Циркуляционная система БУ 3900/225 ЭК-БМ. Ситогидравлическая установка. Центрифуга очистки бурового раствора ОГС-352К-02-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Циркуляционная система БУ 3900/225 ЭК-БМ. Ситогидравлическая установка. Центрифуга очистки бурового раствора ОГС-352К-02-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
1.4.2 Центрифуги

Центрифугирование суспензии производится двумя методами. По первому разделение идет вследствие действия объемных сил дисперсной фазы, по второму используются объемные силы дисперсной среды и частично дисперсной фазы. Центрифугирование идет в роторах в первом случае со сплошной стенкой, во втором перфорированной.
Процесс центрифугирования бурового раствора в аппаратах ее сплошными стенками роторов разделяется на осветление и осаждение. В аппаратах с перфорированной стенкой ротора называется центробежным фильтрованием, которое состоит из: фильтрования с образованием осадка; отжима жидкости из образовавшегося осадка; удаления из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами. Процессы центрифугирования делятся на: периодические, непрерывные и комбинированные. Непрерывный процесс характеризуется одновременным протеканием всех стадий, установившимся состоянием и непрерывной выгрузкой конечного продукта.

Рисунок 10 – Центрифуга ОГШ-502К

При этом скорость вращения ротора постоянна: центрифуги непрерывно и раздельно выдают продукты, полученные в результате процесса разделения.
Центрифуга обеспечивает более высокую, чем гидроциклонную очистку бурового раствора от шлама размером 10 мкм и менее.
Центрифуга типа ОГШ (рисунок 10) представляет собой осадительное горизонтальное устройство непрерывного действия со шнековой выгрузкой шлама и состоит из кожуха 3, ротора 10, шнека 8, редуктора 13, коренных опор ротора, питателя, механизма блокировки, станины с виброизоляцией и муфты привода.
Ротор 10 расположен горизонтально и собран из цилиндро-конического барабана и двух крышек-цапф 2 и 11, закрывающих торцы ротора и являющихся опорами шнека. Ротор установлен на шариковом 1 и роликовом 12 подшипниках и вращается от электродвигателя с помощью клиноремённой передачи. Внутри ротора 10 соосно располагается шнек 8, предназначенный для транспортирования шлама к выгрузочным окнам ротора. Ротор вращает шнек через планетарный редуктор 13 в ту же сторону, что и сам, но с меньшей скоростью, что необходимо для перемещения шлама вдоль внутренней поверхности ротора.
Шнек состоит из полого цилиндро-конического барабана и приваренного к его наружной поверхности однозаходного шнека с левым направлением витков. Конус 6 и перегородка 9, установленные внутри барабана, образуют камеру, имеющую окна 7, через которые неочищенный буровой раствор подаётся в ротор. Шнек через подшипники 4, закрытые крышками, опирается на цапфы ротора, цапфы 5, соединённые со шлицевым валом, обеспечивают соединение шнека с планетарным редуктором 13.


1 – крышка с отверстиями; 2 – барабан; 3 – шнек; 4 – подача бурового ратвора; 5 – выход тяжелой фракции; 6 – выход легкой фракции; 7 – радиус жидкости.
Рисунок 11 – Схема работы центрифуги

Краткая техническая характеристика центрифуги ОГС-352К-02: рабочий диаметр ротора – 352 мм. Отношение рабочей длины ротора к его рабочему диаметру – 1:4; частота вращения ротора – 2500 и 2800 мин-1; относительная частота вращения шнека – 42:49 мин-1,мощность электродвигателя- 14,6 кВт; габариты (длина * ширина * высота), мм – 3200х2145х1700, вес центрифуги 3450кг.
Работа центрифуги по отделению крупных компонентов бурового раствора заключается в следующем. Буровой раствор подаётся одновинтовым шламовым насосом в питающий трубопровод, подходящий через цапфы ротора и шнека, в камеру внутри шнека, образованную конусом и перегородкой. Из камеры неочищенный раствор через окна в обечайке шнека поступает в ротор.
Из бурового раствора отделяются более крупные твердые компоненты. Твердая компонента осаждается на стенке ротора и транспортируется шнеком по направлению к конической части ротора. При подходе осадка к выгрузочным окнам (в зону обезвоживания) происходит отжим влаги из осадка, и центробежные силы выбрасывают выделенную твёрдую фазу из бурового раствора через выгрузочные окна в приёмный отсек осадка кожуха центрифуги.
Очищенный буровой раствор движется вблизи наружной поверхности барабана шнека в сторону цилиндрической части ротора и выбрасывается через окна в правой цапфе в приёмный отсек кожуха центрифуги. Твердая компонента осаждается на стенке ротора и транспортируется шнеком по направлению к конической части ротора.
При вращении барабана центрифуги и находящегося в ней раствора возникает центробежная сила, величина которой равна:

3 Основные параметры и техническое предложение по модернизации центрифуги
3.1 Техническое предложение
На основании эксплуатации центрифуги ОГС-352К-02 буровыми предприятиями, можно сделать вывод, что одним из основных дефектов является выход из строя пластин шнека и трудности связанные с его ремонтом, большой пусковой момент при включении центрифуги и не плавное регулирование скоростей.
В данном проекте проведёна модернизация, заключающаяся в упрощении ремонта лопастей шнека, улучшении работы центрифуги, увеличение срока её службы, это достигается следующими мероприятиями:
1) заменой сварного соединения на болтовое при креплении твердосплавных пластин к лопастям шнека, что дает возможность производить ремонт шнека в полевых условиях (в условиях буровой);
2) применением частотного преобразователя, который выполняет функцию плавного пуска и регулирования скорости вращения электродвигателя, что приводит к уменьшению энергозатрат в среднем на 30%;
3) дорогостоящая сталь заменяется на более дешевую, но с подобными характеристиками.
Ремонтировать шнек модернизированной центрифуги существенно проще и дешевле. Приваривание пластин на шнек происходит дольше, чем прикручивание пластин и должно производиться высококвалифицированными специалистами, т.к. при неправильной сборке может возникнуть дисбаланс, приводящий к поломке цнтрифуги.


3.2 Характеристики центрифуги ОГС-352К-02
Центрифуга ОГС-352К-02 предназначена для сепарирования двух смешанных жидкостей, нерастворимых одна в другой, имеющих различный удельный вес, а также для сепарирования твердых частиц (шлама), удельный вес которых выше удельного веса жидкости. Центрифуга применяется при наличии в буровом растворе мельчайших и коллоидных частиц (от 2 до 44 микрон), устанавливается в циркуляционной системе очистки бурового раствора и может работать в режимах отделения частиц, разделения частиц на различные фракции и осветления бурового раствора совместно с блоком химического усиления.

Центрифуга имеет следующие технические характеристики:
1. Производительность, м /час    25,0
2. Регулирование скорости барабана, об/мин  2500-2800
3. Регулирование скорости шнека     Планет. редуктор
4. Число оборотов шнека относительно барабана 42-49
5. Напряжение питания, В     380
6. Частота, Гц       50
7. Общая установленная мощность, кВт   37
8. Наибольший фактор разделения     1760
Для исключения поломки центрифуги при заклинивании шнека предусмотрен механизм защиты, представляющий собой подпружиненный рычаг, срабатывающий при моменте более 3,8кГм и прерывающий цепи электродвигателя и питающего насоса.
Скребковый край шнека подвергается износу при транспортировании твердых частиц к барабану, что ухудшает качество сепарирования. В связи с этим нужно вести наблюдение за скоростью износа лопастей шнека, замерять величину износа через фланец конической части барабана ( в месте пересечения конической и цилиндрической частей), на котором находится отверстие для замера с помощью штангенциркуля.
Величина износа более 7,5 мм снижает производительность центрифуги и поэтому требуется производить ремонт шнека. Значительным износом является – 1мм и более после 400 часов работы центрифуги. Замер при таком износе нужно производить каждые 100 часов работы.
Для упрощения ремонта шнека предлагается заменить сварное присоединение пластин шнека на болтовое, что дает возможность производить ремонт шнека в полевых условиях (в условиях буровой) и на это требуется меньший промежуток времени, чем при применении сварочных работ.
Для изготовления пластин предлагается применить азотированную сталь 38Х2МЮА, в составе которой:

 Таблица 1 – Химический состав в % материала 38Х2МЮА

C  Si  Mn  Ni S P Cr Mo Al Cu
0.35 - 0.42 0.2 - 0.45 0.3 - 0.6 до 0.3 до 0.025 до 0.025 1.35 - 1.65 0.15 - 0.25 0.7 - 1.1 до 0.3

Твердость материала 38Х2МЮА после азотирования ,  HB 10 -1 = 850 МПа



Таблица 2 - Физические свойства материала 38Х2МЮА .
T E 10- 5  10 6   C R 10 9
Град  МПа  1/Град  Вт/(м·град) кг/м3  Дж/(кг·град) Ом·м
20  2.09    33  7710    
100  2.02  11.5  33    496  

Азотирование применяют для повышения: 1) твердости и износоустойчивости; 2) усталостной прочности; 3) сопротивления коррозии. Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает особо высокую твердость и износостойкость поверхностных слоев (6,5мм в зависимости от времени азотирования). Азотируют готовые детали без последующей закалки.
Для сравнения в центрифуге фирмы «Деррик» для изготовления пластин используется сталь ВК-20 с твердостью HRC 82МПа (HB=710МПа), также имеет место отрыв пластин от лопастей.
В центрифугах фирмы «Svako» применяется плазменное напыление, которое не везде доступно. Это означает, что помимо оплаты самого твердосплавного материала, необходимого для нанесения на шнек центрифуги и оплаты работы по нанесению этого материала необходимо будет учитывать и транспортные расходы по доставке шнека на место ремонта и обратно. Кроме того, при неправильной толщине напыляемого слоя шнек может не поместиться в барабан.
Вместо контргаек используется клей-герметик Loctite-243.
Характеристика фиксации резьбовых соединений Loctite (Локтайт):
- превращает простые гайки в самостопорящиеся;
- обеспечивает полную герметичность резьбового соединения;
- контролируемая прочность затвердевшего клея.
Преимущества фиксации резьбовых соединений Loctite (Локтайт):
- упрощает и ускоряет монтаж;
- останавливает утечку и коррозию;
- экономия за счет сокращения фиксирующих элементов на складе;
- контролируемое усилие фиксации винтов, гаек или распорных болтов;
- легкий демонтаж - нужен только обычный инструмент.
Второй частью модернизации является использование частотного преобразователя, который обеспечивает:
-полную защиту электродвигателя;
-плавное регулирование скорости вращения электродвигателя практически от нуля до номинального значения при сохранении максимального момента на валу;
-уменьшение потребления электроэнергии за счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки от 20% до 50%;
-плавный пуск электродвигателя с током, не превышающим номинального значения;
-устранение пиковых нагрузок на электросеть и просадок напряжения в ней в момент пуска электропривода;
-увеличение срока службы электропривода и оборудования; повышение надежности, упрощение технического обслуживания.
Частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации. При этом появляется возможность по условиям пуска, снижения мощности приводных двигателей нагруженных механизмов.