Технологический комплекс для бурения скважины с разработкой и исследованием работы насоса - дозатора жидких реагентов (Магистерская работа 12А1 насос вертикальный шламовый ВШН-150/30)-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Технологический комплекс для бурения скважины с разработкой и исследованием работы насоса - дозатора жидких реагентов (Магистерская работа 12А1 насос вертикальный шламовый ВШН-150/30)-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
«Технологический комплекс для бурения скважины с разработкой и исследованием работы насоса-дозатора жидких реагентов»

Циркуляционная система, что входит в состав насосно-циркуляционного комплекса, предназначена для очистки, дегазации, приготовления и хранения бурового раствора. Она может быть поставлена заводом-изготовителем буровой установки как комплектное изделие или комплектоваться сервисной буровой компанией из отдельных узлов и агрегатов.
Основные функции циркуляционной системы:
• очистка бурового раствора от вибуренної породы;
• хранение запаса бурового раствора;
• приготовление бурового раствора с необходимыми свойствами;
• дегазация бурового раствора (при необходимости);
• химическая обработка бурового раствора;
• долив раствора в скважину;
• удаление шлама.
1.На первом листе графической части изображен комплекс оборудования для бурения скважин БУ "Уралмаш 4000-ДГУ", который расчетным путем подобран в 2 разделе расчетно-пояснительной записки. Предназначен для бурения эксплуатационных скважин вращательным методом. Поз. 32-это Блок промежуточный для хранения бурового раствора, который изображен на следующем чертеже.
2. Блок промежуточный для хранения бурового раствора Во время поглощения бурового раствора в пласт, объем циркулирующего раствора в процессе промывки уменьшается, что становится заметным по снижению уровня в приемных емкостях циркуляционной системы. Поглощение происходит, когда гидростатическое давление столба бурового раствора больше пластового. Поглощение является серьезным осложнением при бурении скважин, так как нарушается циркуляция бурового раствора, ухудшается промывка скважины, увеличивается расход времени, материалов и реагентов на приготовление новых объемов раствора. Поглощения часто усугубляются проявлениями вплоть до образования выбросов и фонтанов.
Моя магистерская работа предусматривает внедрение в комплекс для бурения скважины промежуточного блока для приготовления (хранения) бурового раствора, оборудованный насосом ВШН – 150/30, функция которого в случае возникновения поглощения бурового раствора в пласт, дозировать необходимое количество бурового раствора, чтобы не допустить осложнений при бурении. Таким образом вертикальный шламовий насос выполняю функцию насоса – дозатора.
Мобильный блок для хранения различных объемов бурового раствора необходим для окончательного комплектования циркуляционной системы буровой установке. Он позволяет качественно сохранять и постоянно пополнять запасы бурового раствора. Блок может выполняться в двух вариантах - приемной и промежуточной емкости. Вместе с блоками изготовления жидкостей и очистки является обязательной, неотъемлемой частью общей системы. В его емкости есть боковые и верхние люки, а также комплекс лестниц для очистки ее от шлама. Комплектность приемных и промежуточных емкостей может определяться по необходимости заказчиком. Конструктивные особенности блока хранения могут быть различные. Блок может, по предварительному согласованию, комплектоваться жолобною системой, стойками освещения, механическими смесителями, сливными люками (прямоугольными или цилиндрическими резьбовыми), встроенным коллектором бурового насоса, тентовым каркасным укрытием, перильною оградой.
3. Вертикальный шламовий насос ВШН-150/30 с электромеханическим приводом. (аналог)
Вертикальные шламовые насосы широко используются в нефтегазовой промышленности. Данные насосы являются одной из составляющих поверхностной циркуляционной системы очистки бурового раствора, которые влияют на работоспособность, от них зависит бесперебойная работа и производительность циркуляционного комплекса.
Одной из важных характеристик шламового насоса является его технический ресурс. Средний срок службы насоса составляет 20000 часов, а наработок на отказ составляет 340 часов. Если сравнивать эти показатели с показателями другого оборудования, то они имеют значительно меньшую величину. В связи с вышеизложенным, в моей магистерской работе ставится цель повысить надежность и долговечность шламовых насосов. Только повышение технического ресурса на 12% даст возможность одному насосу работать бесперебойно, дополнительно, примерно 41 час.
Вертикальные шламовые насосы являются одной из составляющих буровой установки, от которых зависит бесперебойная работа и производительность циркуляционного комплекса. Но условия, в которых они работают, очень сильно влияют на время бесперебойной работы насосов.
К основным факторам, которые снижают долговечность шламовых насосов, относятся: содержание в растворе твердых абразивных примесей; неоднородность бурового раствора по фракционному составу; режим работы шламовых насосов; характер нагрузки шламовых насосов.
4. Вертикальный шламовий насос ВШН-150/30 с гидравлическим приводом (модернизация)

Модернизация заключается в том, что модернизированный насос оснащен дополнительным валом (поз. 31), на конце которого жестко установлен элемент, выполняющий функцию разрыхлителя шлама (поз. 32). Элемент рыхлителя выполнен двухлопастный и установленный симметрично относительно оси вала разрыхлителя. Такая конструкция вертикального шламового насоса поможет улучшить режим его работы за счет того, что при вращении приводного вала жидкость, которая находится во всасывающей части насоса, будет вспушуваться, а также будут разбиваться грудки, что положительно скажется на работе насоса. Это в свою очередь улучшит степень исключения шлама из шламонакопителя, то есть позволит уменьшить затраты на утилизацию шлама, поскольку уменьшится периодичность очистки шламонакопителя.
Анализируя существующее оборудование для очистки бурового раствора на буровой установке, оборудование оснащено электромеханическими приводами. Регулирование режимов работы таких поводов проводить достаточно сложно, поскольку электрические двигатели имеют определенную частоту вращения, которую можно изменить только с использованием преобразователей частоты тока. В процессе бурения, буровой раствор часто меняет свои показатели, которые негативно влияют на эффективность бурения, поэтому регулирование скорости вращения валов шламовых насосов, позволяет подстроить систему очистки под буровой раствор, что позволяет увеличить эффективность бурения скважин, применять безамбарне бурения и снизить потери бурового раствора и снизить расход химических реагентов и сэкономить материальные ресурсы.
Для регулирования частоты вращения валов шламовых насосов, нужно заменить их электропривод на гидравлический привод, от одной гидравлической станции. Это позволит довольно легко регулировать частоту вращения путем изменения положения регулирующего элемента дросселя.

Габариты гидравлического двигателя значительно меньшие электрический двигатель, что позволяет его достаточно легко транспортировать и монтировать. При этом крутящий момент гидравлического двигателя на роторе есть даже больше.
Суть модернизированной конструкции вертикального шламового насоса заключается в применении гидропривода с регулятором частоты вращения валов насосов. Регулирование подачи насоса происходит благодаря відгвинчуванню или завинчиванию маховика дросселя (регулятора подачи).
5. Повод шламовых насосов ВШН-150/30. Гидравлическая схема.
На схеме изображен принцип работы внедряемого гидравлического привода шламового насоса ВШН-150/30.
За счет работы электрического двигателя, соединенного с насосом, всасывается масло из емкости через всасывающий фильтр и подается по трубопроводам в гидравлических двигателей, которые вращают валы шламовых насосов, а затем сливается обратно в емкость. Когда давление в трубопроводах приближается к критическому значению, срабатывает световая сигнализация путем включения сигнальной лампочки. При повышении давления открывается перепускной клапан и лишняя жидкость стекает в емкости. Вследствие этого давление в системе уменьшается, а сигнальная лампочка выключается и перепускной клапан устанавливается в исходное положение. Регулирование частоты вращения валов шламовых насосов происходит вследствие отвинчивания или завинчивания маховика регулятора подачи. При заворачивании маховика уменьшается сечение трубопровода, поэтому уменьшается количество смазки, поступающей к гидравлическим приводам, и частота вращения их валов уменьшается. При отвинчивании маховика регулятора подачи процесс регулирования происходит наоборот.
6,7. Гидростанция.
Предназначена для приведения в действие аксиально-поршневого двигателя (гидравлического привода насоса ВШН).
8. Бак гидростанции.
Объем бака составляет 160 (л). Перед включением гидростанции обязательно проверить уровень масла. Запрещается эксплуатация станции при уровне масла в гидробаци ниже минимальной отметки.
9. Деталировки
Следующее содержит чертежи детали модернизированного шламового насоса ВШН. (Далее по листу)
10. Следующее чертеж технологический процесс изготовления перевідника.
На котором приведены основные операции, необходимые для изготовления детали. Перевідник необходим для подключения гидравлического привода (аксиально-поршневого двигателя) к валу насоса ВШН.
11. чертеж содержит стенд для испытания шлангов. Данные исследования необходимы так как все составные части внедренного оборудования (гидростанция) соединены между собой шлангами высокого давления.
12. чертежи Графики зависимости температуры рабочей жидкости гидростанции, от температуры окружающей среды и мощности привода, расходуется на тепловые потери. При изменении температуры в системе, меняется плотность масла. При увеличении ее, увеличивается сопротивление жидкости в трубопроводах, и увеличивается сопротивление вращения вала маслонасосу, что в свою очередь приводит к тому, что электродвигатель расходует большую мощность. Поэтому исследование зависимости температуры системы от потребляемой мощности электродвигателем весьма важно, поскольку дает возможность предотвратить перегрев всей системы.

Во время поглощения бурового раствора в пласт, объем циркулирующего раствора в процессе промывки уменьшается, что становится заметным по снижению уровня в приемных емкостях циркуляционной системы. Поглощение происходит, когда гидростатическое давление столба бурового раствора больше пластового.
Поглощение является серьезным осложнением при бурении скважин, так как нарушается циркуляция бурового раствора, ухудшается промывка скважины, увеличивается расход времени, материалов и реагентов на приготовление новых объемов раствора. Поглощения часто усугубляются проявлениями вплоть до образования выбросов и фонтанов.


Рисунок 4.1 – Блок промежуточный для хранения бурового раствора.
1 – сани; 2 – емкость; 3 – каркас укрытия разборный; 4 – перемешиватель лопастной;
5 – насос ВШН-150/30; 6 – люк

Моя магистерская работа предусматривает внедрение в комплекс для бурения скважины промежуточного блока для приготовления (хранения) бурового раствора, оборудованный насосом ВШН – 150/30, функция которого в случае возникновения поглощения бурового раствора в пласт, дозировать необходимое количество бурового раствора, чтобы не допустить осложнений при бурении. Таким образом вертикальный шламовий насос выполняю функцию насоса – дозатора.
Мобильный блок для хранения различных объемов бурового раствора необходим для окончательного комплектования циркуляционной системы буровой установке. Он позволяет качественно сохранять и постоянно пополнять запасы бурового раствора. Блок может выполняться в двух вариантах - приемной и промежуточной емкости. Вместе с блоками изготовления жидкостей и очистки является обязательной, неотъемлемой частью общей системы. В его емкости есть боковые и верхние люки, а также комплекс лестниц для очистки ее от шлама. Комплектность приемных и промежуточных емкостей может определяться по необходимости заказчиком.
Конструктивные особенности блока хранения могут быть различные. Блок может, по предварительному согласованию, комплектоваться жолобною системой, стойками освещения, механическими смесителями, сливными люками (прямоугольными или цилиндрическими резьбовыми), встроенным коллектором бурового насоса, тентовым каркасным укрытием, перильною оградой.
Вертикальные шламовые насосы широко используются в нефтегазовой промышленности. Данные насосы являются одной из составляющих поверхностной циркуляционной системы очистки бурового раствора, которые влияют на работоспособность, от них зависит бесперебойная работа и производительность циркуляционного комплекса.
Одной из важных характеристик шламового насоса является его технический ресурс. Средний срок службы насоса составляет 20000 часов, а наработок на отказ составляет 340 часов. Если сравнивать эти показатели с показателями другого оборудования, то они имеют значительно меньшую величину. В связи с вышеизложенным, в моей магистерской работе ставится цель повысить надежность и долговечность шламовых насосов. Только повышение технического ресурса на 12% даст возможность одному насосу работать бесперебойно, дополнительно, примерно 41 час.
Вертикальные шламовые насосы являются одной из составляющих буровой установки, от которых зависит бесперебойная работа и производительность циркуляционного комплекса. Но условия, в которых они работают, очень сильно влияют на время бесперебойной работы насосов.
К основным факторам, которые снижают долговечность шламовых насосов, относятся: содержание в растворе твердых абразивных примесей; неоднородность бурового раствора по фракционному составу; режим работы шламовых насосов; характер нагрузки шламовых насосов.


Рисунок 4.2 – Модернизированная конструкция насоса ВШН – 150/30
1 – корпус; 2 – вал; 3 – рабочее колесо; 4 – ступица; 5 – подшипниковая опора;
6 – станина; 7 – дополнительный вал; 8 – рыхлитель шлама

Модернизация заключается в том, рисунок 4.2, насос шламовий вертикальный, включает в себя корпус 1, внутри которого размещено посаженное на вал 2 рабочее колесо 3 со ступицей 4 и лопатками, при этом верхний конец вала насоса закреплен в підшипниковій опоре 5, что находится в станине насоса 6, а ступица 4 колеса 3 закреплена в подшипнике буксы насоса, причем рабочее колесо оснащено дополнительным валом 7, на конце которого жестко установлен элемент, выполняющий функцию разрыхлителя шлама 8, а ступица рабочего колеса насоса размещена внутри втулки подшипника скольжения, жестко соединенного с упругими элементами демпфера, установленного в буксі насоса. Элемент рыхлителя выполнен двухлопастный и установленный симметрично относительно оси вала разрыхлителя.
Такая конструкция вертикального шламового насоса поможет улучшить режим его работы за счет того, что при вращении приводного вала жидкость, которая находится во всасывающей части насоса, будет вспушуваться, а также будут разбиваться грудки, что положительно скажется на работе насоса. Это в свою очередь улучшит степень исключения шлама из шламонакопителя, то есть позволит уменьшить затраты на утилизацию шлама, поскольку уменьшится периодичность очистки шламонакопителя.
Повышение технического ресурса на 12% даст возможность одному насосу работать бесперебойно, дополнительно, примерно 41 час.
Экономия затрат на утилизацию. Модернизация дает возможность более качественно удалять шлам из шламонакопителей, что не может не влиять положительно на экологическую ситуацию, поскольку в шламонакопителях будет одновременно храниться меньшее количество шлама, но качественно оценить значение усовершенствования можно только после проведения мониторинга.
Анализируя существующее оборудование для очистки бурового раствора на буровой установке, оборудование оснащено электромеханическими приводами.
Регулирование режимов работы таких поводов проводить достаточно сложно, поскольку электрические двигатели имеют определенную частоту вращения, которую можно изменить только с использованием преобразователей частоты тока.

Рисунок 4.3 – Гидравлическая схема гидропривода с регулированием
частоты вращения валов вертикальных шламовых насосов
1 – заливной фильтр; 2 – клапан перепускной; 3 – золотник манометра;
4 – привод шламового насоса; 5 – шламовий насос; 6 – насос 310.224;
7 – распределитель; 8 – емкость; 9 – фильтр всасывающий;
10 – электродвигатель; 11 – сигнальная лампочка; 12 – регулировочный устройство

В процессе бурения, буровой раствор часто меняет свои показатели, которые негативно влияют на эффективность бурения, поэтому регулирование скорости вращения валов шламовых насосов, позволяет подстроить систему очистки под буровой раствор, что позволяет увеличить эффективность бурения скважин, применять безамбарне бурения и снизить потери бурового раствора и снизить расход химических реагентов и сэкономить материальные ресурсы.


Рисунок 4.4 – Вертикальный шламовий насос ВШН–150/30 модернизированная конструкция
1 – крышка линии всасывания; 2 – рабочее колесо; 3 – корпус; 4 – вал;
5 – вспомогательный вал; 6 – рыхлитель бурового раствора;
7 – гидравлический привод
Для регулирования частоты вращения валов шламовых насосов, нужно заменить их электропривод на гидравлический привод, от одной гидравлической станции. Это позволит довольно легко регулировать частоту вращения путем изменения положения регулирующего элемента дросселя.
За счет изменения проходного отверстия дросселя, регулируются режимы работы насосов ВШН, что непосредственно влияет на расходы бурового раствора в песко - и муловідділювачі.
За счет работы электрического двигателя 10, соединенного с насосом 6, всасывается масло из емкости 8 через всасывающий фильтр 9 и подается по трубопроводам в гидравлических двигателей 4, которые вращают валы шламовых насосов 5, а затем сливается обратно в емкость 8. Когда давление в трубопроводах приближается к критическому значению, срабатывает световая сигнализация путем включения сигнальной лампочки 11. При повышении давления открывается перепускной клапан 2 и лишняя жидкость стекает в емкость 8. Вследствие этого давление в системе уменьшается, а сигнальная лампочка 11 выключается и перепускной клапан 2 устанавливается в исходное положение. Регулирование частоты вращения валов шламовых насосов 5 происходит вследствие отвинчивания или завинчивания маховика регулятора подачи 12. При заворачивании маховика уменьшается сечение трубопровода, поэтому уменьшается количество смазки, поступающей к гидравлических приводов 4, и частота вращения их валов уменьшается. При отвинчивании маховика регулятора подачи 12 процесс регулирования происходит наоборот.
Габариты гидравлического двигателя значительно меньшие электрический двигатель, что позволяет его достаточно легко транспортировать и монтировать. При этом крутящий момент гидравлического двигателя на роторе есть даже больше.
Прототипом гидравлического привода насоса ВШН–150/30 является электромеханическая система регулирования частоты вращения вала вертикального шламового насоса с использованием преобразователя частоты тока. Но это оборудование достаточно дорогое, громоздкое и сложное в эксплуатации и обслуживании, поэтому и не получило широкого использования (Мислюк М. А. и другие. Бурение скважин: Справочник: В 5 т. /М. А. Мислюк, И. Й. Рыбчич, Г. С. Яремийчук. – К.: Інтерпрес ЛТД, 2002. – 304 с.).

4.1 Заключение к разделу

Суть модернизированной конструкции вертикального шламового насоса заключается в применении гидропривода с регулятором частоты вращения валов насосов. Регулирование подачи насоса происходит благодаря відгвинчуванню или завинчиванию маховика дросселя (регулятора подачи).
Изменение частоты вращения валов насосов дает возможность подстроить систему очистки до определенных свойств бурового раствора, что приводит к эффективной его очистки (за счет обеспечения необходимой подачи бурового раствора к гидроциклонов песко - и муловідділювачів), уменьшению его расхода и экономию материальных ресурсов, дозировка бурового раствора из промежуточного блока циркуляционной системы, в случае поглощения бурового раствора в пласт.
Установлен элемент, выполняющий функцию разрыхлителя шлама, с помощью дополнительного вала, будет вспушивать, и разбивать комки (при наличии в буровом растворе), что положительно скажется на работе насоса.
Таким образом, предложенная модернизация дает возможность увеличить механическую скорость бурения, в случае возникновения поглощения бурового раствора в пласт, дозировать необходимое количество бурового раствора, чтобы не допустить осложнений при бурении.