Mud Pump Q&A: Answers to Operators’ Most Frequent Questions

Часть 1: Вопросы по базовым знаниям

1. Что такое грязевой насос и какова его основная функция?

Буровой насос — это поршневой насос объемного действия, являющийся основным элементом системы контроля твердых частиц при бурении нефтяных скважин, геологической разведке и бестраншейных работах. Как “сердце” системы бурового раствора, буровой насос работает за счет скоординированной работы двух основных секций: силовой и гидравлической.

Силовая часть в основном состоит из таких компонентов, как коленчатый вал, шатун и крейцкопф, которые преобразуют вращательное движение электродвигателя или дизельного двигателя в возвратно-поступательное линейное движение. Гидромассажная часть использует поршни (или плунжеры), перемещающиеся вперед и назад внутри гильз цилиндров, для обеспечения всасывания и нагнетания бурового раствора.

Он выполняет три основные функции: во-первых, он циркулирует буровой раствор под высоким давлением, чтобы поднимать буровой шлам со дна скважины на поверхность для его отделения. Во-вторых, гидростатический столб бурового раствора уравновешивает пластовое давление, предотвращая обрушение скважины, выброс или прорыв. В-третьих, буровой раствор под высоким давлением приводит в действие внутрискважинные объемные электродвигатели и гидравлические ударные устройства, способствующие разрушению горных пород во время бурения.

2. Какие основные типы грязевых насосов существуют?

Классификация по количеству баллонов в промышленном применении:

1. а. Одноцилиндровый грязевой насос: малый рабочий объём, высокое рабочее давление, широко используется для геологической разведки небольших участков и бурения неглубоких скважин.
2. b. Трехпоршневой грязевой насос: основная модель для бурения нефтяных скварок, отличающаяся компактной конструкцией, стабильным потоком и низкими колебаниями давления, стандартная комплектация для наземных буровых установок и буровых установок, смонтированных на грузовиках.

Двухтактные буровые насосы двойного действия устарели из-за большого веса и сильных пульсаций давления, поэтому их редко применяют в новых буровых проектах.

По принципу работы насосы делятся на односторонние (всасывание и нагнетание с одной стороны поршня) и двухсторонние (жидкость протекает через обе стороны поршня). Трехпоршневой грязевой насос оснащен тремя независимыми цилиндрами, работающими с фазовым сдвигом, что позволяет осуществлять непрерывную подачу бурового раствора, снижая колебания давления и повышая стабильность потока.

В практических буровых работах обычно перед грязевым насосом устанавливается подкачивающий насос (бустерный насос). Его назначение — обеспечивать стабильное давление на входе в основной насос, предотвращать кавитацию и повышать объемную эффективность. На буровых площадках также часто один подкачивающий насос подает буровой раствор к двум грязевым насосам. Как правило, существует два способа реализации такой схемы:

Метод 1: Отключите двигатель подкачивающего насоса от системы управления SCR или VFD, сохранив при этом исходную логику блокировки, чтобы грязевые насосы запускались только после работы подкачивающего насоса. Этот метод требует минимальных изменений и может быть реализован быстро. Однако он может привести к таким проблемам, как неравномерные условия всасывания и нестабильное распределение потока между двумя грязевыми насосами.

Метод 2: Установка новых электрических соединений от смесительного насоса или системы подачи бурового раствора и комплексная модификация логики управления. После отключения исходной цепи управления устанавливается новая взаимосвязь между подачей бурового раствора и блокировкой. Этот подход более систематичен и позволяет эффективно обеспечить стабильную работу обоих буровых насосов. Однако он предполагает более сложные строительные работы и требует более высокого уровня технической экспертизы.

Из каких основных компонентов состоит грязевой насос?

Насос в целом разделён на силовую и гидравлическую части:

– Силовой агрегат: коленчатый вал, шатун, крейцкопф, зубчатая передача, подшипники и корпус насоса, преобразующий вращательную энергию двигателя в возвратно-поступательное линейное движение поршней.

– Рабочая часть (контактирующие с жидкостью детали): гильза, поршневой узел, узел всасывающего и нагнетательного клапанов и головка насоса, непосредственно контактирующие с буровым раствором для обеспечения всасывания и создания давления.

Вспомогательные принадлежности включают предохранительный клапан, гаситель пульсаций, всасывающий трубопровод, линию нагнетания высокого давления и централизованную систему смазки.

Часть 2: Вопросы выбора и параметров

1. а. Как выбрать подходящий грязевой насос для буровых работ?

Выбор модели зависит от трех условий работы:

① Общая глубина бурения: малогабаритные трехпоршневые насосы для неглубоких скважин, мощные трехпоршневые насосы высокого давления для нефтегазовых скважин на уровне километра.

② Требуемый расход и рабочее давление: Рассчитайте целевой расход на основе объема затрубного пространства и внутреннего диаметра бурильной трубы, подтвердите номинальное давление с учетом несущей способности пласта, заложите запас прочности 151Т3Т~201Т3Т для номинальных параметров насоса.

③ Свойства бурового раствора: Улучшение износостойкого материала контактирующих с жидкостью частей для буровых растворов с высоким содержанием песка или коррозионно-активных растворов; выбор компактных легких насосов для буровых установок, устанавливаемых на грузовиках, и мощных насосов большой производительности для стационарных буровых платформ.

1. b. Что означают давление и расход насоса для грязевых насосов?

– Расход (вытеснение): объем бурового раствора, перекачиваемый за единицу времени, определяет скорость возврата бурового раствора вверх. Недостаточный расход не позволяет эффективно выносить буровой шлам и приводит к застреванию бурильной трубы из-за осевшего песка.

– Рабочее давление: выходное давление, преодолевающее трение в трубопроводе, гидростатическое сопротивление скважины и сопротивление пласта; высокое давление необходимо для бурения глубоких скважин и бурения в пластах с высоким давлением.

Расход и давление имеют отрицательную корреляцию: меньший размер гильзы или меньший ход поршня уменьшают расход, одновременно повышая рабочее давление, и наоборот.

1. c. Какие требования к материалам предъявляются к деталям грязевого насоса, контактирующим с рабочей средой?

Компоненты, контактирующие с рабочей средой, выдерживают длительную эрозию под воздействием песчаных и кислотно-щелочных растворов и соответствуют строгим стандартам износостойкости и коррозионной стойкости:

– Футеровка: высокохромистый чугун или биметаллический композит; футеровка с керамической облицовкой для буровых растворов с высоким содержанием песка.

– Поршень: покрыт полиуретаном, имеет металлический каркас для защиты от абразивного истирания и разрыва.

– Седло клапана и сердечник клапана: нержавеющая сталь с твердосплавным покрытием для защиты от эрозии и кавитации.

В условиях воздействия коррозионного бурового раствора следует использовать нержавеющую сталь или износостойкие сплавы для всех деталей, контактирующих с жидкостью.

Часть 3: Вопросы по эксплуатации и повседневному использованию

1. 1. Какие предварительные проверки следует провести перед запуском грязевого насоса?
2. а. Проверка смазки: Убедитесь в достаточном уровне масла в коробке передач и в целостности смазки без признаков её ухудшения.
3. б. Проверка рабочей части клапана: правильная установка гильзы, поршня и клапанного узла с затянутыми всеми крепежными элементами.
4. c. Осмотр трубопровода: Отсутствие утечек воздуха на всасывающей линии, целостность фильтра и обратного клапана, отсутствие засоров (воздухозаборник не приводит к всасыванию жидкости).
5. d. Проверка компонентов безопасности: калибровка предохранительного клапана и демпфера пульсаций с правильным предварительным давлением воздуха.
6. e. Ручная проверка: Перед запуском без нагрузки несколько раз поверните насос вручную, чтобы убедиться в отсутствии заклинивания или нештатных ситуаций.
7. Каковы стандартные правила эксплуатации?
8. а. Никогда не запускайте двигатель под полной нагрузкой сразу; работайте на низкой скорости без нагрузки в течение 3-5 минут, постепенно увеличивая давление и расход после того, как убедитесь в отсутствии посторонних шумов или утечек.
9. b. Контролировать давление, расход и температуру смазочного материала насоса в режиме реального времени; немедленно отключать насос при возникновении резких колебаний давления.
10. c. Периодически проверяйте герметичность уплотнений и своевременно подтягивайте ослабленные болты.
11. d. Регулировку хода или замену гильзы следует производить только после полного выключения насоса; разборка под давлением запрещена.
12. Может ли грязевой насос работать всухую? Почему?

Пробег по сухой трассе без грязи строго запрещен.

Поршень и гильза цилиндра используют грязевую пленку для смазки и охлаждения. Сухое трение в течение нескольких минут приводит к чрезвычайно высокой температуре, вызывая сгорание полиуретанового поршня и износ соответствующей гильзы; компоненты клапана также деформируются от перегрева без жидкостного охлаждения.

Часть 4: Вопросы технического обслуживания и смазки

Как проводить регулярное техническое обслуживание грязевого насоса?

– Ежедневное техническое обслуживание: очистка от накипи вокруг корпуса насоса, проверка на утечки, уровень масла и затяжку болтов в течение смены.

– Еженедельное техническое обслуживание: проверка степени износа клапана и поршня, очистка фильтра на всасывании.

– Ежемесячное техническое обслуживание: проверка зазора подшипника коленчатого вала и крестовины, повторная затяжка болтов фундамента.

– Капитальный ремонт после завершения проекта: разборка силового и гидравлического узлов, замена изношенных уплотнений и перетертых запасных частей.

Какое смазочное масло следует использовать? Как часто его нужно менять?

1. а. Коробка передач силового агрегата: среднетоннажное закрытое трансмиссионное масло CKC220 для всех сезонов.
2. б. Поперечная головка и подшипник: литиевая смазка EP.

График замены масла: первая замена масла после 200 рабочих часов для нового насоса; регулярная замена трансмиссионного масла каждые 1500–2000 рабочих часов при нормальной эксплуатации; пополнение смазки через смазочные ниппели по мере необходимости в течение смены.

Как защитить грязевые насосы, когда они долгое время не используются?

1. а. Тщательно слейте остатки грязи, промойте рабочую часть двигателя чистой водой; снимите поршень, гильзу и детали клапана, после полного высыхания нанесите антикоррозийную смазку.
2. б. Замените смазку в коробке передач и залейте антикоррозийную смазку во все точки смазки.
3. c. Загерметизировать входное и выходное отверстия насоса пылезащитным кожухом, накрыть весь насос от дождя и солнечного света и хранить в сухом, хорошо вентилируемом складском помещении.

Часть 5: Поиск и устранение неисправностей

1. Грязевой насос работает с недостаточным давлением и напором. В чем причина?
2. Утечка воздуха в всасывающем трубопроводе или засорение фильтра приводят к недостаточному притоку жидкости → необходимо отремонтировать уплотнение трубопровода и очистить фильтр.
3. Изношенный поршень или пробитый клапанный узел вызывают внутреннюю утечку → замените поршень или отремонтируйте клапанный комплект.
4. Чрезмерный зазор между гильзой и поршнем → замените гильзу и поршень на соответствующие.
5. Аномальное предварительное давление в заслонке или преждевременное открытие предохранительного клапана → откалибруйте предохранительный клапан и пополните давление воздуха в заслонке.
6. Сильная утечка из грязевого насоса, как с этим справиться?

– Утечка через уплотнение штока поршня: Замените изношенное уплотнение или добавьте новый уплотнительный материал.

– Утечка грязи между торцами гильзы: Замените поврежденное уплотнительное кольцо гильзы.

– Трещина в корпусе головки насоса, приводящая к протечке: устранить сваркой или заменить всю головку насоса.

3. Наблюдаются ли ненормальные шумы и вибрация во время работы?
4. Ненормальный звук со стороны силового агрегата: Изношенный подшипник или шестерня с недостаточным количеством смазки → остановить насос для замены детали и заправки маслом.
5. Стук внутри рабочей части клапана: Смещение или заклинивание сердечника клапана → разборка и замена клапанного узла.
6. Вибрация всего насоса: ослабление анкерных болтов фундамента или резонанс подвесного всасывающего трубопровода → закрепите анкерные болты и добавьте опоры для трубопровода.
7. Короткий срок службы поршня и гильзы цилиндра, как его увеличить?
8. Оптимизация системы контроля твердых частиц с помощью вибросита для поддержания содержания глинистого песка ниже 11 тонн 3 тонн.
9. Улучшенные запасные части: используются керамическая гильза и износостойкий полиуретановый поршень для бурения в условиях высокого содержания песка.
10. Стандартизация работы: исключение работы всухую и мгновенного воздействия высокого давления при запуске.

Часть 6: Вопросы, касающиеся запасных частей и замены.

1. Какие изнашиваемые детали нуждаются в регулярной замене?

Расходные детали для гидравлической части: поршневой узел, гильза, комплект всасывающего и нагнетательного клапанов, седло клапана, уплотнительные кольца и сальник; изнашиваемые детали гидравлической части, включая сальник и подшипник, заменяются по мере фактического износа.

2. Как определить, когда следует заменить гильзы и поршни грязевого насоса?
3. а. Резкое падение давления и снижение расхода при отсутствии подтвержденной неисправности клапана → износ гильзы и поршня достигает предела, требующего замены.
4. б. Визуальный осмотр: Трещины, вздутия или отслоение резиновой прокладки поршня; царапина на внутренней поверхности гильзы цилиндра глубиной более 1 мм требует замены всего комплекта.