УДК.622.242

Кан. техн. наук., Н.Х. Юнусов , магистрант Б.Е Жубанов

Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга

им. Ш.Есенова

Возможное выравнивание пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Пневмокомпенсаторы служат для выравнивания пульсаций давления, вызываемых колебаниями подачи жидкости из-за неравномерной скорости поршней в насосах. Пневмокомпенсатор представляет собой закрытый сосуд, заполняемый сжатым воздухом либо азотом. При подаче жидкости объем газа в нем уменьшается и в результате этого начальное давление газа возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса объем газа в пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса за один двойной ход.

Колебание давления газа характеризуется коэффициентом неравномерности давления, значения которого при изотермическом изменении состояния газа определяются из выражения

(1)

где - изменение объема газа вследствие неравномерной подачи насоса за один двойной ход; p_cp - среднее давление газа при работе насоса; V₀ - объем газа при начальном давлении; p₀ - давление предварительно закачиваемого газа, принимаемое за начальное.

При работе насоса начальный объем газа в пневмокомпенсаторе изменяется обратно пропорционально давлению:

V₀ p₀ = V_min p_max =V_max p_min =V_cpp_cp

где V_min и V_max - объемы газа при периодическом изменении рабочего давления от p_max до p_min; V_cp - средний объем газа при работе насоса; р_cp - среднее рабочее давление насоса. Изменение объема газа в пневмокомпенсаторе

где - изменение подачи насоса за один двойной ход.

Отношение V/V₀ в процессе работы насоса в заданном режиме остается постоянной величиной. Из этого следует, что, согласно , формуле ( 1), неравномерность давления пневмокомпенсатора можно регулировать давлением закачиваемого газа, определяющим энергоемкость пневмокомпенсатора:

u = V₀p₀ .

В зависимости от предельных давлений, определяемых мощностью и подачей насоса, начальное давление в пневмокомпенсаторе устанавливается в диапазоне: 0,25р'<p₀<0,8р" где р' и р"—предельное давление соответственно при минимальной (наименьшем диаметре сменных втулок) и максимальной (наибольшем диаметре сменных втулок) подаче.

Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению насоса. При этом достигается максимально возможное выравнивание пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Для предохранения газа от утечек и растворения в прокачиваемой жидкости пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного либо поршневого типа.

Диафрагменный компенсатор (рис.1), широко используемый в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из толстостенного сферического корпуса 9, крышки 5, штуцера 2 и эластичной диафрагмы 7. Корпус изготовляется из стального литья и после механической обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при монтаже и ремонте корпус снабжается проушинами. При одинаковой энергоемкости сферическая форма его по сравнению с цилиндрической придает пневмокомпенсатору компактность, при этом масса его меньше.

Диафрагма 7, отделяющая верхнюю газовую полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки 5. Крышка затягивается шпильками, ввернутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом нежелательны вследствие возможной потери эластичности, особенно в условиях низкой температуры.

Отверстие Б пневмокомпенсатора перекрывается конусным утолщением диафрагмы. Металлическая шайба 8 и диск 6 из прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие штуцера 2 и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке установлен угловой вентиль 3 для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом. Пневмокомпенсаторы заряжаются воздухом, нагнетаемым компрессором высокого давления либо азотом, доставляемым в баллонах.

Давление газа контролируется манометром 4, снабженным вентилем. Манометр включается с помощью вентиля перед пуском насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса вентиль закрывается, поэтому манометр предохраняется от преждевременных поломок, вызываемых пульсацией давления в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер 2, затягиваемый шпильками 10, которые одновременно служат для крепления пневмокомпен-сатора к фланцу 1 нагнетательного коллектора насоса.

Долговечность диафрагмы зависит от объемов газа и жидкости при работе насоса, определяемых отношением начального и рабочего давлений в пневмокомпенсаторе. При сравнительно небольших начальных давлениях плоскость перегиба под действием рабочих давлений смещается к верхним сечениям корпуса, имеющим по сравнению со средним сечением меньшую площадь. В результате этого увеличивается изгиб и амплитуда напряжений в деформированные сечениях диафрагмы, вызывающие снижение срока ее службы.

Рисунок 1. Сферический компенсатор

При больших начальных давлениях плоскость перегиба смещается вниз и возникает опасность повреждения диафрагмы от соударений с днищем корпуса. Для устранения этого требуется своевременное регулирование начального давления

В буровых насосах используются диафрагменные пневмокомпенсаторы ПК-70-250 и ПК-70-320, геометрические объемы которых равны 70 дм3, а предельные давления соответственно 25 и 32 МПа.

Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению насоса. При этом достигается максимально возможное выравнивание пульсаций давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Использованная литература

1.Ильский А. Л. Расчет и конструирование бурового оборудования. М., Недра, 1980. 636 с. с ил.

2. Д а н и е л я н А. А. Буровые машины и механизмы. М., Недра, 3 966. 440 с.

3 Аваков В. А. Расчеты бурового оборудования, М„ «Недра», 1984. 397 с.