Буровые насосы

1. Введение

    Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса ее на поверхность, охлаждения долота, приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа. Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым насосам предъявляют следующие основные требования:

- подача насоса должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;

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

- скорость промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давления, вызывающих осложнения в бурении, дополнительные энергетические затраты и усталостные разрушения;

- насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво- и маслосодержащими коррозионно- активными промывочными растворами различной плотности;

- узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из строя;

- крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устройствами для надежного захвата и перемещения при ремонте и техническом обслуживании;

- узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывочного раствора и доступны для осмотра и технического обслуживания;

- насосы должны быть приспособлены к транспортировке в собранном виде на далекие и близкие расстояния и перемещению в пределах буровой;

- конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата;

- надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации;   

      Технические условия на изготовление буровых насосов регламентируются ГОСТом.

        Буровые насосы, являясь насосами объёмного типа, обладают свойством самовсасывания, но в описательной таблице традиционно указывается принятая характеристика всасывающей способности этой группы насосов - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания.

      Насосы для откачки пластовой жидкости из скважины, как указано выше, подразделяются на скважинные центробежные, скважинные винтовые и штанговые.
      Пластовая жидкость - это смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа с температурой не более 90°С.

      Центробежные и винтовые скважинные погружные насосные агрегаты входят в состав установок, которые помимо агрегатов содержат кабельные линии и наземное электрооборудование. Агрегат и кабельная линия опускаются в скважину на насосно-компрессорных трубах. В наземное оборудование входит трансформаторная подстанция и пускорегулирующая аппаратура.

    С ростом глубины бурения значительно увеличиваются и мощности буровых насосов. Освоены и намечаются к производству новые модели буровых насосов, отвечающие возросшим требованиям бурения. На основе накопленного опыта, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также новейших достижений в насосостроении и смежных областях науки и техники буровые насосы непрерывно совершенствуются: повышаются надежность и долговечность их снижается масса и сокращаются материальные и трудовые затраты на их изготовление, эксплуатацию и ремонт. Это обусловило широкую номенклатуру моделей и модификации буровых насосов, используемых в отечественной и зарубежной практике бурения эксплуатационных и разведочных скважин.

      Рабочие органы буровых насосов преимущественно выполняются в виде поршней. Наиболее распространены двухпоршневые насосы двустороннего действия, на смену которым в последние годы приходят трехпоршневые насосы одностороннего действия. В насосах двустороннего действия жидкость перемещается в поршневой и штоковой полостях и за один двойной ход поршня совершаются два цикла всасывания и нагнетания. При одностороннем действии жидкость перемещается в поршневой полости рабочей камеры и за один двойной ход совершается один цикл всасывания и нагнетания. 

2. Анализ существующих типов буровых насосов

            Буровые насосы подразделяются на 2 группы: динамические и объемные. Динамические подразделяются на лопастные насосы и насосы трения. Лопастные насосы объединяют в свою очередь две группы насосов: центробежные и осевые. Осевые насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140000 м3/ч) при относительно небольших напорах (4-20 м вод.ст.). Буровые насосы трения и инерции – это группа динамических насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется силами трения и инерции. В эту группу входят шнековые, вихревые, лабиринтные, червячные и струйные насосы. Вихревые буровые насосы развивают напоры в 2-4 раза больше, чем центробежные при том же диаметре рабочего колеса. Насосы обладают самовсасывающей способностью. Вихревые насосы выпускают с подачей от 1 до 50 м3/ч при напорах от 25 до 100 м. Высота всасывания в пределах 4-8 м. Струйные насосы – гидроэлеваторы или эжекторы. Струйные насосы используются для подъема воды из артезианских скважин, для отлива воды при производстве строительных работ.

      Объемные насосы объединяют в свою группу: поршневые, плунжерные, диафрагменные, роторные, шестеренные, винтовые и другие типы насосов. Буровые насосы каждой из перечисленных групп отличаются друг от друга конструктивными решениями отдельных деталей и узлов. В зависимости от этого их классифицируют также и по конструктивным признакам. Например, центробежный насос консольного типа или консольный насос.
      Кроме того, буровые насосы подразделяются и по эксплуатационным признакам (например, скважинные насосы, дозировочные насосы и т.п.). В системах водоснабжения мы имеем дело с насосными агрегатами: насос и двигатель, соединенные между собой. Насосная установка – это насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме. По числу комплектов рабочих органов (рабочих колес, направляющих аппаратов и т.п.) различают одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые буровые насосы.      

    Насос НЦ-320 — насос горизонтальный, двухпоршневой двустороннего действия со встроенным червячным редуктором повышенной нагрузочной способности.
       Назначение — для нагнетания жидких сред (глинистых, цементных, солевых растворов) при промывочно-продавочных работах и цементировании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения и капитального ремонта. Конструкция насоса НЦ-320 разработана на базе насоса 9Т, основные детали и сборочные единицы насосов взаимозаменяемы. Применение червячной пары, цельноштампованной тарели, других конструктивных и технологических улучшений увеличили долговечность и надежность насоса НЦ-320 по сравнению с насосом 9Т.

      Насосы паровые поршневые предназначены для работы как на насыщенном так и на пере­гретом паре с температурой до 573К (300°С). Насосы обеспечивают бесступенчатое регулирование подачи и давления на выходе из насоса в пределах от 25 до 100% номинальной величины путем изменения дав­ления пара на входе в насос Регулирование, в указанных пределах, может осуществляться как одного из параметров (подачи или давления), так и обоих одновременно.

— Насосы поршневые паровые общего применения предназначены для перекачивания пресной виды, темных нефтепродуктов и других сходных, с указанными, жидкостями при температуре от 278 до 378К (от 5 до 105°С) с кинематической вязкостью не выше 800 мм2/с (8Ст). Насосы общего применения используются в различных линиях как питательные, топливные, се­тевые, грузовые, эачистные, пожарные и другие

— Насосы поршневые паровые судового исполнения предназначены для перекачивания тех же продуктов и морской воды с температурой от 278 до 393 К (от 5 до 120 С), а насосы с подачей более 100 м3/ч, кроме того, бензина с температурой до 303 К (30°С) Такие насосы имеют хорошую всасывающую способность и высокую степень пожаро- и взрывоопасности.

     Насосы поршневые паровые нефтяные предназначены для перекачивания нефти, темных нефтепродуктов, каменноугольных смол, сжиженных углеводородных газов и других, сходных с указанными, жидкостей с кинематической вязкостью не более 800 мм2/с (8Ст), с наличием твердых неабразивных частиц размером не более 0,2 мм в количестве, не превышающем 0,2% по массе. Для перекачивания вышеуказанных сред с наличием твердых неабразивных частиц размером более 0,2% по массе используются насосы ПДГ 60/25Н (НГ) Нефтяные насосы по конструкции являются горизонтальными и в зависимости от назначения изготавливаются в следующих исполнениях:

Н — для нефтепродуктов с температурой от 273 до 493 К (от 0 до 220оС),

НГ — для нефтепродуктов с температурой от 273 до 673 К (от 0 до 400 С),

Г — для сжиженных углеводородных газов плотностью 480–700 кг/м3 с температурой от 243 до 313 К (от минус 30 до плюс 40° С),

Х — для бензольных продуктов, каменноугольных смол и темных нефтепродуктов с температурой до 393 К (120°С)

      Насосы с подачей выше 100 м3/ч применяются также и для перекачивания бензина.
      Взрывобезопасность, надежность в работе, плавное регулирование подачи и давления на выходе, простота конструкции и обслуживания делают насосы данного класса незаменимыми в отдельных производствах.
      Насосы ПДГ и ПДВ особенно хороши в тех случаях, когда имеется дешевый пар, отсутствует электроэнергия или по каким либо причинам ее применить нельзя (например – по условиям пожарной безопасности).

      Насосы поршневые паровые ТУ 26-06-1584–90 изготавливаются в следующих исполнениях:

По конструкции:

- горизонтальные ПДГ

- вертикальные ПДВ

По назначению:

- общепромышленные (О),

- судовые (С),

- нефтяные (Н, НГ, Г, X)

Буровой насос НБ-32

Назначение

      Буровой насос НБ-32 — горизонтальный, двухцилиндровый, двустороннего действия, приводной со встроенным зубчатым редуктором. Насос НБ-32 — предназначен для нагнетания промывочной жидкости (воды, глинистого раствора) в скважину при геологоразведочном и структурно-поисковом бурении на нефть и газ. Насосы также нашли широкое применение на предприятиях пищевой, химической и строительной промышленности для перекачки различных неагрессивных жидкостей. Наличие пневматического компенсатора в нагнетательной системе насоса практически полностью устраняет неравномерность подачи жидкости на выходе насоса. Буровые насосы завоевали большую популярность у потребителей благодаря высокой надежности, простоте обслуживания и ремонтопригодности.

Буровой насос НБ-50

Назначение

      Буровой насос НБ-50 — горизонтальный, двухцилиндровый, двустороннего действия, приводной со встроенным зубчатым редуктором.

Насос НБ-50 — предназначен для нагнетания промывочной жидкости (воды, глинистого раствора) в скважину при геологоразведочном и структурно-поисковом бурении на нефть и газ. Насосы также нашли широкое применение на предприятиях пищевой, химической и строительной промышленности для перекачки различных неагрессивных жидкостей. Наличие пневматического компенсатора в нагнетательной системе насоса практически полностью устраняет неравномерность подачи жидкости на выходе насоса. Буровые насосы завоевали большую популярность у потребителей благодаря высокой надежности, простоте обслуживания и ремонтопригодности.

Буровой насос НБ-80

Назначение

      Буровой насос НБ-80 — горизонтальный, двухцилиндровый, двустороннего действия, приводной со встроенным зубчатым редуктором.

Насос НБ-80 — предназначен для нагнетания промывочной жидкости (воды, глинистого раствора) в скважину при геологоразведочном и структурно-поисковом бурении на нефть и газ. Насосы также нашли широкое применение на предприятиях пищевой, химической и строительной промышленности для перекачки различных неагрессивных жидкостей. Наличие пневматического компенсатора в нагнетательной системе насоса практически полностью устраняет неравномерность подачи жидкости на выходе насоса. Буровые насосы завоевали большую популярность у потребителей благодаря высокой надежности, простоте обслуживания и ремонтопригодности.

Буровой насос НБ-125 ИЖ

Назначение

      Буровой насос НБ-125 ИЖ — горизонтальный, двухцилиндровый, двустороннего действия, приводной со встроенным зубчатым редуктором. Насос предназначен для нагнетания промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин, для нагнетания жидких сред при выполнении промывочно-продавочных работ в процессе капитального ремонта скважин, для нагнетания воды в пласт для интенсификации добычи нефти, для перекачивания различных неагрессивных жидкостей, включая обводненную нефть.       Насос буровой НБ-125 ИЖ используется:

- для нагнетания промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин;

- для нагнетания жидких сред при выполнении промывочно-продавочных работ в процессе капитального ремонта скважин;

- для нагнетания воды в пласт для интенсификации добычи нефти;

- для перекачивания различных неагрессивных жидкостей, включая обводненную нефть;

        Ход поршня - 250 мм;

   Частота вращения трансмиссионного вала: 388 об/мин (76 двойных ходов), 511 об/мин (100 двойных ходов);

       Присоединительные патрубки:

нагнетательный - резьба (наружная) НКТ 60 х 5;

всасывающий - фланец, Dу 100 мм. Высота всасывания - не менее 3-х метров.

Насосы секционные

      Секционные насосы предназначены для закачивания воды в нефтеносные пласты с целью поддержания пластового давления. Могут применяться для перекачивания чистой и малозагрязненной воды. Область применения: нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность.

Конструктивные особенности

- насосы центробежные горизонтальные секционные. Количество ступеней зависит от величины требуемого напора при постоянной подаче;

- уплотнение вала торцовое с трущейся парой из силицированного графита или сальниковое из износостойкого материала «Графлекс»;

- опорой ротора служат подшипники скольжения с масляной смазкой;

- насосы серии «3» изготавливаются со встроенными подшипниками   скольжения, работающими на перекачиваемой среде;

- насосы изготовлены из коррозионно-износостойкого материала;

- осевое усилие воспринимается гидравлической пятой из твердых сплавов;

- привод осуществляется от электродвигателя через гибкую пластинчатую муфту;

- насосы комплектуются автоматикой, обеспечивающей их безаварийную работу.

Агрегат насосный дизельный АНД

      Агрегат насосный дизельный АНД предназначен для перекачки жидкости (воды) при отсутствии электроэнергии и может быть использован в качестве резервного насосного агрегата в системе пожаротушения.
      Обеспечивается местный и дистанционный пуск оператором по проводной связи. Расстояние от агрегата до места оператора до 500 м. На агрегате могут быть установлены различные типы насосов с потребляемой мощностью не более 100 кВт и числом оборотов в минуту не более 3000, при этом давление на выходе и расход будут определяться типом насоса.

      На базе буровых насосов изготавливаются насосные агрегаты АНБ-22, АН-32, АН-50 и АН-125 . Области использования: АНБ-22 — для нагнетания промывочной жидкости при бурении геологоразведочных, гидрогеологических и структурных скважин с отбором керна, а также может использоваться для нагнетания или перекачки неагрессивных жидкостей с плотностью до 1,4 г/см3 и вязкостью до 60 с.
      Насосный агрегат состоит из:

- бурового двухпоршневого насоса мощностью 16,3 кВт с пневматическим компенсатором;

- трехскоростной коробки переключения передач (КПП);

- электродвигателя мощностью 22 кВт;

рамы.

      Габариты:

- длина 2050 мм;

- ширина 750 мм;

- высота 1400 мм;

- Масса 1400 кг.

      Насосные агрегаты поставляются со втулкой 100 мм (2 штуки), если в заказе не указано количество и диаметр необходимых втулок.

      Насосные агрегаты АН-32, АН-50, АН-125 выполнены на базе буровых насосов НБ-32, НБ-50, НБ-125ИЖ . Давление, объемная подача, область использования агрегатов - как у насосов.
      Насосные агрегаты состоят из:

бурового насоса;

электродвигателя;

клиноременной передачи;

рамы.

      Насосные агрегаты могут комплектоваться силовым шкафом и пультом управления. Необходимость их поставки указывается в заказе.

3. Классификация буровых насосов, применяемых для бурения скважин

      Буровые насосы и установки представляют собой, как правило, поршневые и плунжерные насосы, используемые для нагнетания жидких сред (глинистых, цементных, солевых растворов). Эти насосы применяются при промывочно-продавочных работах и цементировании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения и капитального ремонта, а также для нагнетания жидкости в пласт для интенсификации добычи нефти.
Приводом насоса является электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. Часто насосы монтируются на шасси автомобиля или на салазках (санях).
      Среди поршневых и плунжерных насосов буровые насосы являются наиболее мощными и это определяет способ регулирования подачи посредством коробки передач, используемой в конструкции этих насосов. Регулирование подачи осуществляется ступенчато. Конструкция отдельных насосов предусматривает возможность изменения подачи за счёт применения сменных деталей гидроблока (гильз и поршней разных диаметров).
конструкция горизонтального двухпоршневого насоса НБ-125. У двухпоршневого насоса поршни работают в противофазе, что обеспечивает наибольшую равномерность подачи. Дальнейшее увеличение равномерности подачи обеспечивается мембранным компенсатором. Насос имеет встроенный зубчатый редуктор. Передача крутящего момента от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания к редуктору осуществляется через клиноремённую передачу.

Насосы типа НТП спроектированы для передвижных установок, где к насосам предъявляются дополнительные требования по снижению массы и габаритов.

     В процессе бурения в большинстве случаев раствор циркулирует по замкнутому контуру. Из резервуаров очищенный и подготовленный раствор поступает в подпорные насосы, которые подают его в буровые насосы. Последние перекачивают раствор под высоким давлением (до 30 МПа) по нагнетательной линии, через стояк, гибкий рукав, вертлюг, ведущую трубу  к устью скважины. Часть давления насосов при этом расходуется на преодоление сопротивлений в наземной системе. Далее буровой раствор проходит по бурильной колонне  (бурильным трубам, УБТ и забойному двигателю  к долоту). На этом пути давление раствора снижается вследствие затрат энергии на преодоление гидравлических сопротивлений. Затем буровой раствор вследствие разности давлений внутри бурильных труб и на забое скважины с большой скоростью выходит из насадок долота, очищая забой и долото от выбуренной породы. Оставшаяся часть энергии раствора затрачивается на подъем выбуренной породы и преодоление сопротивлений в затрубном кольцевом пространстве. Поднятый на поверхность к устью 6 отработанный раствор проходит по растворопроводу в блок очистки, где из него удаляются в амбар частицы выбуренной породы, песок, ил, газ и другие примеси, поступает в резервуары с устройствами для восстановления его параметров и снова направляется в подпорные насосы.