Boart longyear lf - 90
Рис. 59.
Рис. 60.
Рис. 61.
Для сравнения на рис. 62 показан станок «БУУ 000 «Опенок» и приведена его характеристика.
Рис. 62
Буровые насосы.
Абсолютное большинство геологоразведочных скважин бурятся с использованием промывочных жидкостей, поэтому в состав всех буровых агрегатов и установок входит буровой насос. Но и при бурении с газожидкостными смесями (ГЖС), и даже при бурении с продувкой насос в комплекте буровой установки все равно остается и, как правило, находит применение..
Для промывки геологоразведочных скважин пригодны не все виды насосов, поэтому выбор бурового насоса должен производиться с учетом требований, связанных со спецификой геологоразведочного бурения.
Эти требования: - насос должен обеспечивать достаточно высокое давление до 10 МПа при сохранении постоянного расхода жидкости и быть способным перекачивать загрязненные, абразивные, агрессивные и вязкие жидкости. Для таких условий не подходят центробежные, вихревые и подобные динамические насосы, производительность которых падает с ростом давления (сопротивлений), а также насосы, перекачивающие только чистые жидкости, такие как шестеренчатые, пластинчатые (их еще называют масляные насосы) Предъявленным требованиям ближе всего отвечают насосы объемного действия - поршневые и плунжерные. Эти насосы относятся к одному типу и имеют непринципиальные технические различия:
Поршневые насосы обычно двухцилиндровые с уплотняющими элементами (манжетами) на подвижном поршне, имеющим длину близкую к диаметру, они, как правило, двойного действия.
Плунжерные насосы имеют уплотнение в неподвижном сальнике, плунжер гладкий, металлический, имеет длину значительно больше, чем диаметр и они всегда одинарного действия.
Устройство поршневых и плунжерных насосов во многом аналогично. Применяющиеся у нас буровые насосы имеют привод от электродвигателя или ДВС.
Привод насоса может быть и от гидродвигателя с возвратно-поступатель- ным движением. И поршневые и плунжерные насосы состоят из двух частей – механической и гидравлической (рис. 62 и рис. 63).
Механическая часть служит для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера. Поскольку ход поршня больше чем ход плунжера у поршневых насосов используется шатунно-кривошипный механизм с коленчатым валом, а у плунжерных насосов применяется механизм с эксцентриковым валом (что хорошо видно из рисунков). Различии в гидравлической части также видны из схемы: поршневые насосы – двойного действия, плунжерные - одинарного. Герметичность при подаче жидкости у поршневых насосов обеспечивается самоуплотняющимися манжетами на поршне и сальником на входе штока, у плунжерных только сальником на входе плунжера.
Герметичность сальников на входе легко обеспечивается без разборки насоса, а вот износ и потеря герметичности в манжетах поршня требует капитальной разборки насоса.
Рис. 62.
Рис. 63.
У поршневых насосов путь жидкости от всасывания до нагнетания проходит по сложной траектории, что ограничивает скорость движения поршней, иначе жидкость не успевает всасываться. Обычно принято считать оптимальным 75-105 двойных ходов поршня в минуту.
У плунжерных насосов движение жидкости идет в более прямом направлении - «прямоточное», что позволяет использовать изменение скорости движения плунжеров в широком диапазоне от 30 до 260 ходов в минуту.
Поршневые буровые насосы обычно горизонтальные двухцилиндровые – плунжерные - горизонтальные одноплунжерные и трехплунжерные. Эксплуатационные различия поршневых и плунжерных насосов следующие:
- Поршневые насосы геологоразведочного бурения при тех же габаритах имеют большую производительность до 1000 л/мин, плунжерные - до 320 л/мин.
- Плунжерные насосы позволяют более качественно регулировать количество подаваемой жидкости за счет коробки передач с 3-5 передачами и жестко удерживать установленную подачу, независимо от сопротивлений в циркуляционной системе скважины.
- Плунжерные насосы имеют меньшую пульсацию подачи жидкости, несмотря на то, что у двухцилиндровых поршневых насосов четыре нагнетания за цикл, а у трехплунжерных только три. Этот парадокс объясняется разными объемами нагнетания в штоковой и свободной полостях цилиндра у поршневых насосов. Рис. 64.
Рис. 64.
Регулирование подачи жидкости насосом осуществляется у плунжерных насосов сменой частоты ходов плунжеров, а также дополнительно сменой диаметров плунжеров. Таким образом, получается два диапазона по 5 или по 3 подачи всего от 6 до 10 вариантов подачи. У поршневых насосов на самом насосе регулирование возможно только сменой диаметров цилиндров и поршней. Однако смена диаметра плунжеров или, особенно, поршней и цилиндров долговременная и сложная операция и делается либо перед бурением скважины, либо один - два раза при серьезных изменениях условий бурения скважины. Смысл замены диаметров плунжеров или поршней и цилиндров не только, и нестолько в изменении производительности (подачи) насоса, сколько в том, что при меньшем диаметре поршня или плунжера насос развивает большее давление. Следовательно, там, где важнее иметь
высокое давление при меньшем расходе (например, при большой глубине скважины при малом диаметре бурения, когда гидравлические сопротивления с скважине велики)) выбирается меньший диаметр поршня (плунжера), а там, где важнее иметь максимальный расход жидкости и не требуются большие давления ( например, при бескерновом бурении скважин большого диаметра) ставят поршень (плунжер) максимального диаметра. Текущее регулирование расхода жидкости в скважину в процессе бурения осуществляется у плунжерных насосов переключением скорости в коробке передач, что обеспечивает точное и постоянное не зависимое от сопротивлений количество жидкости, подаваемой в скважину.
У поршневых насосов регулирование расхода жидкости в самих насосах отсутствует и регулирование количества жидкости, подаваемой в скважину, осуществляется трехходовым краном, распределяющим весь поток из насоса на подачу в скважину и на слив. Этот вариант не надежен, так как при повышении сопротивлений в скважине (зашламование, обвал породы, самозаклинивание керна и т. п.), поток в скважину уменьшится, а на слив возрастет. Во избежание аварии в скважине при этом способе регулирования, необходим постоянный, надежный контроль за подачей жидкости в скважину. Как работает трехходовой кран видно из рис. 65.
|
I – все в скважину, II – все на слив, III – половина в скважину, половина на слив
IV – большая часть в скважину, меньшая на слив.
Параметры насосов, применяемых для промывки геологоразведочных скважин, приведены в таблице N 7.
БУРОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ Таблица 7
| Тип Параметры | Одноплунжерные НБ-1 | Трехплунжерные | Поршневые | ||||||||||||
| НБ2 | НБ3 | НБ4* | НБ4 | НБ5 | 11Гр | НБ32 | НБ50 | НБ80 | НБ125 | ||||||
| Максимальная подача, л/мин. | |||||||||||||||
| Максимальное давление, МПа | 1,6 | 4,0 | 4,0 | 6,3 | 6,3 | 10,0 | 6,3 | 4,0 | 6,3 | 10,0 | 16,0 | ||||
| Способ регулирования | -- | Коробка передач | Коробка передач и смена диаметра | Смена диаметра поршней | |||||||||||
| Число ступеней | 3х2 | 3х2 | |||||||||||||
| Масса, кг. | |||||||||||||||
* Непонятно почему новый насос 160/63 назван НБ4, когда он предназначен заменить старый насос НБ3
При выборе конкретного насоса для обеспечения бурения геологоразведочной скважины с определенными параметрами исходят из необходимых расходов жидкости и потребного давления для всех интервалов и для конечной глубины скважины.
Поршневые насосы с большей производительностью и менее качественной регулировкой расхода жидкости более подходят для бурения скважин большого диаметра, бескернового бурения, бурения в мягких породах. Поршневыми насосами обычно комплектуются роторные буровые установки.
Плунжерные насосы, с меньшей производительностью, но позволяющие устанавливать и поддерживать стабильную подачу жидкости независимо от сопротивлений в скважине, наиболее подходят для колонкового бурения в скальных породах глубоких скважин.
Буровые мачты и вышки
Для осуществления спускоподъемных операций (СПО) с буровым снарядом применяется, (за редким исключением), сооружение, которое позволяет лебедкой или подвижным вращателем поднимать из скважины и опускать в нее бурильные трубы или свечи бурильных труб. Такое сооружение называется “буровая вышка”, если СПО осуществляются внутри её периметра и, которое при этом может быть полностью закрыто от внешней среды, или «буровая мачта», когда СПО производятся вне ее периметра.
Вышки обычно бывают башенного типа (четырехногие), раньше применялись и треноги местного изготовления. Мачты могут быть в виде пространственной фермы, трубчатые, швеллерные, А-образные (последние у нефтяников). Различие в применении: - вышки лучше для бурения глубоких скважин в твердых породах (долгое время), позволяют создать более удобные условия для работы, обеспечивают форсированные режимы бурения, но при этом башенные вышки не могут использоваться для бурения наклонных скважин (вышки допускают при забуривании зенитный угол до 3-5 градусов, (старые бревенчатые вышки позволяют забуривать скважины с углом до 45º). У вышек более трудоемкие и продолжительные чем у мачт монтаж и перемещение на новую точку. Мачты значительно транспортабельнее и позволяют забуривать наклонные скважины с начальным зенитным углом 
= 15º- 30º. Вышки применяются в сборных буровых установках - мачты, большей частью, входят в состав укомплектованных или единых установок – передвижных и самоходных.
В настоящее время преобладающее применение имеют буровые мачты. Вышки применяют для бурения глубоких разведочных скважин, например, с буровой установкой СКБ-8. Вышки также имеют преимущества при бурении глубоких скважин в условиях с суровым климатом в зимнее время (можно работать в закрытом, утепленном пространстве).
Основные параметры вышек и мачт для геологоразведочного бурения приведены в табл. 8. Мачты БМТ-4, БМТ-5 и БМТ-7 являются составной частью передвижных установок УКБ 4, УКБ-5 и УКБ-7. Остальные вышки и мачты выпускаются отдельно.
Буровые вышки и мачты
Таблица №8
| Тип параметры | Вышки | Мачты | ||||||||||
| ВУР-300 | ВМ-18 | ВРМ-24/30 | ВРМ-26/50 | МРУГУ-2 | МР-18/20 | МРУГУ-6 | БМТ-4 | БМТ-5 | БМТ-7 | БМ-2 | ||
| Н, м. | 13,8 | 14-18,7 | 14,7 | |||||||||
| Gкб, кН | ||||||||||||
| Угол наклона, град. | 3-5 | 0-25 | 0-15 | 0-15 | 0-15 | 0-30 | 0-30 | 0-30 | ||||
На рис. 66 показаны типичные буровая вышка (рис. 66 а) и буровые мачты трубчатого типа (рис 66 б) и с пространственной фермой ( рис. 66 г) для бурения глубоких геологоразведочных скважин. Из исторического интереса показана бревенчатая треногая вышка (рис. 66 в).
На станках (установках) с подвижным вращателем для бурения сравнительно неглубоких разведочных скважин мачтой может служить рама подвижного вращателя. Рис. 57 и 61. В более мощных установках с подвижным вращателем может применяться составная мачта, длина которой может увеличиваться для бурения более глубоких скважин, путем наращивания дополнительного звена. (Рис. 59 и 60).
Вопросы выбора и расчета буровых вышек и мачт рассмотрены в технологии бурения на ТПИ.
 а |  б |
 |  |
в Рис.66 г