Буровые насосы

Ключевые современные энергоносители, например, газ или нефть, залегают в толще земной породы, на разной глубине от поверхности. Это же касается и артезианских вод, для доступа к горизонтам которых приходится бурить вертикальные скважины. Образование полого ее ствола происходит благодаря удалению породы, смешанной с многокомпонентным раствором, циркуляцию которого обеспечивают специальные буровые насосы. Они создают высокое давление, необходимое для промывки скважины в процессе ее формирования, удаления шлама, породы, и предотвращения их оседания на дне ствола. Общий вид такого оборудования можно представить себе исходя из следующей иллюстрации:

Рис.1. Общий вид бурового насоса НБ4-160/6,3

Конструктивные особенности

Любой буровой насос представляет собой комплексное оборудование, состоящее из двух групп узлов, которые соединяются между собой и монтируются на общей раме. Ее габариты и конструкция напрямую зависят от типоразмера установки. К первой группе или механической части относятся узлы и агрегаты, обеспечивающие привод:
•    Редуктор;
•    Распределительный блок;
•    Вал трансмиссии;
•    Приводной шкив ременной передачи;
•    Элементы ползунного механизма в сборе;
•    Корпус насоса вместе с узлами системы смазки.
Гидравлическая часть, обеспечивающая непосредственную циркуляцию бурового раствора, состоит из таких компонентов:
•    Гидроблок с группой клапанов на входе и выходе;
•    Пневматический компенсатор;
•    Цилиндропоршневой узел;
•    Блок охлаждения;
•    Предохранительный клапан.
Более наглядно оценить устройство можно на примере насосной установки НБ4-320/63 разработки «Союзгеотехники» (на иллюстрации внизу), которая состоит из следующих узлов:
•    Двигатель асинхронный (1) типа А2-72-6 мощностью до 22 кВт, установленный на собственной раме (6);
•    Насосный блок (3) на раме (5). Обе рамы сочленены воедино за счет болтового соединения;
•    Клиноременная передача (2) на базе трех ремней типа В-2800 Т, скрытая под защитным кожухом (4).

Рис.2. Схема буровой насосной установки НБ4-320/63

Принцип действия

Работу бурового насоса можно разделить на три основных стадии:
1.    Запуск двигателя, начало вращения приводного вала;
2.    Превращение вращательного движения вала в прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршневой группы. В этом участвуют промежуточные механизмы (ременная передача, редуктор, кривошипы, шатуны и т. д);
3.    Формирование в цилиндре зоны избыточного давления в процессе изменения объема камеры при движении поршня. В определенный момент клапан на всасывающей магистрали открывается, обеспечивая проток шлама.
Исходя из условий эксплуатации, к материалам и узлам, применяемым в буровых насосах, предъявляются повышенные требования в части износостойкости (в составе раствора или шлама может содержаться большое количество абразивных примесей). Кроме того, они должны обладать стабильной подачей, минимизировать пульсации шламового потока, иметь достаточную всасывающую способность.

Классификация, отличия, преимущества

Любой из буровых насосов представляет собой довольно сложное оборудование, в котором применяются различные технические решения. Это позволяет добиться необходимых параметров работы, а также сформировать определенные принципы классификации. Основным критерием здесь бесспорно является тип рабочего органа или вытеснителя, в качестве которого используют поршни или плунжера. Последние считаются более совершенными, надежными, поскольку при одних и тех же условиях обладают рядом существенных преимуществ:
•    Во-первых, плунжерный толкатель позволяет перенести уплотнения на корпус цилиндра, уменьшив их количество вдвое;
•    Во-вторых, корпусное уплотнение значительно легче контролировать на предмет целостности и работоспособности, не основываясь на косвенных наблюдениях;
•    В-третьих, сечение/диаметр плунжера меньше, что автоматически снижает нагрузку коленвал, и общие массо-центровочные характеристики насоса;
•    В-четвертых, снижается количество необходимых для работы клапанов, повышая общую надежность и долговечность оборудования;
•    В-пятых, плунжерные буровые насосы способны развить до 400 ходов в минуту, тогда как поршневые аналоги достигают лишь 100-120.
Кроме этого, в качестве классификационных, могут применяться следующие критерии:
•    Пространственное исполнение толкателя (горизонтальное, вертикальное);
•    Количество цилиндров (двух-, трехцилиндровые);
•    Кратность действия (простое, двустороннее);
•    Гидравлическая схема (прямоточная, непрямоточная);
•    Способ действия (прямой, приводной);
•    Метод регулирования подачи (ступенчатый, бесступенчатый);
•    Вид привода (электрический, гидравлический, ДВС);
•    Установленная мощность привода (малая – до 200 кВт, средняя – до 400 кВт, большая – выше 400 кВт).

Область применения

Буровые насосы нашли широкое применение в нефтедобывающей промышленности, геологоразведке. Кроме своей основной функции по организации циркуляции промывочного раствора в стволе скважины, их используют для:
•    Охлаждения рабочих инструментов, находящихся в прямом контакте с породой во время бурения;
•    Пуск гидравлических двигателей;
•    Поддержание суспензионной структуры смеси раствора и породы.
Наглядно увидеть, как работает поршневая группа бурового насоса можно на следующем видео: