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

Модернизация гидравлической части бурового насоса УНБТ-950-Курсовая 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.

В данном дипломном проекте рассматривается вариант модернизации буровой установки Уралмаш 3Д-86. Объект модернизации - насосно-циркуляционная система буровой установки, а именно замена бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего действия УНБ-600А на трехци-линдровый насос одностороннего действия УНБТ-950А, в котором модерни-зирован поршень и система подачи охлаждающей жидкости. Модернизация заключается в замене быстроизнашивающихся узлов гидравлической части на конструкции с большим ресурсом работы. По мнению автора это позво-лит увеличить межремонтный период данного оборудования и уменьшить время простоя оборудования, что, в свою очередь, позволит сэкономить де-нежные средства нефтяной компании.
Буровые насосы УНБТ-9501_1с рамой и УНБТ-9501-2 без рамы могут изготовляться в климатических исполнениях У, УХЛ, М, ОМ, Т, ТВ, ТС, ка-тегория 3.1 по ГОСТ 15150-69.
Насос предназначен для подачи бурового раствора в процессе бурения глубоких разведочных и эксплуатационных скважин преимущественно на нефть и газ.
Перекачиваемая среда - буровой раствор на нефтяной или водяной ос-нове с добавлением нефти или нефтепродуктов от 5 % до 20 %, реагентов, утяжелителя. Общее содержание твердых частиц в утяжеленном буровом растворе может доходить до 40 % объема при плотности бурового раствора р = 2,3 г/см3.
Размер твердых частиц - от 5 х 106 мм (размер большой молекулы до 0,1 мм).
Условная вязкость - от 20 до 100 сек. Минерализация - до 15 %. Со-держание растворенного газа - до 2 %.
Температура бурового раствора, поступающего на прием насоса,
Т= 35...45° С.

Насос может быть использован в других областях народного хозяй-ства, например, в горной и металлургической промышленности.
При применении насоса для целей и в условиях, отличающихся от опи-санных в данном РЭ, необходимо согласование с заводом-изготовителем возможности использования насоса.
Для получения высоких эксплуатационных показателей насоса необхо-дима эффективная очистка промывочной жидкости от частиц выбуренной горной породы. Объемное содержание твердых частиц размером более 0,1 мм в буровом растворе после его очистки на механизмах регенерации не должно превышать 0,5 %.

3.4 Устройство и работа насоса

Буровой трехпоршневой насос - горизонтальный, кривошипный, воз-вратно-поступательный, одностороннего действия.
Конструкция насоса приведена на рис. 19.
Насос (см. рис.1) состоит из двух основных функционально связанных между собой частей: гидравлической части и редуктора, смонтированных на раме насоса или раме модуля буровой установки.
Гидравлическая часть включает: гидравлический блок 6, в котором размещены попарно, ступенчато, в трех гидрокоробках, состоящих из двух частей, входной и выходной клапаны 16, 14, пневмокомпенсатор 13 и предо-хранительный клапан 5, установленные на выходном коллекторе 7, цилинд-ро-поршневая группа (ЦПГ) 15, блок охлаждения ЦПГ 10. В нижней части гидравлического блока 6 установлен входной коллектор 3, на котором смон-тированы два пневмокомпенсатора 4, 8 и шибер 9 для оперативного слива перекачиваемой жидкости.
Редуктор включает: корпус 1 в сборе с узлами системы смазки 21, блок распределения 12, кривошипно-ползунный механизм 19, трансмиссионный вал 11, шкив 30, крышку 20.
Консольно-поворотный кран 2, смонтированный на корпусе 1, служит для механизации ремонтных работ гидравлического блока 6.
Взаимодействие составных частей насоса при его работе поясняется гидрокинематической принципиальной схемой, приведенной на рис. 2
Трансмиссионный вал 28 через цепную или ременную передачу полу-чает вращение от привода и через зубчатую пару передает момент вращения кривошипному валу 24. Шатунными механизмами 21, 26, 27 вращательное движение кривошипного вала 24 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 5, 9, 14. Поршни, перемещаясь в цилиндрах 4, 10, 16, со-вершают поочередно такт всасывания и нагнетания.
При такте всасывания в цилиндрах создается разряжение (при работе насоса в режиме самовсасывания) и входные клапаны 6, 11, 15 открыты, а выходные - 7, 12, 17-закрыты. При такте нагнетания выходные клапаны от-крыты, входные - закрыты. Потоки жидкости из цилиндров суммируются в выходном коллекторе 13. Суммирование синусоидальных по характеру из-менения потоков приводит к пульсации подачи и давления. Пульсирующий поток на входе в насос выравнивается входными пневмокомпенсаторами 1,19 типа ПК50-6, а на выходе - пневмокомпенсатором 18 типа ПК70-320.
Смазка узлов трения редукторной части осуществляется маслом, зали-ваемым в картер. Подача масла в узлы трения производится двумя способа-ми:
а) принудительно от шестеренного насоса А
б) самотеком из накопительных лотков, окунанием и разбрызгиванием
Самотечная смазка является дублирующей. Шестеренный насос А при-нудительной системы смазки располагается снаружи насоса и получает вра-щение от электродвигателя. При принудительной подаче распределение мас-ла в точки слива производится гидроаппаратурой блока распределения, там же располагаются контрольно-измерительные приборы (КИП). Картер 23 насоса герметизирован от гидравлической части 2 уплотнением Б штока пол-зуна.

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.
Предлагается заменить систему подвода охлаждающей жидкости посред-ством изготовления осевого отверстия непосредственно в штоке и 4 радиаль-ных отверстий для выхода жидкости.