Буровые насосы: виды, принцип работы и применение
Буровой насос – это тип поршневого насоса высокого давления, специально разработанный для использования в операциях бурения. По принципу действия представляет собой гидромеханическое устройство последовательного действия. Проще говоря, преобразует механическую энергию в гидравлическую, обеспечивая циркуляцию грязевого раствора в системе. Является важной частью оборудования буровой установки. Его силовые части обслуживают специалисты в области механики или электромеханики, а за гидравликой присматривает бригада бурильщиков. На рынке представлены различные виды буровых насосов, адресованные нефтедобывающей, строительной и геологоразведочной отраслям. Лидером ассортимента выступает Китай.
Виды буровых насосов
Существуют различные типы буровых насосов, каждый из которых имеет свои эксплуатационные преимущества и особенности, поэтому применяется в зависимости от конкретных условий работы. Наиболее распространённые буровые насосы делятся на два вида:
- односторонний;
- двусторонний.
Первый выполняет исключительно одно действие - всасывание и нагнетание за цикл возвратно-поступательного движения поршня. А буровой насос двойного действия выполняет две операции - всасывание и нагнетание при каждом возвратно-поступательном движении.
Если классифицировать их по количеству цилиндров, то выделяют три типа:
- одноцилиндровые;
- двухцилиндровые;
- трёхцилиндровые.
Основными частями жидкостной части насоса являются:
- спиральная камера (улитка);
- рабочее колесо;
- седло насоса;
- корпус насоса;
- опорный цилиндр;
- седло гидравлического двигателя;
- гидравлический двигатель и т. д.
Улитка, седло насоса, седло гидравлического двигателя и гайка рабочего колеса изготовлены из высококачественной стальной отливки, устойчивой к коррозии.
Основные элементы механической части:
- Кривошипно-шатунный механизм. Преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное.
- Привод. Устройство, передающее механическую энергию от двигателя к насосу.
- Смазочная система. Обеспечивает смазку всех движущихся частей насоса.
Оба вида приводятся в действие от асинхронных электрических двигателей или дизельных моторов. Инженеры выбирают силовую установку на этапе конструирования в зависимости от ожидаемых источников питания, величины требуемой мощности, ограничений по массе и габаритам.
Кроме перечисленных выше, буровые насосы бывают следующих видов:
Плунжерные. Работают аналогично поршневым, но вместо поршня в них используется плунжер. Поэтому они тише, управляются легче. Однако плунжерные модели не так долговечны и могут выдерживать лишь ограниченное давление.
Мембранные. В этих насосах используется диафрагма для перекачивания бурового раствора. Они менее мощны, чем поршневые и мембранные аналоги, но намного дешевле и проще в эксплуатации. Эти достоинства делают их широко используемыми в небольших проектах.
Перистальтические. Работают на принципе перистальтического действия. Это самый дорогой и мощный тип буровых насосов, но более сложный в эксплуатации. Учитывая эксплуатационную мощность и низкий уровень шума, перистальтические насосы снискали популярность в крупномасштабных горнодобывающих и буровых операциях.
Принцип действия и ключевые особенности
Насос одностороннего типа создаёт всасывание, которое вытягивает буровой раствор из ёмкости (контейнера), а затем с помощью поршня выталкивает жидкость в скважину. Это действие не только обеспечивает циркуляцию жидкости, но также помогает удалить любые шламы и мусор, которые могли образоваться в процессе бурения.
Поршневой буровой насос двойного действия имеет два поршня. Такт всасывания с одной стороны происходит одновременно с тактом нагнетания с другой. Насос двойного действия подаёт жидкость как во время хода поршня внутрь, так и наружу. Это делает его более эффективным и позволяет использовать в более крупных скважинах с большими объёмами жидкости. Сравнивая его параметры с насосом одностороннего действия, имеющим такой же диаметр и ход поршня, всегда можно увидеть, что он перекачает почти в два раза больше раствора.
Оба вида обычно используются в сочетании с другими перекачивающими узлами, например центробежными, для создания полноценной насосной системы. Без бурового насоса бурение было бы невозможно.
Основные этапы работы бурового насоса:
Забор раствора. Насос забирает буровой раствор из грязевого бака (контейнера с открытым верхом) благодаря движению поршня или плунжера внутри цилиндра.
Создание давления. При обратном движении поршня или плунжера раствор выталкивается из насоса под высоким давлением.
Циркуляция раствора. Под действием давления буровой раствор движется по буровой колонне, охлаждая и смазывая буровой инструмент, а затем возвращается на поверхность.
Регулирование потока. Современные буровые насосы оснащены системами регулирования, позволяющими контролировать объём и давление подаваемого раствора в зависимости от текущих условий бурения.
Сферы применения буровых насосов:
- Нефтегазовая промышленность – для бурения нефтяных и газовых скважин.
- Геологоразведка – для проведения геологических исследований и поиска полезных ископаемых.
- Горно-шахтное дело – для бурения горных скважин и разведывания залежей полезных ископаемых.
- Строительство и геотехнические работы – для бурения скважин под фундаменты зданий, укрепление грунтов, а также для гидрогеологических исследований.
- Добыча поташа – для циркуляции специального раствора по рудному телу для растворения хлорида калия (поташа) и выкачивания его из шахты.
- Обслуживание трубопроводов – буровые насосы иногда используются при эксплуатации трубопроводов, чтобы очистить внутреннюю часть трубы для инспектирования. Они обеспечивают циркуляцию очищающих жидкостей для удаления отложений и мусора в трубе.
Буровые насосы являются неотъемлемой частью в перечисленных сферах, выполняя важную функцию в продуктивном и безопасном проведении работ.
Каковы преимущества буровых насосов
Буровые насосы приносят прибыль горнодобывающей промышленности и другим отраслям, поскольку обладают большим количеством превосходств. В качестве примера ниже приведены их основные преимущества:
1. Высокая эффективность
Буровые насосы помогают повысить эффективность буровых операций, обеспечивая циркуляцию жидкости и охлаждение бурового инструмента. Это приводит к более быстрому бурению и меньшему износу дорогостоящего оборудования.
2. Повышенная безопасность
Насосы повышают безопасность во время бурения, обеспечивая циркуляцию и охлаждение бурового долота, что снижает риск перегрева и заклинивания.
3. Повышенная точность
Буровые насосы повышают точность буровых операций, предотвращая отклонение бурового долота от курса из-за чрезмерного нагрева.
4. Снижение затрат
Использование буровых насосов снижает затраты, связанные с бурильными работами, за счёт уменьшения необходимости частой замены буровых долот и других изношенных деталей.
5. Повышение производительности
Использование буровых насосов повышает производительность работ за счёт сокращения простоев, связанных с частой заменой долот и других изношенных деталей.
Рынок буровых насосов в РФ
Исследования российского рынка экспертным бюро ПКР («Профессиональные Комплексные Решения») показало, что 30% продукции приходится на отечественные бренды. Российские буровые насосы представлены в основном поршневыми моделями, остальное - импорт. Главным экспортёром сегодня выступает Китай. Поскольку производители из США и ЕС покинули российский рынок (среди них American MFG, FMC Technologies, Kerr Pumps). Но даже при таком исходе конкурентов отечественные компании теряют позиции. Импортное оборудование, например то же китайское, характеризуется гораздо лучшим качеством наряду с высокой эффективностью.
Буровые насосы из Китая:
- работают с высоковязкими растворами и веществами с примесями;
- обеспечивают большую равномерность подачи раствора;
- отличаются увеличенной мощностью.
Принципиальным фактом является удобство эксплуатации: стремясь упростить обслуживание насосов, большинство китайских производителей используют специальные быстросменные комплектующие, что сокращает время простоя. Активно внедряются технологии и материалы, снижающие вес оборудования. И, конечно, весомым плюсом буровых насосов из Поднебесной остаётся увеличенный срок службы гидравлической части.
Обзор 5 моделей буровых насосов
Для наглядности предлагаем краткий обзор 5 моделей буровых насосов китайского производства.
Буровой насос F-500
| Тип | Трёхпоршневой односторонний |
| Номинальная мощность (кВт/л.с.) | 373/500 |
| Номинальный ход поршня (уд/мин) | 165 |
| Длина хода поршня (мм/дюймов) | 190,5/7,5 |
| Тип смазки | Принудительное разбрызгивание |
| Размер входных соединений (мм/дюймов) | 203/8 |
| Выходное соединение | 5000 Рsi |
| Предохранительный клапан срезного типа | 1500-5000 Psi |
| Манометр давления, пневмокомпенсатор | 5000 Psi |
| Надклапанная полость | API-5# |
| Передаточное число | 4,286:1 |
| Габаритные размеры (мм) | 3639х1900х1600 |
| Вес (кг) | 9000 |
Буровой насос BW160
| Описание | Трёхцилиндровый поршневой односторонний |
| Мощность (кВт) | 11 |
| Диаметр цилиндра (мм) | 70 |
| Ход поршня (мм) | 70 |
| Частота хода поршня (уд/мин) | 200/132/83/55 |
| Скорость потока (л/мин) | 160/107/67/44 |
| Рабочее давление (МПа) | 2,5/4/6,5/10 |
| Диаметр выпускной трубы (мм) | 32 |
| Диаметр всасывающей трубы (мм) | 51 |
| Габаритные размеры (мм) | 1450х745х970 |
| Вес (кг) | 430 |
Буровой насос RS-F1600HL
| Тип | Трёхпоршневой |
| Мощность (кВт/л.с.) | 1193/1600 |
| Рабочее давление (МПа) | 51 |
| Передаточное число шестерни | 4.206:1 |
| Ход поршня, ударов/мин | 120 |
| Длина хода (мм/дюймов) | 304,8/12 |
| Надклапанная полость | L-типа, API #7 |
| Максимальный диаметр гильзы цилиндра (мм/дюймов) | 184/7 1/4 |
| Диаметр всасывающего коллектора (мм) | 304,8 (Фланец - 12) |
| Диаметр выпускного коллектора (мм/дюймов) | 130,2/5 1,8 |
| Давление выпускного коллектора (МПа) | 70 (10000 psi) |
| Габаритные размеры (мм) | 4950х2414х1975 |
| Вес (кг) | 25 772 |
Буровой насос GSM1200
| Тип | Поршневой двухцилиндровый |
| Двигатель | Dongfeng |
| Рабочий ход (мм) | 140 |
| Максимальное давление в гидросистеме (МПа) | 25 |
| Максимальное давление подачи раствора (МПа) | 10 |
| Диаметр отверстия бурового насоса (мм) | 135 |
| Максимальный расход раствора (л/мин) | 1200 |
| Максимальная частота хода раствора (л/мин) | 210 |
| Габаритные размеры (мм) | 3400х1900х2000 |
| Вес (кг) | 5000 |
Буровой насос GSM1800
| Тип | Трёхцилиндровый поршневой |
| Дизельный двигатель | Dongfeng-Reynolds |
| Гидравлическая система | Rexroth |
| Рабочий ход (мм) | 150 |
| Максимальное давление в системе (МПа) | 35 |
| Максимальное давление насоса (МПа) | 10 |
| Диаметр отверстия бурового насоса (мм) | 190 |
| Максимальный расход раствора (л/мин) | 1800 |
| Максимальная частота хода раствора (л/мин) | 140 |
| Габаритные размеры (мм) | 5940х2250х2300 |
| Вес (кг) | 10 000 |
Заключение
Буровые насосы являются неотъемлемой частью оборудования многих отраслей промышленности и применяются в различных работах. Если вы ищете надёжный буровой насос, то обязательно проконсультируйтесь с менеджером Eurasia Group. Специалист поможет найти поставщика в Китае и подобрать ту модель оборудования, которая будет соответствовать потребностям вашего проекта. Также Eurasia Group осуществит приёмку оборудования в КНР и проработает оптимизированный логистический маршрут доставки в РФ с таможенным оформлением.
