Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Назначение, классификация и требования, предъявляемые к насосам

Буровые насосы предназначены для подачи в скважину промы­вочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса на поверхность, охлаждения породоразру­шающего инструмента и привода в действие гидравлических забой­ных двигателей. При бурении геологоразведочных скважин применя­ют трехплунжерные насосы одинарного действия и двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия с горизонтальным расположе­нием цилиндров.

Исходя из назначения и условий эксплуатации к буровым насо­сам предъявляют следующие требования:

— подача насоса должна быть постоянной, независимо от изме­нения давления в нагнетательной линии и регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;

— насос должен быть приспособлен для работы с абразивно — и маслосодержащими и химически обработанными промывочными жидкостями различной плотности;

— мощность насоса должна быть достаточной для промывки сква­жины и привода гидравлических забойных двигателей;

— насос должен обладать способностью выкачивать из емкостей про­мывочную жидкость, уровень которой расположен на 3—4 м ниже насоса (например, при эксплуатации насосов самоходных буровых установок);

— узлы и детали, контактирующие с промывочной жидкостью, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособлен­ными к удобной и быстрой замене при выходе из строя;

— насос должен быть безопасным в эксплуатации, удобным в об­служивании и ремонте в полевых условиях.

Принцип действия насосов

Принцип действия плунжерного и поршневого насосов основан на вытеснении жидкости из цилиндра плунжером (поршнем), совер­шающим возвратно-поступательные движения, которые плунжер (пор­шень) получает от кривошипно-шатунного механизма или эксцентри­кового вала, вращение которому передается от входного вала-шестерни.

В плунжерном насосе (рис. 4.9) рабочими элементами являются плунжер 2 — полый металлический цилиндр, сопрягающийся с саль­никовым уплотнением цилиндра 1 в гидравлической части корпуса насоса. Плунжерные насосы одинарного действия, так как во время прямого хода плунжера происходит нагнетание, а при обратном ходе — всасывание жидкости. Перемещение плунжера осуществляется за счет передачи возвратно-поступательного движения от шатуна 3. В кла­панной коробке размещены всасывающие 4 и нагнетательные 5 кла­паны.

Принципиальная схема гидравлической части поршневого насоса показана на рис. 4.10. При движении поршня 1 в цилиндре 2 вправо левый нагнетательный клапан 3 закрывается, а левый всасывающий 4 — открывается. Под действием образующегося вакуума промывочная жид­кость через приемную сетку 5 поступает в левую часть цилиндра. Из правой части цилиндра в это время жидкость выталкивается порш­нем при закрытом всасывающем клапане 6 через правый нагнетатель­ный клапан 7 в нагнетательную линию 8. При обратном движении поршня жидкость будет поступать через клапан 6 и перемещаться в нагнетательную линию через клапан 3.

На нагнетательной линии установлены трехходовой кран, мано­метр и предохранительный клапан. Для заполнения жидкостью вса­сывающей линии на ее конце имеется обратный клапан. При любом ходе поршня происходит одновременно всасывание и нагнетание жид­кости. Такие насосы называют насосами двойного действия.

Работа горизонтального поршневого насоса двойного действия показана на рис. 4.11.

? і 12 Йт-.

Рис. 4.9. Кинематическая схема плунжерного насоса

Т"Г

І I

"6

О о о о о

Рис. 4.10. Принципиальная схема гидравлической части поршне­вого насоса

Рис. 4.11. Схема работы горизонтального поршневого насоса двойного действия

При вращении коренного вала 1 и кривошипа 2 шатун 3 приводит в возвратно-поступательное движение крейцкопф 4, шток 5 и пор­шень 6, который делит цилиндр 7 на полости а и б, сообщающиеся с камерами всасывания А и нагнетания Б.

Поршень движется в цилиндре 7, в нижней части которого рас­положены всасывающие клапаны 8 и 9, а в верхней — нагнетатель­ные 10 и 11. Всасывающая камера насоса линией 12 и приемным клапаном 13 соединена с приемным резервуаром циркуляционной
системы. Нагнетательная камера насоса через воздушный колпак 14 со сливным краном 15 соединена с нагнетательной линией обвязки насоса магистральным трубопроводом 16.

Типовые конструкции насосов

В отечественной практике для бурения геологоразведочных и гидрогеологических скважин применяют плунжерные (разработаны СКВ «Геотехника») и поршневые (разработаны ВНИИнефтемаш) буровые насосы.

Плунжерные насосы (табл. 4.4) компактны, позволяют постоянно контролировать состояние уплотнений и регулировать их по мере

Таблица 4.4. Технические характеристики плунжерных насосов Параметры Виды насосов НБ-25/1,6 НБ-80/6,3 НБ-160/6,3 НБ-320/10,0 Подача, дм3/мин с плун­жером диаметром, мм: 30 — 30 — — 40 — _ _ 25; 40; 70 45 25 — 8; 10; 22; 40; 65 32; 55; 88 50 — 80 — — 70 — — 20; 25; 50; 95; 162 — 80 — — — 125; 180; 320 Давление, МПа с плун­жером диаметром, мм: 30 — 6,3 — — 40 — — — 10 45 1,6 — 6,3 6,3 50 — 3,2 — — 70 — — 4,5 — 80 — — — 3,0 Количество 1 3 3 3 плунжеров, шт. Число ступеней регули­ — 4 5 6 рования Тип промывочной жид­ Вода, глинистый раствор, плотностью Вода, глинистый кости до 1200 кг/м3 и вязкостью до 25—30 с[5] и цементный раст­воры Максимальная гидрав­ 0,86 4,1 14,9 15,6 лическая мощность, кВт Электродвигатель, «Дружба-4» АО-42-06/4 4АМ132М4 4А-225М693 марка: мощность, кВт 3,3 2,1/3,0 11,0 37,0 масса, кг 45 310 520 1375

износа, что дает возможность сохранить стабильность подачи промы­вочной жидкости при высоких давлениях. Кроме того, исключаются неконтролируемые перетоки между полостями, свойственные порш­невым насосам.

Общие признаки насосов: плунжерный тип вытеснителя; односто­роннее действие, прямоточная схема гидроблока; механическая транс­миссия для привода гидроблока; изменение ступеней подач с помощью коробки передач. Наиболее широко применяют насосы НБ-160/6,3 и НБ-320/10,0, обеспечивающие возможность применения всех базовых технологий бурения.

Насосная установка НБ-160/6,3 (рис. 4.12) — реверсивная с гори­зонтальным расположением трех плунжеров, с прямоточной гидрав­лической частью предназначена для создания циркуляции промывоч­ной жидкости в процессе бурения скважин до глубины 2000 м уста­новками семейства УКБ и находящимися в эксплуатации буровыми установками типа ЗИФ.

Насосная установка состоит из насоса 1 и приводного блока 2, смонтированных на раздельных рамах 3 и 4 (соединены между собой болтами). Вращение от электродвигателя приводного блока передает­ся насосу клиноременной передачей 5, закрытой ограждением 6. Меха­нический привод насоса с трехступенчатой коробкой скоростей соеди­нен с корпусом гидравлической части тремя быстросъемными узлами «сальник с плунжером» 7. Плунжеры в этих узлах уплотнены резино­выми манжетами. Гидравлическая часть, представленная тремя парал­лельно расположенными узлами и системой всасывающих и нагнета­тельных клапанов, камер всасывающей и нагнетательной линий, имеет также манометр 8 на гибком бронированном рукаве и пружинный предохранительный клапан 9.

Рис. 4.12. Насосная установка НБ-160/6,3

Технические характеристики поршневых буровых насосов, исполь­зуемых при бескерновом бурении геологоразведочных, геофизических и гидрогеологических скважин, приведены в табл. 4.5.

Поршневые насосы более удобны в эксплуатации, так как обеспе­чивают оперативное дистанционное управление пуском и остановом, что особенно важно при частых наращиваниях инструмента в про­цессе разбуривания осадочных пород. Насосы типа НБ имеют общую схему компоновки основных конструктивных элементов, состоят из приводной и гидравлической частей, соединенных между собой в еди­ную конструкцию, смонтированную на раме. Приводная часть вклю­чает эксцентриковый вал, который через шкив, трансмиссионный вал и косозубую цилиндрическую передачу получает мощность от двига­теля и передает ее шатунам. Каждый шатун своей малой головкой соединен с ползуном (крейцкопфом), размещенным между накладками станины. К ползуну прикреплен шток. Для предотвращения попада­ния в приводную часть жидкости, охлаждающей шток, в насосе пре­дусмотрены сальники с уплотнением и диск-отражатель.

Гидравлическая часть состоит из гидравлического блока, всасы­вающего и нагнетательного коллекторов, сферического компенсатора и предохранительного клапана.

Гидравлический блок включает гидравлические коробки с разме­щенными в них цилиндровыми втулками и поршнями, а также вса­сывающими и нагнетательными клапанами. Диаметры втулок и порш­ней (в зависимости от требуемых величин подачи и давления) выби­рают по характеристике насоса. Цилиндровая втулка герметизируется в рабочем цилиндре уплотнением, поджимаемым крышкой цилиндра через коронку.

Клапаны насосов — тарельчатого типа; седло клапана — с кони­ческой наружной поверхностью, устанавливается в соответствующее гнездо гидравлической коробки и герметизируется за счет натяга в кли­новом соединении между седлом клапана и гнездом гидравлической коробки. Всасывающий коллектор предназначен для подвода промы­вочной жидкости к всасывающим клапанам.

Поршень приводится в движение штоком, соединенным резьбой со штоком ползуна (в насосе НБ-125 цилиндрическая резьба; в на­сосах НБ-32, НБ-50 и НБ-80 специальная цилиндро-коническая). Шток поршня уплотнен набором манжет. На нагнетательном коллекторе смонтированы пневматический сферический компенсатор и предохра­нительный клапан. Сферический компенсатор с разделительной рези­новой диафрагмой предназначен для снижения колебаний давления на выходе из насоса, вызванных неравномерностью подачи промы­вочной жидкости. Предохранительный клапан предназначен для защи­ты насоса от перегрузки в случае превышения допустимого давления. Насосы НБ-32, НБ-50 и НБ-80 укомплектованы предохранительным клапаном шпилечного (гвоздевого) типа со сменными предохрани­тельными штифтами четырех разных диаметров, имеющих клеймо, соответствующее давлению, на которое они рассчитаны.

Масса, кг, не более	1040 1040 1220 2770
Габаритные размеры, мм	1860x740x 1330 1860x740x 1330 1915x775x1215 2705x1000x2080
Длина хода поршня, мм	160 160 200 250
Наибольшее давление на выходе их насоса (при частоте двойных ходов поршня в мин, п), МП	о Г-»	II II 1 II 1 II II — — 2 00
	1111 1 1 1 1 1 1 II 22ю’с
Идеальная подача (при частоте двойных ходов поршня в мин, п), дм3/с	105 |	| , СО СЧ чо го — 40^^- III!
г-	ОМЛ ІЛ і і м і і і і і і і і
1Л) о	II II ММ ММ
105	0 т* — 0 ГГ — Оч ^ ^ , і і і ■чт о оо оС о ос 0 ^ »О 2 ™ ^
Диаметр сменных втулок, мм	ООФО О О О О О О О О О О © © ОО а О — ОО 04 о -<04 0 О —- СЧ
Полезная мощность, кВт	25 40 63 100
Типоразмер насоса	НБ-32 НБ-50 НБ-80 НБ-125 (9МГр-73)

Таблица 4.5. Технические характеристики поршневых буровых насосов

Примечание. Степень неравномерности давления на выходе из насоса —не более 12

Комментарии запрещены.