Монтаж і експлуатація бурових насосів

Вказані конструктивні особливості дозволили знизити напруження, що виникають в манжеті в області ущільнюючого зазору, збільшити її міцність, знизити питомі навантаження на опорні поверхні тарілки і сідла, підвищити їх зносостійкість за рахунок застосування більш якісної сталі і об'ємної термообробки, виключити прогин тарілки.

3.4 Огляд конструкцій клапанів

Клапани, що розділяють порожнину циліндра від порожнин вхідного і вихідного колекторів часто в практиці називають усмоктувальними і нагнітальними. Однак використовуючи термінологію, регламентовану ДСТ 17398-72, і більш точне поняття входу і виходу доцільно ввести аналогічні терміни в позначення клапанів поршневого бурового насоса по функціональній ознаці, називаючи їх відповідно вхідним і вихідної. Інакше кажучи, клапан службовець для з'єднання і роз'єднання порожнини циліндра з порожниною вхідного колектора, будемо надалі називати вхідним клапаном, а для з'єднання і роз'єднання з порожниною вихідного колектора - вихідним клапаном.

У бурових насосах використовують так називані самодіючі тарілчасті клапани з пружинним навантаженням. На рисунках. 3.1, 3.2 показані основні конструктивні типи клапанів, застосовувані в сучасних поршневих насосах як у закордонної, так і у вітчизняній практиці. Основними деталями клапана є тарілка, ущільнення, пружина і сідло. Закріплення ущільнення на тарілки може вироблятися гайкою, вулканізацією гумового елемента, приміщенням у кільцеву проточку й ін.

Головною істотною конструктивною особливістю всіх приведених клапанів є те, що посадка їх тарілки відбувається плоским нижнім торцем на несучу плоску опору в прохідному перетині сідла. При цьому між сполученими конічними поверхнями тарілки і сідла забезпечується конструктивний радіальний зазор, що становить звичайно 0,025...0,070 мм. Таким чином, навантаження від перепаду тиску сприймається тарілкою і передається на плоску опору сідла, а сполучені конічні поверхні тарілки і сідла виконують роль запірно-направляючого пристрою. Знаходять ще деяке застосування в промисловості клапани, у яких поверхнями є сполучені конічні поверхні тарілки і сідла. Однак це клапани застарілої конструкції, що помітно уступають клапанам з несучою хрестовиною по показниках надійності.

Незважаючи на різноманіття виконання, теорія дії самодіючого тарілчастого клапана в сутності своєї залишається прийнятної для більшості існуючих конструкцій. Тут важливим є експериментальне визначення тих чи інших коефіцієнтів, що враховують особливості кожної конкретної конструкції.

До числа найбільш ранніх робіт закордонних вчених в області дослідження клапанів варто віднести роботи Баха, Вестфаля, Берга, Клейна, Краусса, Шренка і. ін.

Бах один з перших експериментально визначив коефіцієнт опору клапана, а Вестфаль уперше при складанні рівняння руху клапана вносить відоме виправлення на витрату рідини, залежна від швидкості руху клапана. Фундаментальними є дослідження Г. Берга, що розробив теорію, так називаного, "безмасового" клапана й одержав вирази для визначення максимальної висоти підйому, висоти зависання і швидкості посадки клапана. Власне кажучи ця теорія і в даний час лежить в основі багатьох досліджень.

Досить повний огляд і критичний аналіз першоджерел по теорії руху клапана, статичним і динамічним дослідженням, присвячених, головним чином, пошуку критеріїв ненаголошеної посадки, можна зустріти в дисертаційних роботах В.И. Зайцева [373, Е.В. Виноградова [193, В.А. Кресина [513 і інших дослідників. Тому розглянемо лише ті роботи, що за своїм характером і змісту найбільш близькі поставленим у даній роботі задачам.

З метою підвищення ресурсу насоса триплекс треба використовувати емальовані чи керамічні циліндрові втулки, а також клапани з гідравлічною подушкою, виготовлені з кераміки чи металокераміки, робота над якими проводиться в ІФНТУНГ. Нами запропоновано клапан на гідравлічній подушці, контактуючі запірні деталі якого виготовлені з кераміки.

Винахід відноситься до області гідромашинобудування, а точніше, до гідравлічних машин об'ємного витіснення з самодіючими клапанними розподілюючими засобами.

Відомий клапан насоса авторське свідоцтво № 541044, який використовується переважно в гідравлічних машинах об'ємного витісненні з самодіючими клапанними розподілюючими засобами.

Він складається з запірного елемента і сідла з кільцевими посадочними поверхнями на торцях, що мають два кільцеві виступи, один з яких прилягає до зовнішнього, а другий до внутрішнього діаметру кільцевих посадочних поверхонь для утворення з ними демпферної камери, що забезпечуватиме м'яку посадку запірного елемента на сідло.

Такий клапан забезпечує ефективне демпфування посадки запірного елемента на сідло при визначеному значенню об'єму цієї камери, що розраховується в залежності від зміни параметрів насоса і в'язкості перекачуваної рідини. Так із попаданням на робочу поверхню клапана абразивних частинок з великою в'язкістю відбувається її гідро абразивне спрацювання, що призводить до поступового заглиблення посадки запірного елемента, з-за чого стає поганим характер його посадки і порушується герметичність прилягання посадочних поверхонь.

Задачею винаходу - є підвищення стійкості посадочних поверхонь клапана до гідро абразивного спрацювання за допомогою використання нових матеріалів та вдосконалення запірної гідравлічної камери.

Поставлена задача вирішується за рахунок введення в конструкцію клапана елементів з кераміки (наприклад: карбід титану) для покращення демпфування в тарелі утворений буртик, та посадочна поверхня зроблена під кутом до посадочної поверхні сідла, а також застосовується прокладка з поліуретану.

Рисунок 3.1 - Клапан насоса PZ-11 фірми Gardner-Denver: 1 - клапан у зборі; 2 - тарілка клапани в зборі; 3 - кільце пружинне; 4 - шайби стопорні; 5 - ущільнення; 6 - тарілка клапана

Рисунок 3.2 - Клапанна група бурового трипоршневого насоса FA-1600 фірми Continental Emsco: 1- тарілка клапана в зборі; 2 - сідло з несучою хрестоподібною опорою; 3- клапан у зборі.

На рисунку 3.3 показаний клапан в розрізі.

Клапан містить запірний елемент 1 та сідло 2. До них відповідно приєднані керамічні вставки 4, 6. В найбільш небезпечному місці посадки і спрацювання сідла поставлена поліуретанова прокладка 3.

Для зменшення завихрення в демпферній камері 7 утворений буртик 5.

Рисунок 3.3 - Клапан на гідравлічній подушці

Це підвищує надійність та довговічність клапанного вузла і бурового насоса в цілому.

Складання сідла і металокерамічної вставки проходить так: сідло нагрівають до температури 400-5000 і тоді в нього вставляють вставку, яку згодом закатують роликом, цьому дозволить властивість металокераміки добре працювати на стиск. При виборі кераміки можна використати карбід титану чи оксид алюмінію, в яких невисока пористість, високі модуль Юнга та густина.

Рисунок 3.4 - Розгорнутий вид клапана на гідравлічній подушці з виділенням керамічних елементів.

4. Монтаж і експлуатація бурових насосів

буріння свердловина насос циркуляційний

Насосне відділення містить, як правило, два, рідко три-чотири насоси, котрі можуть подавати розчин в загальну напірну лінію.

Насоси як правило, установлюються на балки металевих основ, хоча є можливий монтаж насосів і на дерев'яні бруси, покладені в ґрунт, відстань між якими близько 500 мм. Через значну масу насоса немає необхідності в спеціальному фундаменті чи кріплення його до балок чи брусів. Насос установлюють горизонтально за рівнем як по довжині, так і по ширині [8].

Насоси встановлюють на основи після монтажу їх привода (в БУ з груповим дизельним приводом) або монтують на одній рамі з двигуном (при електроприводі) за допомогою кранів КП-25М або КП-40. Після цього монтують клинові паси типу Д довжиною 10 м на шківи трансмісії і центрують їх за ведучим шківом привода за допомогою шнура. Натяг паса здійснюють за допомогою гвинтових розпорок, встановлених між основою привода і насосом, або тракторами шляхом переміщення насоса в сторону від привода. Горизонтальність насосів перевіряють за рівнем.

Клиноподібні паси повинні бути однакової довжини. Відхилення по довжині окремих пасів у комплекті не допускається.

Приймальні ємності з розчином рекомендується розташовувати так, щоб рівень рідини в них був вище осі циліндрів насоса. У іншому випадку коефіцієнт наповнення насоса зменшується і знижується подача. На кінці усмоктувальної труби монтується фільтр, а якщо рівень розчину нижче осей циліндрів, то і зворотний клапан. Діаметр всмоктувального трубопроводу повинен бути не меншим діаметра отвору всмоктувального колектора, тобто 250 мм, а довжина його короткої частини - з мінімальним числом елементів, що створюють додатковий гідравлічний опір.

Забороняється робити різкі повороти як всмоктувальних, так і нагнітальних, трубопроводів. Тільки після установки бурових насосів, можна починати монтаж трубопроводів високого тиску, приєднання до компенсаторів і з'єднання ємностей із прийомними коллекторами [7].

Вихідний трубопровід (маніфольд) складається з вертикальної (стояк) і горизонтальної частин. Стояк монтують на зовнішній грані вишки і кріплять на дерев'яних прокладках за допомогою хомутів. У верхній частині стояк має горловину з фланцем для приєднання до бурового шланга, який другим кінцем з'єднується з вертлюгом. Горизонтальна частина маніфольда монтується з нахилом в сторону насосів для зливання розчину самопливом при зупинці роботи в зимовий час. Після пневмокомпенсаторів монтують засувку високого тиску або зворотний клапан для можливості ремонту одного насоса під час роботи другого. Крім того, насос обладнується пусковою засувкою, яка усуває гідравлічні удари при пуску насоса. Вихідний трубопровід оснащений монтажними компенсаторами, котрі забезпечують як кутові (до 10°) так і лінійні переміщення (до 200 мм).

Зібрані. вихідні трубопроводи опресовують за допомогою цементувальних агрегатів на тиск, що в 1,5 рази перевищує найбільший робочий тиск насоса.

5. Охорона праці

Експлуатація бурових насосів пов'язана з частою заміною швидкозношуваних елементів, клапанів і ущільнень поршня, а також при необхідності заміною циліндрових втулок. Ці деталі мають порівняно велику масу (маса циліндрової втулки 28-75 кг в залежності від її внутрішнього діаметру) і тому вимагає великої затрати сил і уваги [9].

Для уникнення нещасних випадків у обв'язці використовують дистанційно-замірні пристрої (ДЗУ-250). При запуску в роботу насоса, засувки на нагнітальній лінії повинні бути відкритими.

При натягуванні паса клинопасової передачі приводу глиномішалки можливе травмування пальців натягуючого пас робітника, тому необхідно забезпечити правильний (співвісний) монтаж приводу на одній рамі з глиномішалкою і забезпечити його механізмом для натягу паса. Для запобігання аварій при попаданні на пас передачі уламків глини (гематиту) огородження глиномішалки повинні бути металевими і суцільними по всій поверхні привідного паса.

Нещасні випадки при завантажені глиномішалки часто трапляються в результаті проштовхування уламків глини відрізком труби, або ломом. Під час проштовхування глини труба торкається лопатей глиномішалки і верхнім кінцем, може травмуватись робітник. Для уникнення цього, проштовхування глини відрізком труби, або ломом категорично забороняється, а люк глиномішалки повинен бути закритий металевою решіткою з отворами розміром 15x15 см [9].

Для безпечної зміни швидкозношуваних деталей гідравлічної частини бурового насоса необхідно користуватися знімачами.

Пропонована в даному проекті нова конструкція клапана дозволяє використовувати гідравлічні знімачі і не вимагає перекваліфікації обслуговуючого персоналу.

Робота поршневих насосів і їх приводів пов'язана з великими навантаженнями на обслуговуючий персонал, який повинен бути забезпечений відповідними засобами захисту органів слуху.

Рухомі частини бурових насосів (шківи, клинописові передачі, кривошипні механізми) являють небезпеку для робочих, тому всі рухомі частини насоса повинні бути надійно огородженими.

Зношені штоки необхідно замінювати новими, тому що вони виключають можливість надійного ущільнення. Пошкоджений шток руйнує ущільнення при порівняно невеликій частоті ходів.

Підтягування чи відкручування будь-яких гайок або болтів гідравлічної чи привідної частини насоса є неприпустимим, через небезпеку травмування рухомими частинами привідної частини чи створення аварійної ситуації -розгерметизації гідравлічної частини.

Знімання пневмокомпенсатора для заміни мембрани є дуже трудомісткою і небезпечною операцією. Вона вимагає значних затрат сил (маса 180 кг), а також особливих навиків по випуску залишків стиснутого робочого агенту (газу), що міститься між мембраною і корпусом компенсатора. Цю роботу, як правило, виконують декілька чоловік.

У відповідності з правилами експлуатації і реєстрації посудин, опресовку обв'язки бурових насосів необхідно проводити рівномірним, підвищенням тиску. Опресовку рекомендується проводити з допомогою цементувальних агрегатів, що мають невелику подачу, завдяки чому досягається плавна зміна тиску в широких межах. Для опресовки лінії від насоса цементувального агрегату за допомогою спеціального перехідника приєднується до нижнього кінця ведучої труби, підвішеної на талевій системі над ротором. При цьому запобіжні пристрої необхідно заглушити, підняти тиск у системі у 1,5 рази більший від максимального робочого і підтримувати його протягом 30 хв. За цей час перевіряють герметичність всіх зварних швів, фланцевих з'єднань і ущільнень [9].

Обв'язка бурових насосів рахується, що витримала випробування при відсутності будь-яких недоліків.

Забороняється при наявності тиску у трубопроводах розгвинчувати, чи дотягувати фланцеві з'єднання чи гумові ущільнення. Також проводити будь-які зварювальні роботи на трубопроводах під тиском.

Не виключена можливість падіння робітника в жолоб, що веде до важких наслідків. Для виключення таких випадків необхідно прокласти проходи шириною не менше 0,7м. Проходи з протилежної сторони до жолобів повинні мати перильне загородження висотою 1м. Ширина жолобів не повинна перевищувати 0,7м [9].

Можливим є і електротравматизм. Щоб уникнути цього необхідно заземляти електрообладнання, а на протязі роботи слідкувати за ізоляцією. При дотриманні всіх цих правил безпеки можливість травматизму зводиться до мінімуму.

Висновки

1. Висвітлені питання призначення насосно-циркуляційного комплексу бурової установки і обладнання, що входить в нього.

2. Проаналізовані конструкції бурових насосів.

3. Вибрана типова конструкція свердловини глибиною 4250.

4. Підраховані гідравлічні втрати при бурінні вибраної свердловини.

5. Вибрано тип бурових насосів для заданих умов буріння. Розраховані на міцність деталі гідравлічної частини насоса.

6. Висвітлені питання будови, принципу дії клапана бурового насоса.

7. Проаналізовані причини зношування клапанів.

8. Запропоновано удосконалений клапан на гідравлічній подушці.

1. Копей Б.В. Розрахунок, монтаж і експлуатація бурового обладнання: Підручник для вищих навчальних закладів. - Івано-Франківськ, ІФДТУНГ: Факел, 2001, - 446 с.: іл.

2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. М.: Недра, 1988.

3. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1983, - 208 с.

4. Иогансен К.В. Спутник буровика. Справочник. - М.:Недра, 1990, - 294с.

5. Мкртычан Я.С. Повышение эффективности эксплуатации буровых насосных установок. - М.: Недра, 1984, - 207 с.

6. Трубы нефтяного сортамента. Справочник / Под общей ред. А.Е Саро-яна. -М.: Недра, 1987, - 488 с.

7. Архангельский В.Л., Аважанский Ю.С., Малкин И.Б. Новые буровые установки. Справочное пособие. - М.: ВНИИБТ, МГП "Буровик", 1991, - 164с.

8. Міронов Ю. В., Романишин Л. І. Практикум з курсу "Машини і обладнання для буріння нафтових і газових свердловин" для студентів спеціальності 7.090217"Обладнання нафтових і газових промислів" (Частина ІІ, 8-ий семестр, практичнi заняття N9-15). - Івано-Франківськ, ІФДТУНГ: Факел, 2001.

9. Сулейманов М.М., Газарян Г.С. и др. Охрана труда в нефтяной промышлености. - М.: Недра, 1980, - 392 с.

Размещено на Allbest.ru