Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Ухтинский государственный технический университет

Кафедра Машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности

Проектирование бурового насоса

Курсовой проект

Исполнитель ст.гр. МОН-01з Хафизов Н.М.

г. Усинск, 2006

Содержание

Введение

1. Анализ условия работы и конструктивного исполнения насоса

1. Анализ условий работы насоса

2. Анализ конструктивного исполнения насоса

2. Конструирование насоса

1. Приводная часть насоса

2. Конструирование элементов приводной части насоса

3. Гидравлическая часть насоса

4. Конструирование элементов гидравлической части насоса

3. Расчет основных параметров насоса

4. Выбор базовой модели

5. Определение основных размеров приводной и гидравлической частей насоса

6. Мероприятия по повышению надежности работы насоса

6.1 Патентное исследование

7. Обеспечение охраны окружающей среды при эксплуатации насоса

Библиографический список

Приложение А

Приложение Б

Введение

буровой насос шток клапан

Насосно-циркуляционный комплекс буровой установки выполняет следующие функции:

• нагнетание бурового раствора в бурильную колонну для циркуляции в скважине в процессе бурения, промывки и ликвидации аварий в количестве, обеспечивающим эффективную очистку забоя и долота от выбуренной породы, и получение скорости подъема раствора в затрубном пространстве, достаточной для выноса этой породы на поверхность;

• подвод к долоту гидравлической мощности, обеспечивающей высокую скорость истечения раствора (до 180 м/с) из его насадок для частичного разрушения породы и очистки забоя от выбуренных ее частиц;

• подвод энергии к гидравлическому забойному двигателю;

• очистка бурового раствора от выбуренной породы и газов, поддержание и регулирование заданных его параметров;

• приготовление нового бурового раствора;

• хранение запасного бурового раствора в количестве нескольких объемов скважины и поддержание его свойств при остановках циркуляции.

Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами; приведения в действие забойных гидравлических двигателей.

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 конструкторских работ, а также новейших достижений в насосостроении буровые насосы непрерывно совершенствуются: повышается надежность и долговечность, снижается масса и сокращаются материальные и трудовые затраты на их изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Обусловило широкую номенклатуру моделей и модификаций, используемых в отечественной и зарубежной практике бурения эксплуатационных и разведочных скважин.

В зависимости от назначения, типа буровой установки и способа бурения, выбирают насос с определенными параметрами. [ 1 ]

1 Анализ условий работы и конструктивного исполнения насоса

1.1 Анализ условий работы насоса

Буровые насосы являются основными потребителями энергии. В настоящее время имеются буровые насосы мощностью от 30 до 2000 кВт. Для каждого класса буровой установки насос должен иметь определенные мощность, подачу и давление.

Насосы устанавливаются на расстоянии до 100 метров от устья скважины. Они работают при температуре воздуха ±50 °С, температура перекачиваемого раствора изменяется от -1 до +80°С. Насос должен обладать способностью самовсасывания и при нормальных условиях работать с подпорным центробежным насосом, создающим давление до 0,4 МПа.

Буровой насос должен быть приспособлен для ступенчатого изменения подачи в процессе бурения в 2 - 3 раза. Вместе с тем, он должен обладать способностью кратковременно развивать необходимое давление для продавки частиц выбуренной породы, осевших в затрубном пространстве, трубах или при образовании сальников во время остановки бурения.

Время работы насоса колеблется от 30 минут до 200 часов и более в зависимости от длительности работы долота. Продолжительность периодических технологических остановок может составлять 3-5 минут для наращивания бурильной колонны и 10 часов и более для спуска и подъема долота с больших глубин или для спуска обсадных труб.

Насос должен быть удобным в эксплуатации, допускать быструю смену быстроизнашивающихся деталей поршней, штоков, цилиндровых втулок, сальников, клапанов и др. Долговечность его без капитального ремонта должна составлять 10000 часов.

Масса, габаритные размеры и конструкция насоса должны допускать его транспортировку при помощи промысловых средств в пределах промысла, а иногда и на расстояние до 100 километров, для этого насосы снабжаются жесткой рамой - салазками.

Надежность и долговечность насосов должна сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации. [ 1 ]

1.2 Анализ конструктивного исполнения насоса

Для вращательного бурения с непрерывной циркуляцией бурового раствора применялись поршневые насосы с различными структурными схемами: прямо-действующие (паровые двухстороннего действия двухпоршневые); приводные (двухстороннего действия двух- и трех поршневые; одностороннего действия с тремя, пятью и шестью поршнями и цилиндрами; последовательного действия двухпоршневые).

В настоящее время широко применяются приводные поршневые насосы различных конструкций. На смену паровым прямодействующим насосам пришли двухпоршневые насосы двухстороннего действия и трехпоршневые насосы одностороннего действия. Несмотря на более сложную конструкцию, чем у прямо-действующих паровых насосов, и большую неравномерность подачи, эти насосы более экономичны и получили широкое распространение в буровых установках. Многопоршневые насосы не распространены вследствие сложности эксплуатации, необходимости расхода большого количества быстроизнашивающихся деталей и затрат времени на их смену.

Попытки применения трехпоршневых насосов двухстороннего действия, у которых подача намного равномернее, чем у двухпоршневых, не дали удовлетворительных результатов. С появлением более совершенных диафрагменных компенсаторов, обеспечивающих высокую равномерность подачи, эти насосы потеряли свое преимущество.

Для улучшения равномерности подачи делались попытки использовать многоплунжерные насосы, однако при перекачке бурового раствора они также не дали удовлетворительных результатов, так как плунжеры и сальники плохо работали на буровом растворе при высоких давлениях, а смена их весьма сложна.

Попытка замены в шестиплунжерном оппозитном насосе одностороннего действия плунжеров на поршни оказалось более эффективной. Преимущества этого насоса - относительно высокая равномерность подачи (колебания мгновенной подачи - 15%), возможность легкой смены поршней, клапанов, втулок и отсутствие сальников штоков. Однако необходимо иметь на буровой два насоса с таким же, как у трех- и двухпоршне^ых насосов двойного действия, числом двигателей явилось причиной того, что эти насосы не получили распространения.

Рабочие органы буровых насосов преимущественно выполнены в виде поршней. Наиболее распространены двухпоршневые насосы двухстороннего действия, на смену которым в последнее время приходят трехпоршневые насосы одностороннего действия. В насосах двухстороннего действия жидкость перемещается в поршневой и штоковой полостях и за один оборот совершается два цикла всасывания - нагнетания. При одностороннем действии жидкость перемещается в поршневой полости рабочей камеры и за один двойной ход совершается один цикл всасывания - нагнетания. В буровых насосах используются самодействующие пружинные клапаны тарельчатой конструкции. Оси поршней параллельны и располагаются в горизонтальной плоскости по одну сторону от привода насоса. Ведущее звено буровых насосов, сообщающее движение поршням, выполняется в виде вращающегося эксцентрикового кривошипного вала.

Промывочная жидкость перемещается по одноступенчатой и однопоточной схеме, через общую приемную линию и один отвод. Подача изменяется с помощью сменных цилиндровых втулок, либо изменением числа ходов насоса.

Пульсации давления, вызываемые неравномерной скоростью поршней, снижаются до практически приемлемого уровня при помощи пневматических компенсаторов. В буровых насосных агрегатах используются преимущественно электродвигатели и дизели, вращение которых передается трансмиссионному валу насоса клиноременной либо цепной передачей.

Эффективность различных структурных схем насосов должна определяться простотой конструкции, ее технологичностью, числом быстроизнашивающихся деталей, вероятностью безотказной работы, массой, к.п.д. и т.д.

Трехпоршневои насос одностороннего действия выполняется по одной схеме, представленной на рисунке 1. Основные параметры трехпоршневых насосов одностороннего действия представлены в таблице 1.

Для оценки преимуществ и недостатков насосов составлены таблицы числа быстроизнашивающихся деталей насрса и других параметров, на основе которых принимается решение о конструктивной схеме насоса. Сравнительная характеристика насосов приведена в таблице 2 и таблице 3. Из этих таблиц видно, что наибольшими преимуществами обладают трехпоршневые насосы одностороннего действия. По сравнению с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия трехпоршневои насос одностороннего действия обеспечивает почти в 2 раза меньшую неравномерность подачи и в сочетании с диафрагменным компенсатором пульсации дает лучшие, весьма высокие результаты. Такие трехпоршневые насосы имеют лучшее соотношение числа сменных быстроизнашивающихся деталей.

Возможность быстрой смены поршней и втулок со значительной меньшей массой, чем у двухпоршневых, делает эти насосы более удобными в эксплуатации, а меньшая в 1,5 - 2 раза масса обеспечивает лучшую их монтажеспособ-ность и транспортабельность, что очень важно, особенно для мощных насосов. [1]

Таблица 1 - Характеристика и основные параметры трехпоршневых насосов одностороннего действия

		УНБТ-950	9-Р-100	1-Р-130
Параметры	НБТ-600		(США)	(США)
Мощность, кВт:
полезная	540	855	660	1060
приводная	600	950	740	1180
Число двойных ходов	135	125	160	120
в 1 мин.	Б
Длина хода поршня, м	0,25	0,3	0,235	0,305
Подача насоса, л/с:
наибольшая	42,9	46,0	34,9	48,7
наименьшая	19,1	28,8	18,1	28,0
Давление
нагнетания, МПа:
наименьшее	11,3	19,0	19,6	22,4
наибольшее	25,0	32,0	38,0	39,0
Диаметр цилиндровых втулок, м: -
наибольший	0,18	0,18	0,158	0,184
наименьший	0,12	0,14	0,114	0,140
Диаметр штока, мм	56	60	-	-
Нагрузка на шток, кН	290	490	385	620
Диаметр клапана, мм	145	145	143	168

Таблица 2 - Сравнительная характеристика буровых поршневых насосов с различными структурными схемами

Таблица 3 - Число быстроизнашивающихся деталей гидравлической части буровых насосов различных типов

					Последова-
	Двухстороннего		Одностороннего		тельного
Детали	действия		действия		действия
	Число поршней
	3	2	6	3	2
Втулки цилиндров	3	2	6	3	2
Манжеты поршня	6	4	6	3	4
Клапаны	12	8	12	6	6
Штоки	3	2	0	0	2
Сальники штоков	3	2	0	0	2

1 - компенсатор; 2, 3 - коллекторы выходной и входной; 4, 5 - клапаны всасывающий и нагнетательный; 6 - поршень; 7 - шток; 8 - ползун; 9 - шатун; 10 - вал коренной; 11 - вал трансмиссионный; 12 - шкив

Рисунок 1 - Принципиальная схема трехпоршневого насоса одностороннего действия