12. Буровые насосы. Исходные данные и выбор подачи насоса.

Исходными данными для решения являются заданная конструкция скважины и осложнения при проводке скважины.

Для обеспечения высокой эффективности бурения, особенно на больших глубинах, полезная мощность насосов должна обеспечивать наивыгоднейшее сочетание трех максимумов:

1. гидравлической мощности на долоте,

2. гидравлической силы струи;

3. скорости раствора в затрубном пространстве для выноса выбуренной породы.

Скорость движения раствора в затрубном пространстве V (в м/с) зависит от подачи насосов (в м³/с) и площади кольцевого сечения скважины (в м²):

Скорость подъема раствора в кольцевом пространстве находится в пределах 0,3—1,2 м/с и определяется рядом факторов: фактическими свойствами раствора и буримых пород; размером выбуренных частиц; диаметрами скважины и бурильных труб.

Подача насосов (в м³/с) зависит от выбранной скорости раствора в затрубном пространстве и его площади

Д_д и d_бт—диаметры долота и бурильных труб, м).

13. Буровые насосы. Исходные данные и выбор давления и полезной мощности насосов.

Исходными данными для решения являются заданная конструкция скважины и осложнения при проводке скважины.

Для обеспечения высокой эффективности бурения, особенно на больших глубинах, полезная мощность насосов должна обеспечивать наивыгоднейшее сочетание трех максимумов:

4. гидравлической мощности на долоте,

5. гидравлической силы струи;

6. скорости раствора в затрубном пространстве для выноса выбуренной породы.

Давление в нагнетательной линии насосов зависит от гидрав­лического сопротивления циркуляционной системы и равно сум­ме гидравлических потерь в ее отдельных элементах

Полезная суммарная мощность N_с (в Вт) насосов — функция суммарной подачи Q_с (в м³/с) и давления p_н (в МПа)

Поскольку в процессе бурения гидравлические сопротивления переменны, полезная мощность насосов будет зависеть от подачи

или от давления

буровых установках применяют два-три параллельно рабо­тающих насоса для бурения под кондуктор и один насос для бу­рения последнего интервала скважины.

14. Циркуляционная система буровой установки. Назначение, принцип действия оборудования блока приготовления утяжеления бурового раствора.

Циркуляционная система буровых установок включает в себя наземные устройства и сооружения, обеспечивающие промывку скважин путем многократной принудительной циркуляции бурового раствора по замкнутому кругу: насос — забой скважины — насос.

Циркуляционные системы буровых установок состоят из взаимосвязанных устройств и сооружений, предназначенных для выполнения следующих основных функций: приготовления буровых растворов, очистки бурового раствора от выбуренной породы и других вредных примесей, прокачивания и оперативного регулирования физико-механических свойств бурового раствора. В состав циркуляционной системы входят также всасывающие и напорные линии насосов, емкости для хранения раствора и необходимых для его приготовления материалов, желоба, отстойники, контрольно-измерительные приборы и др. Циркуляционные системы монтируются из отдельных блоков, входящих в комплект поставки буровых установок. Блочный принцип изготовления обеспечивает компактность циркуляционной системы и упрощает ее монтаж и техническое обслуживание.

Производительность установок для приготовления бурового раствора определяется из условий, обеспечивающих своевремен­ное пополнение запасов бурового раствора:

Q = V+V_П,

где О — производительность установок для приготовления бурового раствора, м³/ч; V— объем выбуренной породы за 1 ч, м³; V_П — потери бурового раствора за 1 ч в результате поглощений в скважине и утечек при очистке бурового раствора от выбуренной породы, м³.

Примерный объем V_Р бурового раствора, необходимый для проводки скважины без учета поглощений и потерь за счет фильтрации:

V_P = V_CKB+V_п’,

где V— наибольший объем скважины, м³; V_п' — потери бурового раствора при проводке скважины, м³.

Потери V_п' возрастают с увеличением объема выбуренной породы и утечек бурового раствора при его очистке.

На забое и в открытом стволе скважины буровой раствор загрязняется обломками выбуренной породы, глинистыми и твердыми частицами. Чрезмерное содержание в нем твердых и грубых глинистых частиц приводит к снижению скоростей бурения. Установлено, что при увеличении содержания твердой фазы в растворе на 1% показатели работы долот снижаются на 7—10%.

Устройства для приготовления и утяжеления буровых растворов по принципу действия делятся на механические и гидравлические. В связи с возрастающим применением порошкообразных материалов в последние годы преимущественное распространение получили гидравлические устройства: они обладают более высокой производительностью, обеспечивают необходимое качество буровых растворов и экономное расходование материалов для их приготовления.

В ыносной гидроэжекторный смеситель 9 представляет собой струйный аппарат, в котором для образования гидросмеси порошкообразных материалов используется кинетическая энергия жидкости. Буровые насосы под давлением не более 4 MПа нагнетают жидкость по трубе 12 в сопло 11 смесителя, снабженного сменными штуцерами диаметром 30 мм для работы с глинопорошками и диаметром 20 мм для работы с утяжелителями. Вследствие сужения струи скорость жидкости в сопле увеличивается, а давление падает. Из сопла жидкость с пониженным давлением поступает в камеру всасывания.

В результате создаваемого разряжения в камеру всасывания из силоса 1 по шлангу 7 засасывается порошкообразный материал, который увлекается жидкостью в камеру смешения и далее в конически расходящийся насадок (диффузор). При прохождении по диффузору скорость потока уменьшается, а давление возрастает и полученный раствор по патрубку 10 сливается в приемную емкость циркуляционной системы. За один цикл смешения плотность раствора возрастает на 0,3—0,35 г/см³. При недостаточной плотности полученного раствора проводится повторное смешение. Гидроэжекторный смеситель имеет относительно низкий к. п. д., однако обладает высокой надежностью благодаря отсутствию подвижных частей.

Основная масса глинопорошков доставляется автоцементовозами и под действием сжатого воздуха перегружается по трубе 3 в силос 1. Перед подачей в гидроэжекторный смеситель порошкообразные материалы разрыхляются воздухом, нагнетаемым в силос по аэродорожкам 6 системы аэрирования 5. Избыточный воздух выносится в атмосферу через фильтр 2, установленный на крышке силоса. Нижняя часть силоса имеет конусообразную форму и снабжена разгрузочным устройством 4, регулирующим подачу материала в гидроэжекторный смеситель. Материалы, используемые в небольших количествах, доставляются в затаренном виде и засыпаются в воронку 8, из которой поступают в камеру смешения гидроэжектора. Воронка снабжена разгрузочным клапаном для регулирования подачи материала.