Совершенствование насосно-циркуляционного комплекса для бурения глубоких скважин

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В процессе проводки глубоких скважин для привода буровых насосов требуется порядка 60% мощности привода буровой установки, расходуемой на бурение нефтяных и газовых скважин, успех которого они в существенной мере и определяют.

Насосно-циркуляционный комплекс буровой установки (далее - НЦК БУ) включает в себя наземные устройства и сооружения, обеспечивающие промывку скважин путем многократной принудительной циркуляции бурового раствора по замкнутому кругу: насос - забой скважины - насос.

Многократная замкнутая циркуляции дает значительную экономическую выгоду благодаря сокращению расхода химических компонентов и других ценных материалов, входящих в состав бурового раствора.

НЦК БУ состоит из взаимосвязанных устройств и сооружений, предназначенных для выполнения следующих основных функций [1]:

- приготовления, хранения и оперативного регулирования физико-механических свойств бурового раствора;

- прокачивания по замкнутому циклу; - очистки.

В состав НЦК БУ входят:

- оборудование для приготовления, хранения и оперативного регулирования физико-механических свойств бурового раствора;

- оборудование для обеспечения прокачивания раствора по замкнутой циркуляционной системе; - оборудование для очистки бурового раствора.

НЦК БУ монтируются из отдельных блоков, входящих в комплект поставки БУ.

Блочный принцип изготовления обеспечивает компактность НЦК и упрощает ее монтаж и техническое обслуживание.

Важнейшие требования, предъявляемые к НЦК БУ, - качественное приготовление, контроль и поддержание необходимых для данных геолого-технических условий состава и физико-механических свойств бурового раствора.

При выполнении этих требований достигаются высокие скорости бурения и в значительной мере предотвращаются многие аварии и осложнения в скважине.

Главным элементом НЦК БУ являются буровые насосы. В настоящее время в глубоком бурении применяются 2-поршневые насосы двухстороннего действия - дуплекс и 3-поршневые насосы одностороннего действия - триплекс.

При работе бурового насоса в нем протекают одновременно два процесса: подача промывочной жидкости в скважину и изнашивание компонентов, работающих в среде, содержащей взвешенные частицы горной породы, поднятой с забоя скважины.

буровой насосный циркуляционный промывочный

Рис. 1. Схема циркуляционной системы буровой установки для глубокого бурения скважин: 1 - буровой насос; 2 - стояк; 3 - буровой рукав; 4 - вертлюг; 5 - ведущая труба; 6 - устье скважины; 7 - бурильная колонна; 8 - затрубное кольцевое пространство скважины; 9 - УБТ; 10 - долото; 11 - открытый желоб на выходе раствора из скважины; 12 - блок очистки; 13 - резервуары (емкости) для хранения бурового раствора; 14 - насос подпорный; 15 - амбар для сбора шлама; 16 -предохранительный клапан

Совершенствование бурового насосного комплекса, преследующее цель повышения производительности буровых работ, складывается из нескольких проблем, решаемых разными путями [2]:

- повышением эффективности гидравлического действия насоса, выбором схем, отвечающих требованиям максимума КПД и минимума материалоемкости;

- снижением интенсивности действия факторов изнашивания, повышением износостойкости компонентов;

- резервированием в насосном комплексе с использованием двух насосов (один из которых работает, второй находится в резерве), повышением восстанавливаемости насоса посредством снижения трудоемкости смены изношенных компонентов, совмещением восстановительных работ с периодами технологических пауз при бурении;

- улучшением дегазации и очистки промывочной жидкости от частиц выбуренной породы.

Обеспечение условия безотказности работы насосного оборудования создает условия для эффективного действия всего наземного комплекса буровых установок, повышения производительности труда в бурении, энергосбережения и ликвидации чрезмерного расхода материалов, в частности металла, улучшения экономических показателей наиболее дорогостоящих буровых работ.

Одним из путей повышения эксплуатационных качеств насосно-циркуляционного комплекса буровой установки (далее - НЦК БУ) является переход на использование 3-поршневых насосов одностороннего действия (триплекс), которые в сравнении с 2-поршневыми насосами двухстороннего действия (дуплекс) обладают целым рядом существенных преимуществ. У насосов триплекс при той же мощности уменьшаются [3]:

- масса и габаритные размеры в 1,4 - 1,5 раза;

- неравномерность подачи в 2 раза, давления в 5-6 раз;

- количество сменных деталей в 1,3-1,4, а их масса в 1,5-2,5 раза; - средняя наработка на отказ в 1,7 раза.

В насосах тримплекс, в связи с более высокими скоростями движения поршней, требуется использовать подпорные насосы, в качестве которых используются центробежные насосы. Центробежные подпорные насосы, создавая избыточное давление в трубопроводе, подводящем глинистый раствор к буровому насосу, приближают к 100% наполнение насосных камер жидкостью и улучшают гидравлическое действие бурового насоса путем достижения возможно более тесного соответствия между движением жидкости, клапанов и поршней.

Центробежный подпорный насос предпочтительно располагать как можно ближе к приемному резервуару (рис. 2), чтобы уменьшить сопротивление на всасывающей стороне (линия FE). Привод осуществляют от электродвигателя, а не от шкива бурового насоса, что позволяет наполнить насосные камеры еще до запуска бурового насоса. Характеристика Q - Н центробежного подпорного насоса без существенного изменения напора в рабочем диапазоне подач исключает колебания давления и вибрацию подводящего трубопровода. Применение пневматического компенсатора на всасывающей стороне поддерживает равномерность потока.

Рекомендуемое расстояние между модулями оборудования установок для глубокого разведочного и эксплуатационного бурения, показанных на рисунке 1: АС=5000; СВ=500; CG=2600; GЕ=550; EF=900 мм.

Рис. 2. Схема обвязки подпорного центробежного насоса: 1 -- поршневой буровой насос; 2 -- подводяший трубопровод; 3 -- приемный резервуар; 4 -- центробежный подпорный насос; 5 -- нагнетательный трубопровод центробежного подпорного насоса

Для насосов триплекс [4] рекомендуется использовать смазывающе-охлаждающую жидкость, состав которой: 75% дизельного топлива и 25% машинного масла. Смазывающе-охлаждающая жидкость не только снижает коэффициент трения между поршнем и цилиндром, который при работе «всухую» может быть больше 1,0 при нормальном значении 0,01, но и снимает тепло, выделяющееся при трении, размягчающее резину и вызывающее термохимическую деструкцию уплотнения. Отсутствие подачи смазывающе-охлаждающей жидкости или нарушение ее режима снижает наработку деталей цилиндропоршневой группы в десять раз, т.е. практически делает насос неработоспособным. Включают сначала насос смазывающе-охлаждающей жидкости, а затем буровой, чтобы не оставить цилиндр без смазки и охлаждения при запуске. Выключают наоборот -- сначала буровой насос, затем насос смазывающе-охлаждающей жидкости.

При содержании газа в промывочной жидкости центробежный подпорный насос повышает наполнение насосных камер жидкостью и увеличивает подачу насоса. При запуске установки сначала включают подпорный насос, затем насос смазывающе-охлаждающей жидкости и после этого основной двигатель. При остановках сначала отключают основной двигатель, затем насос смазывающеохлаждающей жидкости и подпорный насос.

Одним из путей повышения эксплуатационных качеств буровых насосов является увеличение срока работы деталей в среде коррозионно-активного бурового раствора, содержащего взвешенные твердые частицы выбуренной горной породы, сменных компонентов гидроблока.

Условием обеспечения роста срока работы деталей насосов является дальнейшее изучение абразивного действия кварца - одной из наиболее агрессивных составных частей твердых включений промывочной жидкости - и компенсации изнашивания в узлах трения, достигаемых благодаря использованию современных технологий композиционных материалов.

В цилиндрово-поршневой паре при упругом следящем контакте плотно прилегающих друг к другу трущихся поверхностей в цилиндре насоса с эластичным поршнем с твердыми частицами между ними в среде жидкости, служит главной причиной отказа насосов. Поскольку практически доступными методами не достигается полной очистки циркулирующей в насосно-циркуляционном комплексе буровой установки промывочной жидкости от взвешенных твердых частиц горной породы, они проникают вместе с жидкостью на поверхность трения, перекатываются по ней или шаржируют поверхность эластичных поршневых колец и интенсифицируют изнашивание цилиндра бурового насоса при прямолинейном реверсивном движении в нем поршня.

Литература

1. Абубакиров В.Ф. и др. Буровое оборудование. Справочник в 2-х томах. М.: Недра, 2000.

2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. М.: Недра, 1988.

3. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов. М.: Недра, 1983.

4. Обзорная информация. Основания модернизации насосного комплекса буровой установки. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990.

Размещено на Allbest.ru