54. Плунжерные буровые насосы.
Плунжерные насосы обычно одинарного действия, так как во время прямого хода плунжера происходит нагнетание, а при обратном ходе – всасывание. В плунжерных насосах рабочим элементом является плунжер – металлический цилиндр, сопрягающийся с сальниковым уплотнением, вмонтированным в корпусе насоса. Как и поршневом насосе, при вращении зубчатого колеса 3 приводятся в возвратно – поступательное движение шатун 4, крейцкопф 5 и плунжер 1. При движении плунжера влево всасывающий клапан 6 откроется, а нагнетательный клапан 7 закроется и в гидравлическую часть насоса 2 произойдет всасывание жидкости через всасывающий шланг. При движении плунжера вправо в гидравлической части произойдет нагнетание жидкости через нагнетательный клапан 7 при закрытом всасывающем клапане 6. За один оборот зубчатого колеса 3 плунжер совершит одно поступательно – вращательное движение, т.е произойдет цикл всасывания и нагнетания.
Q=FSnmλ/60 л/с,
где F - площадь поршня( плунжера),дм2; S - ход плунжера, дм; n - число двойных ходов(взад и вперед) поршня (плунжера) или число оборотов коленчатого (экстренрикового) вала в 1 мин; m - число цилиндров (плунжеров); λ- коэффициент наполнения насоса( λ= 0.8-0.9)
ГОСТ 19123-73 буровые насосы с механическим приводом, предназначенные для нагнетания промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые вращательным и ударно – вращательным способами.
На основе ГОСТ 19123-73 разработаны и широко используются 4 класса буровых насосов, которые обеспечивают создание циркуляции промывочной жидкости в процессе бурения геологоразведочных скважин глубиной до 2000 м долотами шарошечного и режущего типов, твердосплавными и алмазными коронками.
Пневмоударники. Устройство и принцип действия.
Рассмотрим конструкцию и принцип действия горного и разведочного пневмоударников.
Пневмоударники М32К и МП-3 разработаны в Институте горного дела Сибирского отделения АН СССР. Предназначены для бурения сплошным забоем. Оба пневмоударники имеют одинаковую схему конструкции и принцип работы.
Конструкция. Корпус пневмоударника 8 (рис .16) представляет собой толстостенный цилиндр, в стенках которого выфрезерованы каналы для подачи воздуха в рабочие камеры и для очистки забоя скважины. Снаружи каналы прикрыты стальным цилиндром 6, Внутри корпуса находятся боек 7 и клапанная коробка 3 с крышкой 5. Между этими деталями расположен клапан 4, который, поднимаясь или опускаясь, перекрывает центральные отверстия или в клапанной коробке, или в крышке клапанной коробки. Клапанная коробка с крышкой сверху поджимается переходником I с уплотнением 2. Переходник имеет конусную резьбу под бурильную трубу. В нижней части пневмоударника находится долото 10, которое крепится в корпусе с помощью шпонки 9. Шпонка в свою очередь, удерживается от выпадения стопором (шплинтом).
Принцип действия. Пневмоударник работает следующим образом. Сжатый воздух по бурильным трубам поступает в переходник 1 и проходит к клапанной коробке 3.
Рис.16. Пневмоударник М32К (МП-3): 1-переходник; 2-уплотнению; 3- клапанная коробка; 4-клапан; 5-крышка клапанной коробки; 6-цилиндр; 7-боек; 8- корпус; 9- шпонка; 10- долота.
По каналам «а» он попадает в кольцевую клапанную камеру "б". Далее воздух, над клапаном проходит в центральное отверстие клапанной коробки 3 и из него - в кольцевую камеру "в", которая соединена с каналом «г». По этому каналу и отверстию "и" воздух проходит в нижнюю камеру пневмоудариика - под боек. Накапливаясь здесь, он создает подъемную силу, которая начинает перемещать боек вверх. В это время из верхней камеры
пневмоударника «д» воздух выходит на забой через отверстия «е», канал «ж» и отверстия «л». Боек, поднимаясь перекрывает своей боковой поверхностью отверстия «е» и открывает отверстия «з». Воздух, находящийся в верхней камере при дальнейшем подъеме бойка сжимается и его давление будет передаваться через центральное отверстие крышки клапанной коробки 5 на клапан 4. Нижняя камера в это время через открывшиеся отверстия «з» сообщается с затрудным пространством (зоной низкого давления) и давление в ней падает. Также падает давление и в полостях, связанных с этой камерой, в каналах «и», «г», «в», и в центральном отверстии клапанной коробки 3, т.е. в зоне над клапаном.таким образом, в этот момент под клапаном создается давление, превышающее давление над ним и клапан перебрасывается в верхнее положение закрывая центральное отверстие в клапанной коробке и открывая отверстие в крышке коробки, и в верхнюю камеру «д». Под действием этого давления боек движется вниз. По мере увеличения скорости бойка давление в верхней камере будет уменьшаться за счет отставания процесса заполнения камеры. Пройдя нижней кромкой отверстия «з», боек начнет сжимать воздух, находящийся в нижней камере; давление будет передаваться по каналам «и», «г», «в» на клапан. После того, как откроются выхлопные отверстия «е» клапан перекинется в нижнее положение, а ударник нанесет удар по хвостовику долота 10. Далее цикл повторяется.
Пневмоудариик РП-130.
Разведочный Пневмоударник РП-130 разработан в центральном научно-исследовательском горно-разведочном институте (ЦНИГРИ). Предназначен для бурения кольцевыми коронками и долотами сплошного забоя. Пневмоударник (рис.18) имеет клапанную схему распределения воздуха. Он состоит из воздухораспределительного устройства, включающего перекидной клапан 6, корпус клапанной коробки 7, крышку клапана 4 со стержнем 3, трубку 9, и ударного узла, состоящего из бойка 12, цилиндра 11 с вкладышем 8, нижнего стакана 13, в который входит наковальня 14, и шлицевой втулки 16.
Боек 12 разделяет полость цилиндра 11 на верхнюю и нижнюю камеры. В объем нижней камеры входят также внутренние полости воздухоподводящей трубки 9, крышки клапана 4, корпуса клапана 7 и бойка 12.
Все детали воздухораспределительного и ударного устройства объединены корпусом 10, с одной стороны которого ввинчена муфта 15, а с другой — верхней переходник 2. Между верхним переходником и крышкой клапана 4 установлены резиновые амортизаторы 5.
Для перекрытия доступа воды и шлама в полость пневмоударника предусмотрен обратный клапан, состоящий из корпуса 19 и плавающего стакана 18.
Для предохранения резьб при транспортировке пневмоударников и для удобства обращения с ними на верхней и нижний переходники навинчены предохранительная пробка 1 и предохранительная крышка 20.
Колонковая труба или долото навинчиваются на нижней переходник 17.
Принцип действия.Пневмоударник работает следующим образом.
Верхняя камера «в» пневмоударника сообщается с затрубным пространством (зоной низкого давления) через выхлопные окна «г», кольцевой зазор между цилиндром и корпусом, а также через отверстия «ж» во втулке и нижнем переходнике.Сжатый воздух, поступая в Пневмоударник, проходит в зону низкого давления, т.е. в верхнюю камеру и перекидывает правое крыло клапана вниз, закрывая канал «б» и открывая канал «а». Через открывшийся канал воздух проходит в осевое отверстие трубки 9 т& бойка 12, а оттуда по наклонным отверстиям — в нижнюю камеру «е» пневмоударника. По мере наполнения нижней камеры давление на поршень — боек 12 повышается и он начинает двигаться вверх, перекрывая своей боковой поверхностью выхлопные окна «г». Подъем бойка под действием воздуха, поступающего в нижнюю камеру, происходит до тех по]Р, пока не откроются выхлопные окна «д». Давление в нижней камере «е» резко падает, но поршень продолжает движение по инерции, сжимая воздух в верхней камере. В результате чего давление в верхней камере повышается и в определенный период превышает давление потока воздуха прокачиваемого через Пневмоударник, благодаря чему клапан 6 перекидывается, открывая канал «б» и закрывая канал «а». Воздух теперь начинает поступать в верхнюю камеру «в». Под его давлением боек, закончив обратный ход, налипает свой рабочий ход. В конце движения поршня вниз закрываются выхлопные окна «д» и открываются окна «г». Давление в верхней камере падает, а в нижней повышается, действуя снизу вверх на левое крыле перекидного клапан. Клапан перекидывается •& свое первоначальное положение, закрывает канал «б» в верхнюю камеру «в» и открывает? канал «а» в нижнюю камеру «е». Затем после удара по наковальне 14 начинается повторение цикла «холостой ход - рабочий ход».
Осевые вибрации, возникающие при перемещении бойка, гасятся амортизаторами 5.Наличие стержня 3 и вкладыша 8 позволяет изменять объем верхней и нижней йамеры пневмоударника в зависимости от глубины скважины.Конструкция пневмоударника позволяет осуществлять подачу воздуха на заб"ой для продувки при неработающей машине. Выключение пневмоударника осуществляется в этом случае следующем образом. Колонну бурильных труб поднимают. Шлицевой разъем пневмоударника размыкается - шлицевая втулка 16 опускается в шлицевой муфте 15 на 20-25 мм. Вместе со втулкой опускается наковальня 14, открывая отверстия в неподвижном нижнем стакане 13. Эти отверстия соединяют нижнюю камеру с кольцевым зейором, отводящим выхлопной воздух. В результате обе камеры оказываются открытыми и работа пневмоударника прекращается.
Пневмоударник РП-130:1-предохранительная пробка, 2-переходник, 3-стержень, 4-крышка клапана, 5-уплотнения, 6-клапан, 7-корпус клапанной коробки, 8-вкладыш, 9-трубка, 10-корпус пневмоударника, 11-цилиндр,12-боек, 13-нижний стакан, 14-наковальня, 15-шлицевая муфта, 16-шлицёвая втулка, 17-переходник, 18-стакан обратного клапана, 19-корпус обратного клапана, 20-предохранительная крышка.
Пневмоударник является породоразрушающим буровым инструментом и применяется для пневмоударного бурения. В районах распространения мощных толщ многолетней мерзлоты, в безводных пустынных и высокогорных районах большой технико-экономический эффект дает применение продувки скважины сжатым воздухом вместо промывки. При продувке сжатым воздухом увеличивается механическая скорость бурения и углубление на твердосплавную коронку. При встрече твердых пород целесообразно переходить с вращательного бурения с продувкой на ударно-вращательное, для чего включают над колонковым снарядом пневмоударник. Общая схема установки пневмоударника такова: воздух, сжимаемый компрессором, через узел регулирования, нагнетательный шланг, вертлюг-сальник и бурильную колонну поступает в пневмоударник, который наносит удары по наковальне, соединенной с колонковым снарядом. Отработанный воздух обдувает забой и подхватывает шлам. Крупный шлам осаждается в шламовой трубе, мелкие частицы вместе с воздухом поступают через герметизатор в выкидную линию и шламоуловитель. Для смягчения реактивных ударных импульсов (доходящих при небольшой глубине скважины до бурового станка) выше пневмоударника ставится иногда упругая муфта. При бурении в условиях небольшого водопритока в состав буровой колонны полезно включать дозатор пенообразователя. Буровая коронка для пневмоударного бурения армируется крупными резцами из вязкого твердого сплава ВК-15. Удельная энергия единичного удара должна находиться в пределах 17-22 Дж на 1 см длины лезвия резца. Например, для бурения коронкой диаметром 115 мм с 4-6 резцами требуется пневмоударник с энергией удара 80-120 Дж. При расчете требуемой оптимальной энергии удара необходимо учитывать следующие основные потери давления сжатого воздуха: 1) в воздухопроводе на поверхности и в бурильной колонне; 2) на преодоление противодавления при выхлопе (в узком кольцевом зазоре в колонковой трубе с керном); 3) на преодоление сопротивления столба жидкости (при его наличии).
Понятие аварии. Виды аварии.
Авария в скважине – это непредвиденное прекращение ее углубления, вызванное нарушением состояния ствола или находящегося в нем технологического инструмента. В результате аварий увеличиваются сроки сооружения скважин и стоимость буровых работ, снижается производительность. Аварии могут возникать вследствие геологических, технических, технологических и организационных причин.
Геологические причины обусловлены бурением в сложных условиях: поглощение промывочной жидкости , вызванное « проходкой сильнотрещиноватых закарстованных пород и зон технических нарушении; осыпи и обвалы стенок скважины; вскрытие высоконапорных пластов, вызывающих выбросы воды, нефти и газа; сальникообразование и т.д.
Техническими причинами могут быть применение неисправных бурильных и обсадных труб, а также изношенных инструментов.
К технологическим причинам относятся нарушение рационального режима бурения, применение технологии без учета реальных, горно – геологических условии проходки скважины.
Организационными причинами является недостаточная квалификация буровой бригады, низкая трудовая дисциплина, слабое обеспечение необходимыми материалами, инструментами, приборами.
Наиболее частые виды аварии – прихваты бурового снаряда, обрыв колонковых, обсадных и бурильных труб, отвинчивание или обрыв породоразрущающего инструмента. При возникновении аварии в первую очередь определяют глубину скважины, на которой она произошла, устанавливают причину и составляют план ликвидации аварии.
А) аварии с бурильными трубами;
Б) аварии с породоразрущающим инструментом;
В) аварии с колонковыми и обсадными трубами..
Поршневые буровые насосы. Устройство и принцип действия.Колонковое, а также роторное и турбинное бурение в основном производится с промывкой скважин технической водой или глинистым раствором. Для подачи промывочной жидкости в скважину обычно применяют два типа буровых насосов: а) поршневые двойного действия, двухцилиндровые и б) плунжерные одинарного (простого) действия, двух- или трехцилиндровые.
Принцип действия поршневого насоса двойного действия (рис. 20, а). При вращении шкива 1 приводятся во вращательное движение зубчатые колеса 2 и 3; последнее при помощи коленчатого вала приводит в возвратно-поступательное движение шатун 4, крейцкопф 5, шток б и поршень 7. Цилиндр 8 сообщается с камерами всасывания и нагнетания, которые отделены от цилиндра соответствующими клапанами. При движении поршня вправо всасывающий клапан 9 откроется, а нагнетательный клапан 10 закроется и в левую полость цилиндра произойдет всасывание жидкости через храпок (фильтр) 11с приемным клапаном 12 и всасывающий шланг 13. В правой полости цилиндра происходит нагнетание жидкости через напорный клапан 14 при закрытом (всасывающем) клапане 15. При движении поршня влево в правой части цилиндра произойдет всасывание жидкости (клапан 15 откроется, а клапан 14 закроется), а в левой — нагнетание через открытый клапан 10 при закрытом клапане 9. За один оборот коленчатого вала поршень совершает два хода, и, следовательно, всасывание и нагнетание жидкости повторяются по 2 раза, поэтому такие насосы называются насосами двойного действия. При нагнетании жидкость проходит через клапаны 10 и 14 в камеру нагнетания, откуда через нижнюю полость воздушного колпака 16 с манометром 17 и предохранительным клапаном 18 в напорную магистарль.