Буровой насос¶

Буровой насос — это гидравлическая машина (насосный агрегат), предназначенная для нагнетания промывочной жидкости (бурового раствора) под высоким давлением в скважину в процессе бурения. Буровые насосы являются ключевым элементом циркуляционной системы буровой установки, обеспечивая удаление выбуренной породы с забоя, охлаждение долота и укрепление стенок скважины.

¶Назначение и функции

Основная функция бурового насоса — создание потока бурового раствора с расходом и давлением, достаточными для эффективного бурения. Поток жидкости, подаваемый насосом, проходит через колонну бурильных труб, поступает к долоту, а затем поднимается по затрубному пространству на поверхность, вынося шлам (частицы выбуренной породы).

Помимо очистки забоя, буровой насос выполняет следующие задачи:

• охлаждение и смазка долота и бурильной колонны;
• создание гидростатического давления для предотвращения выбросов и обвалов стенок скважины;
• передача гидравлической энергии забойным двигателям (турбобурам, винтовым двигателям);
• поддержание стабильных свойств бурового раствора в циркуляционной системе.

¶Устройство и принцип действия

Подавляющее большинство современных буровых насосов — поршневые (плунжерные) горизонтальные насосы одинарного или двойного действия. Основными узлами насоса являются:

• Приводная часть (рама, вал, кривошипно-шатунный механизм), преобразующая вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршней.
• Гидравлическая часть (цилиндры, плунжеры, клапанные коробки, всасывающие и нагнетательные клапаны), непосредственно контактирующая с буровым раствором.
• Компенсаторы пульсации (воздушные колпаки), сглаживающие неравномерность подачи жидкости.
• Система смазки и охлаждения узлов трения.

Принцип действия основан на возвратно-поступательном движении поршней: при ходе в одну сторону происходит всасывание раствора через впускной клапан, при обратном ходе — нагнетание через выпускной клапан в нагнетательную линию.

¶Классификация

Буровые насосы классифицируются по нескольким признакам:

1. По числу поршней (плунжеров): двухпоршневые, трехпоршневые (наиболее распространены), реже — однопоршневые.
2. По кратности действия: одинарного действия (рабочий ход — один), двойного действия (рабочий ход — два за один оборот вала).
3. По мощности: малые (до 100 кВт), средние (100–500 кВт), тяжелые (свыше 500 кВт).
4. По способу привода: с электрическим приводом, с гидроприводом, с дизельным приводом.

¶Основные характеристики

Ключевыми параметрами бурового насоса являются:

• Максимальная подача (производительность) — измеряется в литрах в секунду (л/с) или кубических метрах в час (м³/ч).
• Максимальное давление нагнетания — измеряется в мегапаскалях (МПа) или атмосферах (атм); современные насосы развивают давление до 35–40 МПа.
• Мощность привода — в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л.с.).
• Частота ходов поршня — количество двойных ходов в минуту.

Подача и давление связаны обратной зависимостью: увеличение давления приводит к снижению производительности насоса. Регулирование режима работы осуществляется сменой цилиндровых втулок (для изменения диаметра плунжера) и изменением частоты вращения вала привода.

¶Применение

Буровые насосы используются при строительстве нефтяных и газовых скважин, геологоразведочном бурении, бурении водозаборных скважин, а также в геотермальной энергетике. В зависимости от глубины скважины и условий бурения применяются насосы различной мощности и производительности.

Наибольшее распространение в России получили трехпоршневые насосы двойного действия типа УНБТ (установка насосная буровая триплексная), выпускаемые отечественными машиностроительными заводами. Они отличаются высокой надежностью, ремонтопригодностью и способностью работать с абразивными буровыми растворами.

¶Обслуживание и эксплуатация

Буровые насосы работают в тяжелых условиях: высокая абразивность раствора, вибрации, перепады давления. Для обеспечения бесперебойной работы требуется регулярное техническое обслуживание, включающее:

• контроль состояния клапанов и седел;
• замену цилиндровых втулок и поршней по мере износа;
• проверку герметичности сальниковых уплотнений;
• контроль уровня и качества смазочных материалов.

Срок службы быстроизнашиваемых деталей (поршни, втулки, клапаны) зависит от свойств бурового раствора и режима работы и может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч часов.

¶Источники

1. Буровые машины и механизмы: учебник для вузов / под ред. В. Ф. Бурдыкина. — М.: Недра, 1990.
2. Иогансен К. В. Спутник буровика: справочник. — М.: Недра, 1990.
3. ГОСТ 6035-81 «Насосы буровые. Типы и основные параметры».