Основные теоретические положения. Мощностьприводных насосовможет колебаться от пятидесяти до полутора тысяч литров жидкости в минуту

Мощность приводных насосов может колебаться от пятидесяти до полутора тысяч литров жидкости в минуту. Они достаточно долговечны и имеют ряд достоинств, которые позволяют им работать в самых сложных условиях – при изменчивом климате, с разным типом растворов, которые могут быть очень вязкими по консистенции. При этом поток, как правило, поступает стабильно, без задержек, перемешиваясь внутри или перемещаясь пульсирующими толчками. Давление, которое нагнетается насосом, не зависит от скорости вращения – они могут различаться независимо друг от друга. Этот поток регулируется специально при помощи двигателя. Так как насосы имеют относительно небольшой вес, что упрощает их монтаж, а такие заменяемые детали, как поршни, стоят совсем недорого, и это делает процесс добычи гораздо более выгодным. Но у каждого вида бурового насоса есть свои достоинства и недостатки.

Разные виды насосов используются в различных областях промышленности, но особенно важными их качество и технологичность, является именно для нефтедобычи, где используются именно такие насосы, какие выгодны именно в той области.

Основными параметрами насосов являются подача, давление и полезная мощность, которые выбирают на основе требований предъявляемых технологией промывки скважин.

Подача насоса определяется по выбранной скорости восходящего потока промывочного раствора.

Удельная подача, характеризующая интенсивность промывки, выбирается согласно опытным данным. Для долот диаметром 191 мм удельная подача принимается равной 7-8 л/(с,дм²) и для долот диаметром 269-295 мм - 6,5-7 л/ (с дм²). Рассматривае­мые нормы несколько ниже ранее принятых. Это обусловлено бо­лее совершенной конструкцией современных долот. При бурении гидравлическими за­бойными двигателями величина подачи уточняется согласно тре­бованиям и рабочей характеристике используемого турбобура либо объемного винтового двигателя.

Давление на выходе из насоса зависит от потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений в манифольде, бу­рильной колонне и затрубном кольцевом пространстве, возникаю­щих при промывке скважин. Гидравлические сопротивления подразделяются на линейные, обусловленные силами тре­ния движущихся частиц жидкости, и местные, обусловленные изменениями величины и направления скорости потока. Колонна труб и кольцевое затрубное пространство условно принимаются равнопроходными, а гидравлические сопротивления в них относят к линейным. К местным гидравлическим сопротивлениям относят потери давления в замковых соединениях бурильных труб, про­мывочных отверстиях долота, проточных каналах забойных дви­гателей.

Полная потеря давления определяется арифметической суммой линейных и местных потерь давления в системе циркуля­ции промывочной жидкости:

Р = рм + Рбт + Рубт + Рз + Рд + Рзд + Ркп, ()

где Р - давление промывочной жидкости на выходе из насоса; Рм, Рбт, Рубт, Рз, Ру, Рзд и Ркп - потери давления соответственно в манифольде, бурильных трубах, УБТ, замковых соединениях, долоте, забойном двигателе и кольцевом пространстве.

Разностью статических давлений в практических расчетах пре­небрегают из-за незначительной разницы плотностей жидкости в бурильной колонне и затрубном пространстве.

Значения коэффициентов потерь давления для различных элементов системы циркуляции промывочного раствора приводятся в технической литературе.

Полезная мощность сообщаемая буровыми насосами пода­ваемой жидкости, выражается обычно в киловаттах и определя­ется зависимостью

Nп=Qр, (106)

где Q - подача насоса, мЗ/с; Р - давление насоса, Па.

В начале бурения каждого последующего участка ствола скважины давление и мощность бурового насоса ступен­чато снижаются в связи с уменьшением расхода промывочной жидкости, необходимого для бурения при переходе на долото меньшего диаметра.

Полученные данные свидетельствуют о нестацио­нарном режиме работы буровых насосов. При бурении под кон­дуктор и промежуточную колонну мощность, необходимая для про­мывки забоя скважины, может быть в 2-4 раза больше мощно­сти, расходуемой при бурении под эксплуатационную колонну. Широкий диапазон непрерывно-ступенчатого изменения парамет­ров промывки - характерная особенность работы буровых насосов.

Единичную мощность и число буровых насосов выбирают исходя из гидравлического расчета промывки. Необходимость ре­зервного насоса обусловлена тем, что вынужденные перерывы промывки вследствие выхода из строя бурового насоса могут при­вести к серьезным осложнениям в скважине и значительному ма­териальному ущербу. Для создания надежной системы прмывки буровые установки обычно снабжаются двумя насосами, при этом мощность одного должна быть достаточной для бурения скважины под эксплуатационную колонну:

(107)

где - полезная мощность насоса; - мощность, необходи­мая для промывки скважины при бурении под эксплуатационную колонну.

Мощность, потребляемая насосом, суммируется из полезной мощности и мощности, затрачиваемой на гидравлические, объем­ные и механические потери в самом насосе. Отношение полезной мощности к мощности насоса определяет к. п. д. насоса:

η= Nп/N. (108)

Индикаторный к. п. д. насоса учитывает гидравлические и объемные потери в насосе

η = (109)

гидравлический к.п.д., учитывает потери энергии на преодоление гидравлических сопротивление в нагнетательном коллекторе и клапанах, зависит от конструкции гидравлического блока и в расчетах буровых насосов принимается =0,97

- объемный к.п.д., учитывающий потерю энергии от утечек через неплотности цилиндропоршневой пары, уплотнения штоков, а также от утечек в результате запаздывания посадки клапанов, принимается = 0,97

- механический к.п.д. учитывает потери энергии на трение в подвижных элементах приводного и гидравлического блоков насоса.