Модернизация гидравлической части бурового насоса УНБТ-950А-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Бурение проводилось при помощи буровой установки Уралмаш 3д-86 (Ссылка на чертеж 1). В дальнейшем рассматривается модернизация циркуляционной системы, применительно к данному буровому комплексу.
Подробнее циркуляционная система рассмотрена на чертеже 2 (ссылка на чертеж). Раствор нагнетается буровыми насосами в линию манифольда, откуда через вертлюг он попадает в бурильную колонну, приводит в действие гидравлический забойный двигатель и через отверстия в долоте выходит в затрубное пространство. Затем по затрубному пространству поднимается до устья скважины, попадает в блок очистки, где происходит его очистка. После этого раствор попадает в мерные емкости. Затем раствор вновь попадает в буровой насос и цикл повторяется.
На буровой установке Уралмаш 3Д-86 установлены 2 буровых двухцилиндровых насоса двухстороннего действия УНБ-600А (ссылка на чертеж 3).
Принцип действия: буровой раствор поступает по всасывающему трубопроводу через всасывающий клапан в камеру цилиндра. Как только завершается цикл всасывания, клапан закрывается. Одновременно с этим открывается нагнетательный клапан и раствор под давлением поступает в нагнетательную линию. В то же самое время во второй камере цилиндра происходит всасывание раствора. Затем поршень идет в обратном направлении и уже во второй камере происходит нагнетание раствора, а в первой – всасывание. Т.о. за один двойной ход поршня происходит два цикла всасывания и 2 нагнетания.
Буровой насос обладает следующими техническими характеристиками:
1.Мощность, кВт   600
2.Число дв. ходов в 1 мин  65
3.Длина хода поршня, мм  400
4.Диаметр втулок, мм  130-200
6.Давление, МПа,   10-25
В настоящее время происходит вывод из эксплуатации буровых насосов двухстороннего действия и замена их трехцилиндровыми насосами одностороннего действия.
Предлагается замена двухцилиндровых буровых насосов УНБ-600А, на два трехцилиндровых буровых насоса УНБТ-950А (ссылка на чертеж 4).
Буровой насос УНБТ-950А обладает следующими техническими характеристиками:
1.Мощность, кВт   950
2.Число дв. ходов в 1 мин  125
3.Длина хода поршня, мм  290
4.Диаметр втулок, мм  130-190
6.Давление, МПа,   19-32
Принцип действия: буровой раствор поступает по всасывающему трубопроводу через всасывающий клапан в камеру цилиндра. Как только завершается цикл всасывания, клапан закрывается. Затем поршень идет в обратном направлении и уже во второй камере происходит нагнетание раствора, а в первой – всасывание. За один двойной ход происходит один цикл всасывания и один нагнетания.
Последний имеет ряд неоспоримых преимуществ перед УНБ-600:
1. Меньшее количество быстроизнашивающихся деталей;
2. Отсутствие упл. штока, вследствие отсутствия второй камеры цилиндра;
3. Меньший вес;
4. Большую величину ср. наработки на отказ;
5. Меньшее время ремонта;
6. Более равномерную подачу бур. раствора и др.
Подробнее сравнительные характеристики показаны на плакате (ссылка на чертеж 5).
Тип привода буровой установки 3д-86 – дизельный, смешанного типа посредством клиноременной передачи: привод одного насоса – индивидуальный (от двух дизелей в2-500) (ссылка на чертеж 6), а второй – от группового привода (от верхней группы).
Для установки бурового насоса унбт-950А была рассчитана клиноременная передача. Вращательное движение от дизелей передается 18 ремнями сечения Д.
Также в данном дипломном проекте предлагается модернизация гидравлической части, в частности замена конструкции поршня и модернизация системы подачи охлаждающей жидкости, для чего был произведен патентно-информационный обзор (ссылка на чертеж 7).
Было рассмотрено 4 американских патентных свидетельства, 1 российское п.с. и 2 конструкции рассмотрены согласно литературному источнику.
Все рассмотренные конструкции имеют достоинства и недостатки.
В настоящее время наиболее распространена конструкция поршня, разработана ВНИИнефтемаш (ссылка), которая состоит из металлического сердечника и привулканизированного уплотнения. Данная кострукция имеет существенный недостаток – при износе манжеты также необходима замена металлического сердечника, который износу практически не подвержен.
Предлагается замена данной конструкции на разъемную конструкцию (ссылка). В результате при износе манжеты необходимо производить замену лишь изношенного элемента.
Последним пунктом является модернизация системы подачи охлаждающей жидкости (ссылка на чертеж 8). Жидкость нагнетается электроцентробежным насосным агрегатом и подается на зеркало цилиндра через патрубок, установленный над штоком поршня. Недостатком данной конструкции является ее сложность – необходимо устанавливать патрубок и разбрызгиватель вблизи поршня, а также неравномерность распределения потока жидкости по зеркалу цилиндра.
Предлагается модернизировать данную конструкцию путем изготовления осевого отверстия в штоке поршня и 4 аксиальных отверстий для выхода жидкости. Данная модернизация позволит производить более равномерное распределение жидкости по поверхности зеркала и продлит срок службы поршня.
Модернизированная гидравлическая часть бур. насоса показана на чертеже 9.
Для проверки штока на прочность был произведен расчет штока на прочность при сжатии.
Экономический эффект (50т.р. со скважины) достигается за счет уменьшения эксплуатационных расходов, увеличения межремонтного периода, а также сокращения времени ремонта насоса, и, соответственно, сокращения простоя оборудования.

Объектом модернизации является его основной и самый ответсвтенный элемент циркуляционной системы – буровой насос.
В настоящее время происходит постепенная замена бурового двухцилин-дрового насоса УНБ-600А на трехцилиндровый аналог, насос УНБТ-950А . Его конструкция более технологична, насос имеет меньшие габариты, а его эксплуатация более удобна, в связи с меньшим количеством быстроизнаши-вающихся деталей. Средняя наработка на отказ увеличивается более чем на 50%. Кроме того, у УНБТ-950 кривошип смещен на 120°, а не на 90°, как у УНБ-600а, что делает подачу более равномерной.
Сравнительная характеристика бурового насоса УНБ-600А и насоса УНБТ-950А в таблице 2.
Техническое предложение по модернизации бурового трехцилиндрового насоса одностороннего действия УНБТ-950А включает в себя следующие пункты:
1. Замена стандартного поршня бурового насоса на самоуплотняющуюся конструкцию.
Поршни буровых насосов имеют резинометаллическую конструкцию (рисунок 32) и состоят из стального сердечника 1 и резиновых самоуплотня-ющихся ман¬жет 2. Две манжеты с воротниками, направленными в противо-положные стороны, обеспечивают двустороннее уплотнение поршня в ци-линдровой втулке. Сердечник снабжен конусным отверстием для соедине¬ния поршня со штоком. Наружная часть сердечника имеет коль¬цевые канавки и выступы, обеспечивающие прочное соединение с привулканизированными резиновыми ман-жетами.
Недостатком известной конструкции является то, что она не приспособле-на самопроизвольно от противодавления устранять осевой люфт и зазор в паре поршень-цилиндр.
В ходе анализа патентных документов была выявлена возможность изба-виться от данного недостатка. Модернизированная конструкция благодаря своей конструкции имеет возможность устранять осевой зазор в паре пор-шень-цилиндр (рисунок 40).
В предлагаемой конструкции поршень состоит из упругоэластичной втулки 1 (изготовленной, например, из композита фторопласта-4 и термо-стойкого олигомера). Торцы втулки целесообразно выполнить в форме ко-нуса, обращенного вовнутрь полости втулки, с образованием острых кромок в месте сопряжения их с зеркалом цилиндра. Поршень содержит также сер-дечник, выполненный из двух торцевых наконечников 2 и 3, соединенных между собой посредством стержня 4.

2. Замена системы подачи охлаждающей жидкости. Основными недостат-ками имеющейся конструкции является неравномерность распределения охлаждающей жидкости по зеркалу цилиндра и сложность конструкции. Необходимо устанавливать дополнительный патрубок на штоке и разбрыз-гиватель ря
дом с поршнем.
В результате рассмотренной в данном дипломном проекте модерниза-ции, у бурового насоса УНБТ-950А увеличился межремонтный период насо-са в 1,8 раз. Что позволило бы сэкономить порядка 50 тыс.руб. при бурении скважины Горчинская 3.В результате замены конструкции подачи охлажда-ющей жидкости увеличилась автономность насоса, что освобождает членов буровой вахты от необходимости следить за тем, чтобы при работе бурового насоса электронасосный агрегат был включен и выключен при остановке насоса.