Госник

18. Элементы обвязки бурового насоса: назначение, особенности конструкции.

Сетка (фильтр), устанавливаемая на конце всасывающего трубопровода, предназначена для предохранения насоса от попадания в него посторонних предметов (щепок, тряпок и др.). Суммарная площадь всех отверстий приемной сетки должна в 3—4 раза превышать площадь поперечного сечения всасывающей трубы. Целесообразно для приемной линии применять резиновый рукав диаметром 250 мм. Это устраняет передачу вибраций от насоса, предупреждает расстройство герметичности соединений и сокращает время монтажных работ.

Нагнетательный трубопровод предназначается для подачи промывочного раствора от насоса к стояку в буровой вышке. Нагнетательный трубопровод должен быть прямым, герметичным и доступным для осмотра. Сваривается трубопровод из бурильных труб диаметром 168, 141 и 114 мм.

Воздушные колпаки и компенсаторы. Как уже говорилось ранее, неравномерность движения поршня приводит к пульсации потока, к резким колебаниям давления, что в свою очередь вызывает вибрацию насоса напорных трубопроводов, разрыв сварных швов, буровых рукавов и других элементов. Для смягчения толчков применяются воздушные колпаки, устанавливаемые на тройнике нагнетательного блока насоса. В начале работы насоса воздух, заполняющий колпак, под давлением жидкости сжимается до объема, соответствующего рабочему давлению, образуя воздушную подушку. При каждом толчке жидкости происходит дополнительное сжатие подушки и в колпак поступает дополнительное количество жидкости.

При замедлении движения поршня давление несколько снижается и сжатый воздух, расширяясь, выталкивает часть жид-|кости в напорный трубопровод. Таким образом, подача жидкости, а следовательно, и давление становятся более равномерными. Компенсатор — весьма ответственный узел в схеме обвязки буровых насосов и должен отвечать правилам котлонадзора. Компенсатор устанавливают на специальный фундамент, по одному-два на каждый насос. Нижнее отверстие служит для слива раствора, верхнее — для прочистки компенсатора. Давление воздуха на компенсаторе контролируется манометром, устанавливаемым на высоте 2400 мм.

Стояки, соединяющие напорную линию насосов с буровым шлангом, изготовляются из 114или 168-лш. бурильных труб и устанавливаются непосредственно у буровой вышки, по одному или по два на одной буровой. Для соединения бурового шланга со стояком в верхней его части имеется отвод с фланцем.

Непосредственное соприкосновение промывочной жидкости со сжатым воздухом приводит к постепенному поглощению раствором воздуха, находящегося в компенсаторах, и к уменьшению воздушной подушки.

Буровые насосы снабжаются предохранительными клапанами двух типов: диафрагменными и гвоздевыми. Предохранительные клапаны устанавливаются на отводе от нагнетательного патрубка.

Корпус диафрагменного предохранительного клапана укрепляется на тройнике напорного трубопровода. Преимущества описываемой конструкции клапана перед другими заключаются в следующем:

1)диафрагма легко устанавливается и снимается без отсоединения отводной трубы;

2)благодаря удобному расположению посадочных поверхностей под диафрагму перед установкой ее можно проверить состояние этих поверхностей;

3)при замене диафрагмы не приходится снимать тяжелые детали с клапана.

Запорная арматура. В схему обвязки буровых насосов входит запорная арматура различных типов.

Задвижка на всасывающем трубопроводе устанавливается только в тех случаях, когда установка насоса произведена «под залив». Задвижки на нагнетательной линии устанавливают преимущественно сварные, высокого давления, которые в настоящее время выпускают с приспособлением, позволяющим определить положение задвижки.

Контрольная задвижка устанавливается на выкидной линии, которая направлена в приемную емкость. Открывается задвижка перед пуском насоса. После этого постепенным перекрытием контрольной задвижки промывочную жидкость направляют в скважину.

19. Состав и схема расположения оборудования для очистки промывочной жидкости. Устройство и принцип работы гидроциклона.

Процесс очистки заключается в удалении из раствора частиц выбуренной породы, ила или газа. Своевременная и качественная очистка раствора повышает:

3)долговечность узлов бурового оборудования;

4)эффективность процесса бурения.

Для очистки бурового раствора применяют два вида устройств:

3)устройства для механической очистки с использованием вибросит;

4)устройства, в которых разделение твердых частиц из жидкости происходит за счет центробежных сил. Схема расположения оборудования для очистки:

1-скважина;

2-первоначальное вибросито;

3-пескоотделитель;

4-пескоотделитель гидроциклонный;

5-илоотделитель;

6,7-сепараторы центрифуги.

При идеальной отчистке раствора из него должны быть удалены твердые частицы размером более 1 мкм; частиц вибросита > 150 мкм; размер частиц гидроциклона > 40 мкм; гидроциклонные илоотделители очищают до 90% частиц > 25 мкм; центрифуги > 10 мкм.

ВИБРОСИТА Оборудование первой (грубой) ступени отчистки. Потеря растворов неутяжеленного не более 0,2%, утяжеленных

Пропускная способность до 60 л/сек, частота вибрации сетки 1600…2000 кол/мин, наклон сетки 12…18 градусов.

СИТОКОНВЕЕР.

1,2-вал барабана;

3-бесконечная сетка;

4-емкость для сбора отчищенного раствора;

5-желоб;

6-емкость для сбора шлама.

Достоинства:

4)простота конструкции;

5)отсутствие потребления электроэнергии;

6)повышенная долговечность сетки. Недостатки:

повышенная потеря раствора вследствие промывки сетки водой.

ГИДРОЦИКЛОНЫ.

Оборудование второй ступени отчистки. Принцип действия инертно-гравитационный.

1-конусообразный корпус;

2-трубопровод;

3-отвод для отчищенного раствора;

4-резиновая насадка.

Естественный и механический способы не обеспечивают хорошей степени очистки от выбуренной породы высококачественных растворов. Для очистки таких промывочных жидкостей используют гидроциклонные установки.

Гидроциклон (рис) состоит из стального сосуда, верхняя часть которого имеет цилиндрическую, а нижняя - коническую формы. Раствор под давлением 0,15— 0,3 Мн/м2 поступает по тангенциальному вводу в гидроциклон и приобретает вращательное движение вокруг вертикальной оси. Под действием центробежной силы тяжелые частицы отбрасываются к стенке гидроциклона, опускаются в нижнюю часть конуса и выходят наружу через выпускной патрубок, а очищенный раствор с более легкими частицами направляется к оси циклона и подается во всасывающую линию бурового насоса.

Рис– Схема гидроциклона:

А – траектория очищенного раствора; Б – траектория крупных частиц; 1 – патрубок входной; 2 – патрубок отводной; 3 – патрубок выкидной; 4,5 -

манометры

20. Силовой привод буровой установки. Характеристика и предъявляемые требования. Правила эксплуа-тации.

Силовым приводом называется совокупность двигателей передающих и регулирующих устройств осуществляющих подвод механической энергии к исполнительным агрегатам, машинам и механизмам.

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные (не зависящие от системы энергоснабжения) и неавтономные (зависящие от системы энергоснабжения, т. е. с питанием от промышленных электрических сетей). К автономным приводам относятся установки с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и с газотурбинными двигателями. К неавтономным приводам относятся установки с электродвигателями, питаемыми от сети трехфазного переменного тока. В зависимости от способа привода исполнительных механизмов силовой привод буровой установки может быть одиночным или групповым.

Основные требования, предъявляемые к силовому приводу:

соответствие мощности и гибкости характеристики (т. е. изменение крутящего момента и частоты вращения в зависимости от условий работы исполнительных механизмов), достаточная надежность, долговечность, небольшая масса и экономическая эффективность).

Мощность силового привода — это номинальная установленная мощность всех двигателей N = Ni , где Ni —номинальная мощность двигателя, кВт.

Гибкость характеристик — способность силового привода автоматически или при участии оператора в процессе работы быстро приспосабливаться к изменениям нагрузок и частот вращения исполнительных механизмов.

Мощность, тип и число двигателей, способ передачи энергии и схему компоновки силового привода выбирают с учетом характера и предела изменения рабочих нагрузок.

Режимы работы силовых приводов непостоянны. Различают три режима работы силового привода: пиковые с кратковременными нагрузками и использованием максимальной мощности двигателей (аварийные работы); повторнократковременные нагрузки в период СПО; пусковые и длительные режимы, используемые для привода ротора и насосов в процессе бурения.

Пусковые и регулировочные характеристики силовых приводов Силовой привод с механической трансмиссией имеет пусковые характеристики, которые зависят только от свойств двигателя и

муфт сцепления, используемых при кратковременных режимах пусков и остановок. Разгон трансмиссии происходит под нагрузкой при включенной муфте. При этом двигатель преодолевает сопротивления от статического (рабочего) сопротивления, инерционных сил трансмиссии и сопротивления собственных вращающихся частей, т. е. уравнение механического равновесия при переходных процессах имеет следующий вид:

Мд — Мст — Мид — Мит = О, где Мд и Мст — крутящий момент соответственно двигателя и статических сопротивлений; Мид и Мит — моменты

инерционных сил вращающихся частей соответственно двигателя и трансмиссии. Инерционные моменты : Миi = Ioi*εi

Здесь Ioi —момент инерции вращающихся частей двигателя и трансмиссии, Н-м.с2; εi —угловое ускорение валов, рад/с2. Привод буровых установок должен быть надежным и экономичным, безопасным и удобным в управлении, компактным и сравнительно небольшой удельной массы, транспортабельным и приспособленным для монтажа, эксплуатации и ремонта в полевых условиях. Мощность, диапазоны регулирования частоты вращения и вращающего момента выводного вала привода определяются нагрузками и режимом работы приводимых машин и механизмов. При работе на аварийных режимах должна обеспечиваться надёжность. Выбранный привод должен обеспечить сочетание высокой производительности буровой установки с минимальной стоимостью 1 м проходки. Силовой привод должен иметь гибкую (мягкую) характеристику.

21. Система управления буровой установки. Управляющие и исполнительные механизмы.

Системы управления буровых установок обеспечивают взаимодействие, маневренность всех механизмов и выполняют следующие функции:

1)пуск и остановку двигателей;

2)включение и выключение трансмиссий, блокирующих двигатели и передающих мощность на буровые насосы, ротор или лебедку;

3)включение и выключение буровых насосов, лебедки, ротора, механизма подачи, регулирующего тормоза (гидравлического или электрического) и других устройств;

4)изменение скорости вращения барабана лебедки и ротора;

5)торможение и растормаживание барабана лебедки;

6)включение и выключение устройств для свинчивания и отвинчивания бурильных труб;

7)управление работой клиньев и других механизмов при отвинчивании и установке бурильных свечей в магазин в процессе спуска и подъема колонны;

8)включение и выключение компрессора, вспомогательной лебедки или насоса, осветительной установки, устройств для очистки и приготовления промывочной жидкости и других вспомогательных механизмов.

Вся система управления состоит из следующих основных устройств:

1)устройства для подготовки рабочего агента (воздух, жидкость, электроэнергия) и поддержания его параметров;

2)управляющих устройств для управления исполнительными механизмами (многоходовые краны различных типов, выключатели, реле и так далее);

3)исполнительных механизмов – пневматических муфт, цилиндров, диафрагм или других устройств, непосредственно осуществляющих функции соединения валов, тормозов и так далее.

Агрегаты этих трех групп соединены между собой коммуникациями (устройствами для подвода рабочего агента к исполнительным устройствам).

Для передачи команды исполнительному устройству на небольшие расстояния (1 – 2 м) применяют механические передачи. При расстояниях более 2 м или больших усилиях используют пневматические системы, гидравлические и электрические устройства.

Основными исполнительными механизмами системы управления являются муфты сцепления, тормоз, цилиндры пневмораскрепителя, клиновых захватов и др.

Пневматическая система управления. На рисунке 14.1 приведена наиболее распространенная схема пневматического управления буровой установкой. Питание системы рабочим агентом – сжатым воздухом осуществляется двумя компрессорами. Компрессорная станция соединена общим воздухопроводом с воздушным резервуаром.

Между каждым из компрессоров и резервуарами установлены обратные клапаны, свободно пропускающие воздух из цилиндров компрессора в резервуар и перекрывающие проход воздуха в обратном направлении в маслоотделитель.

Воздушные резервуары предназначены для выравнивания давления в системе пневматического управления и являются аккумуляторами энергии.

Рисунок 14.1 – Схема пневмоуправления 1 – компрессоры; 2 – обратные клапаны; 3 – регулятор давления; 4 – маслоотделитель; 5 – резервуар; 6 – манометр; 7 –

предохранительный клапан; 8 – вентиль; 9 – влагоотделитель и осушитель воздуха; 10 – трубопроводы; 11 – управляющий кран; 12 – вертлюжок; 13 – клапан-разрядник; 14 – муфта сцепления; 15 – регулирующий клапан 16 – цилиндр пневматический На воздушных резервуарах устанавливают предохранительный клапан, манометр и спускной вентиль. Из резервуара прежде чем попасть в управляющие устройства воздух отделяется от влаги и осушается.

Управление агрегатами осуществляется кранами. Из кранов воздух поступает в исполнительный механизм, муфту или цилиндр. В пневматическом управлении фрикционными муфтами могут быть применены две системы питания воздухом: прямоточная и замкнутая с отсекающими клапанами. При прямоточном питании воздушная камера включенной муфты непосредственно соединена с магистралью сжатого воздуха, при выключенной муфте – сообщена с атмосферой. Все части системы пневматического управления в этой схеме находятся под постоянным давлением. При системе питания с отсекающими клапанами камера муфты соединена с магистралью сжатого воздуха только в период наполнения. В течение остального времени

камера и часть трубопровода, находящаяся во вращающихся деталях, отсекаются от воздушной магистрали специальным клапаном.

Питание муфт, сидящих на валах, торцы которых недоступны для подвода воздуха, осуществляются кольцевыми вертлюжками.

Всхемах с отсекающими клапанами давление в полости вертлюжка поднимается только во время включения муфты. Схема пневматического управления с отсекающими клапанами недостаточно надежна из-за пропуска воздуха в клапанах. При утечке воздуха из отсеченного объема через малейшие неплотности или при расстройстве соединений падение давления в камере муфты не компенсируется подачей новых порций воздуха из магистрали.

Прямоточная система более надежна.

Управляющие пневматические устройства

Вкачестве управляющих устройств в пневматических системах буровых установок применяют клапанные, золотниковые отсекающие и мембранные регулирующие краны.

Для управления одним устройством применяют двухклапанные краны. Для одновременного управления двумя и большим количеством устройств с целью сокращения количества управляющих рукояток и обеспечения блокировки применяют четырех- и многоклапанные краны. Двухклапанные краны имеют обычно эксцентриковое управление, а четырех- и многоклапанные краны управляются дисками или валиками с кулачками.

Многоклапанные краны обычно применяют для управления коробками передач с включением скоростей при помощи пневматических муфт. Управление кулачковым валом в этих случаях осуществляется штурвалом или рукояткой с круговым вращением.

Регулирующие краны применяют для устройств, требующих регулирования или поддержания требуемой величины давления воздуха, например, в цилиндрах тормозов, управлении подачей топлива дизелей и др.

Пульты управления

Вбуровых установках управление почти всеми механизмами осуществляется бурильщиком со своего поста, для чего большинство механизмов сосредоточивается на пульте.

Компрессоры. Снабжение сжатым воздухом аппаратов пневматического управления буровыми установками осуществляется от небольших компрессорных станций, устанавливаемых на буровой. В установке предусматриваются два компрессора, один из которых является резервным.

Компрессор для буровых установок подбирают с запасом по давлению в 15 – 25% от наивысшего рабочего давления, принятого для системы. Для обеспечения запаса воздуха производительность каждого компрессора выбирается в 1,5 – 2 раза больше максимальной потребности сжатого воздуха буровой установкой.

Вбуровых установках используют одно- и двухступенчатые поршневые компрессоры различных конструкций.

Регулятор давления предназначен для автоматического поддержания необходимого давления в системе пневматического управления. В большинстве случаев применяют электрические регуляторы.

При повышении давления до установленной наибольшей величины регулятор разрывает электрическую цепь, а при последующем падении давления до допустимого минимума вследствие расхода воздуха вновь автоматически замыкает ее. Механическое управление. Механические системы применяются как местное или дублирующее управление или там, где пневматизация и электроуправление нецелесообразны.

Из механических передач чаще всего применяются рычажковые, тяговые, кулачковые, тросовые и др.

Однако чаще всего механическое управление является составной частью пневматической или электрической системы управления несколькими двигателями силовых приводов буровых установок.

Электрическое управление повышает точность и оперативность цепи управления.

При регулировании одновременно нескольких двигателей их механизмы топливоподачи механически связываются общей системой.