса. Буровой раствор поступает в нагнетательную камеру из всасывающего коллектора / через всасывающий клапан 2 при ходе вправо поршня со штоком 7. Последний соединен быстросъемным хомутом 8 с контрштоком 9, который соединяется резьбой с ползуном 10. При ходе влево поршень выталкивает раствор из камеры через Рис. I V.I 5. Трех цилиндровый насос НБТ-600: а — общий вид; б — продольный разрез   нагнетательный клапан 4 в напорный коллектор 5, на котором укреплен шаровой диафрагменный компенсатор 15. Трансмиссионная часть насоса состоит из вала 13 с зубчатой шестерней, передающей вращение зубчатому колесу, которое укреплено на коренном валу 14. На нем же смонтированы на роликоподшипниках шатуны 11, соединенные пальцем с ползуном 10. Станина насоса 12 имеет съемную крышку и укреплена на раме-салазках. Втулки цилиндров 6 крепятся к гидравлической коробке быстросъемным соединением, а крышки клапанов — зажимами 3. Двухцилиндровый буровой насос двустороннего действия У8-6МА2, а также трехпоршневые насосы УНБТ-950 (буква «У» означает Уральский), УНБТ-800, УНБТ-1180 выпускает УЗТМ. В насосе У8-6МА2 каждый цилиндр имеет две камеры. При ходе поршня вправо раствор из всасывающего коллектора поступает в переднюю камеру и наполняет ее, а из задней камеры при этом раствор через нагнетательный клапан выталкивается в нагнетательный коллектор с пневмокомпенсатором. При ходе поршня влево раствор выталкивается в нагнетательную линию из передней камеры, а задняя заполняется. В каждой клапанной коробке этого насоса установлены два всасывающих и два нагнетательных клапана. Гидравлическая часть присоединяется к станине приводной части шпильками. Каждый клапан имеет крышку для его осмотра и смены. В двухцилиндровом насосе клапаны располагаются с внешней стороны цилиндров, что позволяет сблизить оси цилиндров. Трансмиссионная часть насоса У8-6МА2 так же, как и насоса НБТ-600, имеет трансмиссионный вал, передающий через зубчатую пару вращение коренному валу, на котором смонтированы шатуны. Станина насоса укреплена на раме-салазках. Основные характеристики насосов приведены в табл. IV.6. Трансмиссией бурового насоса называется механизм, преобразующий вращательное движение ведущего вала в возвратно-поступательное движение поршней и снижающий частоту вращения коренного вала. Этот механизм передает .поршням энергию, полученную от силового привода. В большинстве буровых насосов трансмиссионная часть состоит из литого или сварного корпуса, в котором смонтированы коренной вал в сборе с зубчатым колесом, узел трансмиссионного вала с шестерней и шкивом, шатун, ползун и промежуточный шток. Энергия от поршней передается жидкости в гидравлической части насоса. В гидравлической коробке находятся рабочие камеры и каналы, по которым жидкость подводится к рабочим камерам и отводится от них, а также клапаны и остальные элементы гидравлической части. Гидравлическая коробка может быть литой из стали, кованой и сварной из отдельных элементов. Клапаны, поршни, втулки цилиндров, сальники и штоки работают при высоких давлениях в 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 изготавливают наиболее простой конструктивной формы, что обеспечивает их быструю замену. Цилиндровые втулки насосов представляют собой наиболее ответственные сменные детали. На буровых предусматривается комплект втулок различных диаметров для осуществления ступенчатого регулирования подачи насоса. Наружная посадочная часть втулок изготовляется цилиндрической одного диаметра с отверстием в клапанной коробке. На втулке имеется бурт для крепления и предохранения ее от осевого сдвига. С целью снижения износа внутреннюю поверхность втулки шлифуют. Крепление и уплотнение втулки в гидравлической коробке необходимо, чтобы втулка была неподвижна и герметична. При замене поршней герметичность и крепление втулки не должны нарушаться. Для уплотнения втулок цилиндра используют резиновые и резинометаллические кольца различных конструкций. Крышки цилиндров обычно изготовляют из литой стали с ребрами жесткости и прикрепляют шпильками к гидравлической коробке. Для уплотнения используют прокладки или манжетные Техническая характеристика насосов
Поршень насоса служит для подачи бурового раствора к клапану, является быстросменной деталью при изменении диаметра втулки или при износе. Для обеспечения уплотнения, удобства разборки и быстрой смены поршня соединение его со штоком в насосах двустороннего действия осуществляется на конической посадке, а в насосах одностороннего действия — на цилиндрической посадке с манжетным уплотнением. Поршень состоит из стального сердечника и одной или двух привулканизированных или съемных резиновых манжет. Диаметр манжеты поршня относительно диаметра отверстия втулки увеличен, что создает предварительный натяг и обеспечивает .правильное действие самоуплотняющейся манжеты. Под давлением промывочная жидкость еще плотнее прижимает резину манжеты к рабочей поверхности втулки, чем создает дополнительное уплотнение. Наружный диаметр манжеты на 2—3 мм больше внутреннего диаметра втулки, длина конической части 25—27 мм при общей длине поршня 135—150 мм. Промышленность выпускает поршни различных конструкций. Монолитный поршень насоса двустороннего действия состоит из металлического сердечника и привулканизированных к нему с двух сторон уплотняющих манжет. Недостаток такой конструкции — необходимость смены всего поршня при износе резиновой его части. Поршни с комбинированными сменными уплотняющимися манжетами состоят из двух раздельных или прочно соединенных между собой частей: уплотняющей, изготовленной из полиуретана, и резинотканевой основы. Преимущество этих поршней в возможности смены манжет без снятия сердечника со штока. Поршни насоса одностороннего действия - с обратной очищающей манжетой. Тыльная часть — резинотканевая с подкладкой из полиуретана или резины. Уплотнение внутренней части осуществляется сжатием шайбой торца манжеты. Поршень со стороны штока иногда снабжают манжетой для очистки цилиндра. Эта модификация обеспечивает большую устойчивость манжеты и ее смену при ремонтах. Шток служит для передачи мощности от приводной части к гидравлической. Одним концом он присоединяется к контрштоку, а другим — к поршню. Штоки выпускают цельными или составными. У составных штоков часть, соединенную с ползуном, называют удлинителем или контрштоком, диаметр которого обычно больше диаметра штока поршня. Длина штока зависит от длины хода насоса. В насосах одностороннего действия она составляет 0,4—0,6 м, а в насосах двустороннего действия— 1,4—1,7 м, диаметр штока 50—90 мм. С одной стороны на нем нарезана резьба или находится фланец для соединения с контрштоком либо ползуном, а с другой стороны имеется цилиндрическая или конусная часть для посадки и крепления поршня. На теле штока делают треугольные шлицы, лыски или шестигранник для вывинчивания его при смене или удержания при отвинчивании гайки поршня. Клапаны в буровых насосах применяют только тарельчатые. Клапан (рис. IV.16) состоит из седла А тарелки со штоком 2, уплотняющего кольца 3, элементов его крепления 4 и пружины 5. Поскольку буровой раствор содержит абразивные частицы, срок службы клапанов значительно сокращается, ввиду чего его конструкция должна допускать их быструю смену и осмотр. Всасывающие и нагнетательные клапаны изготовляют одинаковыми по конструкции и размерам. Обычно на буровых устанавливают два насоса, работающих параллельно. При осложненных условиях бурения используют три или четыре насоса. Всасывающая линия насоса состоит из приемной сетки, не допускающей попадания в него посторонних предметов, всасывающего трубопровода, воздушных колпаков и подпорных центробежных насосов. Буровые насосы монтируют так, чтобы уровень раствора в приемной емкости был бы выше уровня всасывающих клапанов насоса, при этом буровой раствор поступает из приемной емкости к цилиндрам насоса самотеком. Для изолирования поступающего раствора при выключении насоса на всасывающем трубопроводе устанавливают задвижки.   Рис.Клапан бурового насоса и его элементы Рис. Шаровой компенсатор ВК5Б Использование подпорного насоса снижает колебания давления в напорной линии. При использовании трехцилиндрового насоса с большим числом ходов необходимо применять подпорные насосы. При установке буровых насосов учитывают возможность свободного доступа к ним со всех сторон. Компенсаторы устанавливают на нагнетательной линии вблизи насоса для выравнивания пульсаций давления и подачи. В последнее время на буровых используют диафрагменные компенсаторы, поскольку воздушные колпаки с низким давлением воздуха при высоких давлениях промывочной жидкости громоздки и не обеспечивают равномерности подачи. Воздушный диафрагменный компенсатор представляет собой емкость, перегороженную эластичной диафрагмой. Одна часть заполнена газом под давлением, равным примерно половине рабочего, другая сообщается с нагнетательной линией. При отсутствии в линии давления газ расширяется и заполняет весь объем компенсатора, а диафрагма закрывает отверстие, связывающее его полость с напорной линией. С увеличением давления раствора газ в компенсаторе сжимается, диафрагма отходит и открывается отверстие, связывающее нагнетательную линию с полостью компенсатора, которая начинает заполняться раствором. При пульсациях давления в напорной линии диафрагма перемещается, и сжатый газ над диафрагмой то сжимается, то расширяется, поддерживая тем самым более равномерным давление в напорной линии. Наиболее распространены шаровые диафрагменные компенсаторы (рис. IV, 17). Они представляют собой стальной шаровидный толстостенный корпус 2 с крышкой 5, между которыми зажаты края резиновой диафрагмы 6". К, последней привулканизированы пластины, служащие как бы клапаном, закрывающим отверстия в решетке 1, когда в напорной линии 9 нет давления и диафрагма принимает форму внутренней полости компенсатора. Последний прикрепляется к патрубку 8 напорной линии 9 через уплотнение 7, Такие компенсаторы хорошо выравнивают перепады давления в напорной линии и достаточно надежны. При износе диафрагму заменяют. Объем компенсатора заполняется газом через колпачок 3 и вентиль 4 от баллона до необходимого давления. 2.15. КУСТОВОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН Чаще всего в один куст группируют более 30 скважин. Положение площади для кустового бурения следует выбирать для каждого конкретного случая индивидуально в зависимости от необходимости обеспечения движения транспорта по магистрали, проходящей вблизи кустовой площадки, возможной ледовой нагрузки, методов строительства эстакад, дамб и других факторов. Подготовка площадки куста к строительству наземных сооружений и прокладка коммуникаций — основные подготовительные работы. Площадку для кустового бурения необходимо располагать там, где по условиям рельефа местности затраты времени и средств на подготовительные работы будут минимальными. Для нефтяных и газовых месторождений, расположенных на заболоченной территории, возможны следующие методы их освоения: сооружение кустовых площадок на возвышенной не затопляемой местности, если такая имеется па территории данного месторождения; сооружение дамб, огораживающих кустовую площадку; сооружение искусственных намывных или насыпных островов; сооружение эстакад и площйдок по типу морских, при высоком уровне паводковых вод и наличии мощных торфяников. Для морских нефтяных месторождений возможны такие методы освоения, как: осушение прибрежной территории с помощью оградитель ных дамб с последующей откачкой воды; засыпка прибрежной территории; сооружение морских эстакад; строительство эстакад при большой глубине моря с опорами большого диаметра либо в виде пирамидальных башен с проле тами 30—40 м балочной, арочной или вантовой системы; сооружение кустовых скважин над уровнем воды с по мощью: насыпных островов и скальных платформ; островов из железобетонных пустотелых конструкций, которые заполняются водой и песчаным балластом для погружения и приобретения необходимой устойчивости; островов из сквозных конструкций с опорами, закрепленными в грунте; плавучих барж с опускными па дно опорами, самоподъемом корпуса над уровнем моря и пустотелыми вертикальными колоннами, поддерживающими площадку для размещения устьев скважин; плавучих сквозных конструкций больших размеров, закрепленных якорями. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||