Бұрғылау сораптарының құрылымдық ерекшелiктерi
Пайдаланудың ерекше шарттары.
Бұрғылау сораптары негізінен маңызды тығыздықпен, тұтқырлықпен, бөлшектер және газдың болуымен сипатталатын, бұрғылау ерiтiндiлерін айдауға арналған. Бұрғылау ерiтiндiсінiң тығыздығы 800 кг/м3-тен 2200 кг/м3-ке дейiн, , тұтқырлығы - 1 сСт-тен (су) 50 сСт-ке дейiн (сазды ерітінді) өзгере алады. Жұмыс сұйығындағы ерiмеген газының мөлшері 10%-ға дейiн газсыздандырусыз және 2%-ға дейiн бұрғылау ерiтiндiсін газсыздандыруынан кейiн құрайды. Қатты бөлшектердiң өлшемдері мен құрамы тазарту дәрежелерiнен тәуелдi болады және диаметрi 2-5 мм-ге дейiн жетеді және ерiтiндi көлемінің 5% құрайды.
13.2-кесте
Бұрғылау сораптарының техникалық сипаттамалары
| Параметрлерi | «ВЗБТ» ЖШБ | «Уралмашзавод» ААҚ | |||||
| НБТ-475 | НБТ-600-1 | У8-6МА2 | УНБТ-750 | УНБТ-950 | УНБТ-1180 | УНБТ-1600 | |
| Жетектік қуаты, кВт | |||||||
| Пайдалы қуаты, кВт | |||||||
| Ең жоғарғы қысымы, МПа | |||||||
| Ең жоғарғы беруі, дм3/с | 59,7 | ||||||
| Цилиндр диаметрлерi, мм | 110-180 | 120-180 | 130-200 | 130-180 | 140-180 | 140-180 | 130-200 |
| 1 минут iшiндегi поршеннің жүріс саны | |||||||
| Шток диаметрi, мм | |||||||
| Клапан диаметрi, мм | . 145 | ||||||
| Сораптын массасы, кг | |||||||
| Қосымша сораптың қуаты, кВт | - | ||||||
| Қосымша сораптың жетекпен бірге массасы, кг | - | ||||||
| Сорап қондырғысының жиынтық салмағы, кг | |||||||
| Сораптың меншiктi массасы, кг/кВт | 30.5 | 24.2 | 47.4 | 28.0 | 23.9 | 19.9 |
Бұдан әрi бұрғылау сораптарының пайдалану шарттарының, негiзгi және құрылымдық параметрлерiнiң талдауын, ластанбаған, төмен және орташа тұтқырлықты, құрамында ерiтiлмелген газдар жоқ жұмыс сұйықтарын айдауға арналған, жалпы техникалық сораптармен салыстыра жүргіземіз. Оларға станоктар гидрожетектері, гидравлмкалық манипуляторлар, гидростанциялар және т.б. сораптарын жатқызуға болады. Көрcетiлген сораптардың минераль майы әне арнайы гидравликалық сұйықтар болып табылады.
13.3-кесте
Бұрғылау сораптарының төлқұжаттық сипаттамалары
| Поршень диаметрi, мм | НБТ-475 | НБТ-600-1 | У8-6МА2 | УНБТ-950 | ||||
| Мiнсiз беру, дм3/с | Шектiк қысым, МПа | Мiнсiз беру, дм3/с | Шектiк қысым, МПа | Мiнсiз беру, дм3/с | Шектiк қысым, МПа | Мiнсiз беру, дм3/с | Шектiк қысым, МПа | |
| - | - | - | - | 51,0 | 10,6 | - | - | |
| - | - | - | - | 46,0 | П,7 | - | - | |
| 45,0 | 9,3 | 45,0 | П,1 | 41,3 | 13,0 | 46,0 | 19,4 | |
| 40,1 | 10,5 | 40,1 | 12,5 | 36,9 | 14,6 | 41,0 | 21,7 | |
| 35,6 | 11,8 | 35,6 | 14,1 | 32,6 | 16,5 | 36,4 | 24,5 | |
| 31,3 | 13,4 | 31,3 | 16,0 | 28,7 | 18,8 | 31,9 | 27,9 | |
| 27,2 | 15,4 | 27,2 | 18,4 | 25,0 | 21,6 | 27,8 | 32,0 | |
| 23,5 | 17,9 | 23,5 | 21,3 | 21,6 | 25,0 | - | - | |
| 20,0. | 21,0 | 20,0 | 25,0 | - | - | - | - | |
| ПО | 16,8 | 25,0 | - | - | - | - | - | - |
13.4-кесте
Бұрғылау сораптарының жетектік және гидравликалық бөліктері түйiндерiнiң функционалдық құрамы
| Функционалдык түйіндер атауы | Сораптың функционалдык түйіндерінің саны: | |
| Екі жақты әрекетті екі цилиндрлi | Бір жакты әрекетті үш цилиндрлi | |
| Жетектік бөлiгi: | ||
| - түптік мойынтірек | ||
| - бұлғақтық мойынтірек | ||
| - бұлғақ | ||
| - крейцкопф | ||
| Гидравликалык бөлiгi | ||
| (тез тозатын түйіндер): | ||
| - цилиндр төлкесі | ||
| - поршень манжетасы | ||
| - клапан | ||
| - шток | - | |
| - шток тығыздауышы | - |
13.5-кесте
Жалпы техникалық және кәсіпшілік сораптарының жұмыс сұйықтарының қасиеттері
| Физикалық қасиеттері | Өлшемі | Сораптар | |
| Жалпы техникалық | Кәсіпшілік | ||
| Тығыздығы | г/см3 | 0,8-1,0 | 0,8-2,2 |
| Кинематикалық тұтқырлығы | сСт | 1-100 | 1-100 |
| Құрамындағы газы | % | 0-0,1 | 0-2 (10)* |
| Құрамындағы қатты бөлшектер | % | 0-5 |
Ескерту:*Жақшаның ішінде газсыздандырңыш жоқ кездегі құрамындағы газ мөлшері көрсетілген.
Бұрғылау және жалпы техникалық сораптарының жұмыс сұйығының физикалық қасиеттерiнің өзгеру диапазоны 13.5-кестеде келтiрiлген.
жұмыс сұйығының тығыздығының және тұтқырлығының өсуі сорылу қабiлеттiн нашарлататыны және көлемдiк берудi төмендететiнi, газ мөлшерiнiң өсуі берудің және сорудың бiр қалыпсыздығын өсіретіні, көлемдiк берудi төмендететіні, және де ақырында, жұмыс сұйығындағы қатты бөлшектер сораптың гидравликалық бөлiгiнiң шыдам мерзімін төмендететіні зерттеулермен айқындалған.
Сайып келгенде, бұрғылау сораптары жұмыс сұйықтарының барлық арнайы қасиеттерi сораптың гидравликалық көрсеткiштерін және сенiмдiлiгін төмендетеді.
Жұмыс сұйығының тығыздығы мен тұтқырлығын бұрғылау және ұңғыманы игеру кезіндегі технологиялық талаптарды қамтамасыз ету шартына сүйене таңдайды. Жоғары тығыздық пен тұтқырлық ықпалының келеңсiз салдарын төмендету мақсатында енгізу құбырындағы сұйықтың жылдамдығы шектеледi, ал бұрғылау қондырғысының циркуляциялық жұйесі (ЦЖ) шапшаң жүрісті үш цилиндрлi сораптармен жабдықталғанда ол қосалқы сораптармен комплектіленеді (13.1-сурет).
Жұмыс сұйығындағы газдың және қатты бөлшектердiң мөлшері ұңғымаларды өткізудің ерекше шарттармен байланысты. Газдың және қатты бөлшектердің мөлшерін азайту мақсатында бұрғылау қондырғысының ЦЖ, дiрiлдi елеуiштен, құм және лай айырғыштардан (гидроциклонды қондырғыдан) тұратын тазалау блогімен жабдықталады.
Бұрғылау сорабы сорапты-циркуляциялық жүйесінiң (СЦЖ) компоновкасы және мұнай кәсiпшiлiгі сорабының параметрлерi көбіне сұйықтың жұмыс қасиеттермен, сонымен бiрге сораптың өз құрылымдық ерекшелiктерiмен - жұмыс сұйығын бiрқалыпсыз сору және айдаумен, өздігінен жұмыс iстейтiн клапандарды қолданумен анықталады. Егер кәсiпшiлiк сораптары тек қана арнайы гидравликалық сұйықтарда жұмыс істейді деп ойласақ, онда екі цилиндрлі сорап қалыпты жұмыс істеуі үшін тек қана пневмокомпенсатор, ал үш цилиндрлi сорапқа - тағы қосалқы сорсорап талап едi. Бұдан, мынадай қорытынды жасауға болады: СЦЖ құрылымының күрделенуі, бiр жағынан, жұмыс сұйығының миды ерекше қасиеттерiмен, екіншіден - сораптың өзiнің құрылымдық ерекшелiктермен (кемшiлiктерімен) байланысты. Сондықтан сораптарды жобалау кезінде техникалық-экономикалық көрсеткiштерi нұсқаларын салыстыру, сораптың қалыпты жұмыс істеуіне ықпал ететін, бүкіл қосымша функционалдық түйiндерін (ФТ) ескере iске асырылуы керек. Мүлтіксіз жағдайда ЦЖ компоновкасы тек қана, құрамындағы газдың және қатты қосындылардың мөлшерін шектейтін, ұңғымаларды өткізудің технологиялық талаптарын ескеруі керек.
Сораптардың негiзгi және құрылымдық параметрлерiн талдау.
Бұрғылау сораптарының негiзгi параметрлерi 13.1-кестеде, ал қазiргi кездегі сораптардың техникалық сипаттамалары 13.2-кестеде келтірілген. Жалпы техникалық, мұнай кәсiпшiлiк және бұрғылау сораптарының негiзгi параметрлерiнiң өзгеру диапазоны 13.6-кестеде келтiрiлген.
13.6-кесте
Поршеньді сораптар параметрлерiнiң диапазоны
| Сорап көрсеткiштерi | Өлшем бiрлiгi | Сораптар: | |||||||||
| жалпы техникалық | Мұнай кәсiпшiлiгi | бұргылау | |||||||||
| дуплекс | триплекс | ||||||||||
| Негiзгi көрсеткiштерi | |||||||||||
| Жетектік қуаты Ең үлкен беруі Ең жоғарғы қысым | кВт дм3/с МПа | 4-50 0,5 - 3.0 4-32 | 32 - 900 3- 22 4- 140 | 300- 1800 9-45 4-40 | |||||||
| Негiзгi құрылымдық көрсеткiштерi | |||||||||||
| Поршеньнің жүріс ұзындығы | мм | 20 - 100 | 100-200 | 200-400 | 150-300 | ||||||
| Цилиндр диаметрi | мм | 20-60 | 60-120 | 120-200 | 100-180 | ||||||
| Цилиндрдiн жұмыс көлемi | дм3 | 0,01-0.3 | 0,5-2.0 | 2-8 | 3-12 | ||||||
| Кинематикалық құрылымдық көрсеткiштерi | |||||||||||
| Цилиндрлер саны | шт. | 1...5 | 2 или 3 | ||||||||
| Поршень жүрісінің саны | жүріс/мин | 100...600 | 90...360 | 60...90 | 120...150 | ||||||
| Какпакша ершігінің диаметрi | мм | 20...50 | 60... 100 | 100...160 | |||||||
| Сору желісінің ұзындығы | м | 0,5...1.0 | 2...3 | 6...12 | |||||||
Мұнай кәсiпшiлiк сораптарының ең үлкен қысымы жалпы техникалық сораптарының қысымынан 4 есеге жуық артық, ал бұрғылау сораптарының беруi жалпы техникалық сораптарының беруiнен маңызды жоғары. Сайып келгенде, мұнай өндiрiстерiнің сораптары үлкен беруімен берумен және аса жоғары айдау қысымдарымен, ал бұрғылаулардікі - маңызды берумен және жоғары айдау қысымымен ерекшеленеді. сораптардың әрбiр типтері үшін негізгі құрылымдық параметрлердi (цилиндр диаметрiн және поршень жүрiсiнiң ұзындығын ) ең үлкен беруге және поршень жүрiстерiнiң санына тәуелдi табады.
Мұнай кәсiпшiлiгі сораптары цилиндрiнiң жұмыс көлемi жалпы техникалықтармен салыстырғанда 5 еседен аса, бұрғылаулардікі - 40 есеге дерлiк үлкен (13.6-кесте).
Сайып келгенде, бұрғылау сораптарының ең үлкен беруiнің 10 есе ұлғаюы цилиндр жұмыс көлемiнiң орташа 40 есе өсуiне алып келедi. Көрcетiлген сораптардың құрылымдарына толық талдау жасаулея үшiн сораптардың құрылымдық-кинематиялық параметрлерiн қарастырамыз (13.6-кесте).
Екi жақты әрекетті екi цилиндрлi сораптардың (дуплекс) және бiр жақты әрекетті үш цилиндрлi сораптардың (триплекс) құрылымдық-кинематиялық параметрлерi поршень жүрiстерiнiң саны бойынша бiр-бiрiмен кенет ерекшеленеді. Жалпы техникалық сораптармен салыстырғанда бұл сораптардың шапшаңдығы (поршень жүрiстерiнiң саны) сәйкесiнше 2 және 4 есе кіші, ершіктің және клапан қақпағының диаметрі 3 есе үлкен, сору желісінің ұзындығы - шамамен 5 есе ұзын.
Бұрғылау сораптары құрылымының ерекшелiгi.
Айдалатын бұрғылау ерiтiндiсі берілуiнің маңызды көлемі бұрғылау сорабы цилиндрінің жұмыс көлемiнiң өсуiнің басты себебіболып табылады. Көрcетiлген сораптардың негiздерi құрылымдық ерекшелiктерi болып табылады :
- иінді бiлiктен пiскектiң қозғалысын түрлендiргiш айналшақты-сырғытпа механизм түрінде орындалған;
- конустық отырғызу бетті өздiгiнен әрекет ететiн тарелкалы клапандар қолданылады;
- жетектік білік тербеліс тiректерiмен бірге эксцентрик түрінде орындалған;
- берудi реттеу цилиндрлi төлкенi алмастыру жолымен iске асырылады.
Соңғы жыл көптеген батыс фирмалары сырғанау мойынтiректерiмен иiндi білікті, ал берудi реттеу гидравликалық блоктi басқа типөлшемдіге алмастыру жолымен iске асырылатын, мұнай кәсіпшілігі сораптарын шығары бастады. Бұл сораптың массасын азайтуға, соруды және берудi бiрқалыптандыруға, беру көлемін үлкейтуге мүмкiндiк бердi. Бірақ сораптың гидравликалық бөлiгiн алмастыру маңызды монтаждау жұмысыларымен және тек қана стационарлық жағдайдаорындалады.
Жұмыс сұйығының маңызды көлемдiк берілуiнің және физикалық қасиеттерiнiң кәсiпшiлiк сораптарының құрылымдық ерекшелiктерiне ықпал қарастырамыз. Өзгерiссiз құрылымдық-кинематикалық параметрлерiнде, көлемдiк берудi, яғни масштабтық факторды, ұлғайту цилиндрдің жұмыс көлемiнің шамамен 10 есе жуық өсуiне, ал оның өсуi жалпы техникалық сораптармен салыстырғанда бұрғылау сораптарының жүрдектiгiнiң тағы 4 есе төмендеуіне алып келедi.
Поршень жүрiстерiнiң салыстырмалы төмен саны келесi жағдайлармен байланысты:
- маңызды тығыздыққа, тұтқырлыққа ие және құрамында абразивтік бөлшектер болатын, арнайы жуу сұйықтығынайдаумен;
- қақпақтық диаметріне және сұйықтың тығыздығына пропорционал клапандар жабылуының маңызды кешiгуімен;
- сору желісінің, әсiресе сору желісіндегі коллектор түтiктерi ұзындығы, сорап өлшемдерiне, дәлірек айтқанда цилиндрдің диаметрiне пропорционалдығымен;
- сұйықтың ағыс режимi сору және айдау желілерінде олардың диаметрлерінің маңыздылығы салдарынан турбулентті болуымен.
Сайып келгенде, бұрғылау және мұнай кәсіпшілігі сораптарының құрылымдық ерекшелiктері екi негiзгi факторларментуындаған: арнайы жуу сұйықтығын айдаумен және маңызды көлемдiк берумен. Габариттік өлшемдердiң үлкеюі техникалық сипаттамаларын қосымша төмендетедi, ал сораптардың техникалық-экономикалық көрсеткiштерiнiң нашарлауы, клапандардың маңызды өлшемдерiнен және цилиндрдің «зиянды» көлемiнен туындайтын, олардың құрылымдық жетілмегендіктерінен болады. Бұдан басқа, бұрғылау сорабының айдау желісі едәуір ұзындықта болады.
Жобалаудың мақсаты көрcетiлген пайдалану жағдайында және негiзгi параметрлерінде, бір мезгілде арнайы бастапқы берілгендерден туындайтын теріс салдарларды минимге келтіре отырып, сораптың тиiстi техникалық-экономикалық көрсеткiштерiне жетуге мүмкіндік беретін техникалық шешiмдер мен құрылымдық параметрлерді таңдау болып табылады. Струк болып табылады.
Ол үшiн келесi проблемалардың шешiмiн табу керек :
1. Сораптың пайдаланылу шарттарына және құрылымдық ерекшелiктерiне тәуелді бұрғылау сораптары поршені жүрiсiнiң оңтайлы диапазоны санын айқындау.
2. Көлемдiк берудiң сору режиміне, атап айтқанда, сору кезінде цилиндрдегі ағымдағы қысымға тәуелдiлiгін анықтау
3. Негiзiнде цилиндрдегі жұмыстық ортаның серпімділігіне тәуелді болатын, клапандар ашылуының кешiгу бұрыштарын есепке алуымен, берудiң және сорудың бiрқалыпсыздығының параметрлерiн анықтау.
4. Ұзын қарқындық құбыр желісінің сорап шығымындағы қысымның лүпіліне тәуелдiлiгін бағалау.
Көрcетiлген мәселелердiң шешiмiн табу мақсатында сораптың нақты жұмыс процессiнiң математикалық үлгiсi жасалған.