Типы насосов и их классификация

Подача промывочной жидкости в скважину в процессе ее про­мывки осуществляется при помощи насосов, которые входят в состав буровой установки.

Требования к этим насосам определяются условиями их экс­плуатации: физико-механическими свойствами буримых пород, глубиной, диаметром и назначением скважины, типом породоразрушающего инструмента и т. д.

Величины подачи промывочной жидкости Q и напора Н буро­вого насоса обусловливаются рядом факторов и в процессе углубки скважины могут меняться в широких пределах. Следовательно, буровой насос должен обеспечивать возможность простого и быстрого регулирования подачи и напора в зависимости от параметров технологического режима бурения. При этом одним из основных требований является обеспечение независимости подачи от давления (наличие жесткой напорно-расходной характеристики Q - Н.

Необходимость постоянной и равномерной очистки забоя, выноса и поддержания шлама во взвешенном состоянии приводит к требованию минимальной пульсации потока, так как неравно­мерность потока может привести к нарушению нормального про­цесса бурения и ухудшению состояния стенок скважины. Помимо этого пульсирующий поток промывочной жидкости вызывает гидравлические удары, что сокращает срок службы элементов на­соса и напорной магистрали, а также является одной из причин вибрации бурильной колонны.

Особые требования предъявляются к всасывающей способно­сти буровых насосов. При определении необходимой вакуумметрической высоты всасывания следует учитывать возможное расположение насоса на площадке передвижной или самоходной буровой установки, высота которой достигает 1,5 м и уровень про­мывочной жидкости в отстойнике в пределах 0,5—1,5 м ниже по­верхности земли. Таким образом, минимальная высота всасыва­ния с учетом сопротивления во всасывающей линии может соста­вить 4,5—5 м вод. ст. при условии обеспечения устойчивой работы насоса на утяжеленных растворах повышенной вязкости.

Особенностью работы промывочных насосов при бурении сква­жин является разнообразный характер перекачиваемой жидкости, содержащей твердые частицы разбуриваемой породы и металла, что предъявляет повышенные требования к износостойкости узлов и деталей гидравлической части насоса. Поскольку избежать аб­разивного износа элементов промывочных насосов невозможно, так как он возникает не только в местах трения сопряженных деталей, но и в местах движения потока жидкости, содержащей абразивные частицы, необходимо обеспечить возможность опе­ративной замены быстроизнашивающихся деталей.

Необходимо также учитывать, что бурение геологоразведочных скважин часто осуществляется в труднодоступных районах, где транспортировка оборудования затруднена, что выдвигает требо­вание минимальных габаритов и массы насоса и отдельных его узлов.

Основному требованию независимости производительности от давления удовлетворяют насосы объемного типа: поршневые (плунжерные), шестеренчатые и винтовые.

Буровые насосы должны обладать повышенной износоустой­чивостью при перекачивании жидкостей, содержащих абразивные примеси. Полностью исключить абразивный износ при примене­нии указанных типов насосов не представляется возможным, но компенсировать возникающие в результате износа зазоры прак­тически проще в насосах с возвратно-поступательным движением рабочего органа (поршня, плунжера).

Насосы такого типа в отличие от центробежных обладают способностью к самовсасыванию и дают возможность создания любого напора, величина которого определяется параметрами насосной установки, мощностью двигателя и прочностью агрегата.

Прямая зависимость подачи поршневого насоса от числа обо­ротов позволяет в широких пределах регулировать его производительность.

Поршневые насосы обладают универсальностью в том отношении, что могут быть использованы для перекачивания жидко­стей с различными физическими свойствами (даже с высокой вязкостью и большим содержанием твердой взвеси), чего нельзя достигнуть при применении шестеренчатых насосов.

Применение в насосе трехпоршневой (трехплунжерной) системы обеспечивает допустимую при бурении скважин пульсацию потока перекачиваемой жидкости.

Таким образом, поршневые (плунжерные) насосы в лучшей степени отвечают основным требованиям бурового процесса, поэтому получили широкое распространение при бурении геолого­разведочных скважин в России и за рубежом.

В табл. 1 приведена укрупненная классификация насосов, применяемых на буровых работах при разведке твердых полезных ископаемых.

Таблица 1.

Тип вытеснителя	Поршневой	Плунжерный
Исполнение вытеснителя	Горизонтальное
—	Вертикальное
Кратность действия	Ординарного Двойного
Схема гидроблоков	Прямоточная Непрямоточная
Способ приведения в действие	Прямодействующие	—
Приводные
Способ регулиро­вания подачи	Нерегулируемые
Ступенчатое	Сменой втулок цилиндра, плунжеров Изменением числа ходов Изменением длины хода
Бесступенчатое	Изменением длины хода Изменением числа ходов
Тип привода	Электрический Двигатель внутреннего сгорания Гидравлический

Как в России, так и за рубежом наблюдается тенденция перехода на быстроходные плунжерные и, в частности, трехплунжерные насосы простого действия. Это связано с широким развитием алмазного бурения и соответственно сооружения скважин малого диаметра. В этих условиях при сравнительно небольших подачах промывочной жидкости требуется высокое давление.

Кроме того, за последние годы значительно повысились требования к безопасности и надежности работы буровых насосов.

В этой связи, сравнивая показатели работы поршневых двухцилиндровых насосов двойного действия и трехплунжерных простого действия, можно отметить, что последние имеют целый ряд преимуществ, а именно:

В поршневом насосе одно из уплотнений (уплотнение поршня) всегда расположено в глубине гидроблока. Поэтому его состояние и работоспособность не поддаются прямому контролю и о их работоспособности можно судить только косвенно по величине подачи и их развиваемому давлению. Для осмотра или замены уплотнений приходится производить трудоемкую операцию разборки и сборки гидроблока.

Вероятность снижения подачи при износе уплотнений даже в самой начальной его стадии усугубляется при высоких давлениях, имеющих место в случае бурения глубоких скважин малого диаметра алмазными коронками, когда количество жидкости, по­ступающей в скважину, может доходить до 15—30 л/мин. При этом снижение подачи вызывает ускоренный износ породоразрушающего инструмента (повышенный расход алмазов), а иногда при­водит к серьезным авариям (прижогу коронок).

Плунжерный насос имеет вдвое меньшее количество уплотне­ний, приходящихся на один вытеснитель, причем по мере износа возможна их регулировка.

Диаметр плунжера принимается обычно меньше диаметра поршня, поэтому соответственно меньше нагрузка на коленчатый вал, что также благоприятно сказывается на снижении массовых характеристик насоса.

Очень важным является то, что плунжерные насосы, созданные в последние годы, более быстроходны (до 400—500 ходов/мин), что позволяет уменьшить массу насоса и габаритные размеры при тех же величинах подачи и давления.

В поршневых насосах повышение быстроходности приводит к ускорению износа неконтролируемых уплотнений и нарушению стабильности подачи. Именно поэтому в существующих насосах «дуплексах» число ходов в минуту не превышает, как правило, 100—120.

Для насосов одинарного действия легко осуществляется так называемая прямоточная рабочая камера, когда всасывающие и нагнетательные клапаны расположены непосредственно на одной вертикальной оси и поток жидкости практически имеет прямой ход в нагнетательный клапан. Прямоточное расположение позво­ляет снизить до минимума объем вредного пространства, обеспе­чить эффективную канализацию воздуха, попадающего в рабо­чую камеру или выделяющегося в ней, и, следовательно, повысить объемный коэффициент насоса и его экономичность.

При разработке вертикальных плунжерных насосов было уста­новлено, что они обладают рядом серьезных недостатков:

невозможность создания «прямоточной» формы гидроблока (подробнее об этом указано выше), что легко достигается в горизонтальных насосах;

сложность отделения механической части от гидравлической, что также легко достигается при горизонтальной компоновке;

при верхнем расположении гидроблока необходимы обводные тяги, которые усложняют конструкцию приводного узла насоса.

Дата добавления: 2015-07-11