Анатомия пульсации бурового насоса

Анатомия пульсации
бурового насоса
вышек оффшорного оборудования.
Пульсирование в буровых
насосах может быть снижено с
помощью применения демпферов
или, в случае параллельного
использования нескольких
насосов, синхронизации всех
насосов. Cинхронизация насосов
- это процесс, в ходе которого
производится контроль за
вращением нескольких насосов.
Синхронность их колебания и
уменьшение, таким образом,
общей силы колебания достигается
посредством направления давления
на желоб последующего насоса.
Однако, даже при синхронизации
насосов, уровень пульсации в
потоке бурового раствора остается
очень высоким.
Пульсация во впускном
отверстии
Пульсация в насосе появляется в
Shaun White, White Star Pump первую очередь при всасывании или
во впускном отверстии. Буровой
Анализ пульсаций и использование демпферов помогают раствор вливается в напорные
уменьшить износ хрупких буровых насосов. коллекторы и наполняет гильзы.
Буровые насосы с гасителями
колебаний, снижающими пульсацию,
используются уже полвека. До
последнего времени современный
рынок был заполнен трехцилиндровыми
насосами, произведенными по схемам
сороколетней давности, отличающимися
тяжестью нагрузки и чрезмерным
колебанием. В течение последних
сорока лет буровая промышленность
смирилась с недостатками буровых
насосов и проблематичностью их
использования. Существует ряд причин
телеметрии горизонтального
бурения и колебание нефтянных
Очень важно, чтобы впускной
клапан открылся и закрылся быстро
для того, чтобы гильза наполнилась
при всасывании Термин всасывание
может показаться неточным, так как
насос
недостатков в функционировании
насосов, к примеру: неточность
www.upstreampumping.com
15
оказывается под высоким давлением,
исходящим от центробежного насоса,
поршень отодвигается назад и генератор
подкачки заряда пропускает буровой раствор
в цилиндр. Когда цилиндр отступает,
вращаясь в обратную сторону, буровой
раствор втекает, поршень отодвигается с
нелинейной скоростью, начиная от нулевой
скорости, достигая максимальной скорости
в середине вращения и снижая скорость до
нуля в конце вращения, в тот момент, как
гильза наполняется буровым раствором.
Синусоидальный характер колебания
означает, что расход одиночного цилиндра
в обыкновенном трехцилиндровом насосе
в 1600 л.с. начинается с нуля в начале
движения, превышая в дальнейшем в три
раза расход самого цилидра Генератор
подкачки заряда должен превышать расход,
но не настолько, чтобы поднимать напорный
клапан преждевременно. Высокоразрядный
объем с низким давлением является
самой оптимальной ситуацией. Обратные
клапаны должны действовать на напорные
коллекторы так, чтобы генератор подкачки
заряда послал дополнительный объем
в цилиндр при самой высокой скорости
вращения поршня. Предположим, что
процесс наполнения удался на 100%, тогда
короткая, но сильная пульсация произойдет в
напорном коллекторе в момент его открытия
и закрытия.
Пульсация при вращении коленчатого
вала
Следующая и, скорее всего, самая важная
причина пульсации - это вращение
коленчатого вала. Действие вращения
коленчатого рычага при постоянном
обороте в минуту на линейное движение
поршня всегда вызывает непостоянный
расход поршня при ускорении и снижении
скорости движения. Цилиндр, приводимый
в движение коленчатым валом, вращается
следущим образом: начинает вращение м
едленно, затем ускоряет движение на пике вращения и замедляет
ход в конце вращения Например, вращение начинается с нуля
фут/мин, ускоряется до 380 фут/мин и снижается до нуля футов в
минуту, производя в среднем дебит в 275 галлон/ мин.
Скорость поршня в фут/мин и градус
вращение кривошипа
в градусах
Схема 2 - Отношение скорости кривошипа в оборотах
Измерение в галлон/мин по
отношению к градусу вращения
вращение кривошипа
в градусах
общий объем потока насоса по отношению к
градусу вращения коленчатого вала
схема 3А и 3В – Теоритический расход трехцилиндрового насоса
Однако, максимальный расход в цилиндре
при максимальной скорости в 380 фут/мин
достигает 871 галлон/мин, т.е. втрое больше,
чем средний расход цилиндра. Схема 2
показывает постоянную теоретическую
скорость вращения коленчатого вала и
результативную скорость всасывания
поршня, приводимого в движение
коленчатым рычагом. Чем шире вращение,
тем выше будет скорость движения поршня
в середине вращения. Такое повышение
скорости движения в процессе вращения
является следствием того, что насосы с
более длинными поршнями обладают
меньшим максимальным количеством
оборотов в минуту и, таким образом,
отвечают промышленным нормам снижения
износа (ниже 381 фут/мин). Существует
всего несколько компаний, которые
предлагают скорость поршня выше 381 фут/
мин при максимальном количестве оборотов
в минуту.
Схемы 3A и 3B показывают, что
уровень расхода различен в каждом
цилиндре по отдельности, и даже
после того, как три цилиндра
совмещены, результативный поток
производит высокую пульсацию.
Пиковая амплитуда пульсации
в трехцилиндровых насосах
с интервалами в 120 градусов
нерегулярна (как показано на схеме
3В). Таким образом, давление
расхода нерегулярно, как видно по
дуальным пикам, после которых
следует одинарный спуск, затем
пики заново и спуск и т.д. В
результате такой нерегулярности
любая система гашения колебаний
будет проходить по чередующимся
амплитудам, что нежелательно,
так как демпферы обладают двумя
различными пульсами, которые
должны быть снижены
Гаситель пульсаций
Пульсация появилась и
должна быть абсорбирована, к
примеру, гасителем пульсации.
Гаситель пульсации (демпфер), в
зависимомти от перепада давления
и движения частей, поглощает
мгновенные перемены потока,
которые вызываются изменением
скорости поршня. (Этот процесс
похож на работу амортизатора в
автомобиле). Из-за изменения
расхода в течение одного вращения
и высокого давления, гасители
пульсации очень часто являются
громоздкими, тяжелыми и
сложными в обращении.
Четырехцилиндровый насос “Quatro”.
Буровой насос в повышенными характеристиками
■ Коленчатый вал построен и смонтирован на
долгий срок эксплуатации
■ Самый низкий уровень вибрации стояка для
улучшения работы телеметрии
■ Компактность: ширина всего 82 фута
■ Стандартное давление 7500 фунт/кв.дюйм и
расход в 1597 галлон/мин
■ Упрощенная замена нагнетательной части в
полевых условиях: 40 минут
■ Мощность: 800-2200 л.с.
■ 2200 л.с. с двумя электрическими моторами;
всего 87,500 фунтов
Самый компактный
буровой насос с самым
высокими показателями
расхода и сглаживания
подачи
whitestarpump.com
Houston, TX
281-357-4999
www.upstreampumping.com
17
Несмотря на то, что демпфер
поглощает почти всю пульсацию
насоса, его эффективность зависит
от следующих факторов:
•Расположение
•Расстояние от источника пульсации
•Отсутствие преград потоку
•Не (жду пояснения)
•Постоянство пульсации для точной
калибровки
•Точность калибровки
В течение долгого времени
технология трехцилиндровых
насосов и демпферов не была
усовершенствована, однако
пульсация и колебания всегда будут
присутствовать в стандартных
трехцилиндровых насосах.
Пульсация в
четырехцилиндровом
насосе
Некоторые трудности
могут быть разрешены
применением двух демпферов
в четырехцилиндровом
насосе вместо использования
стандартного трехцилиндрового
насоса. Насос с равным
количеством цилиндров, в
котором синусоидальная
волна компенсуется на пиках
и падениях, произведет
постоянную амплитуду
пульсации, которая может быть
погашена отрегулированными
демпферами. Кривая давления
четырехцилиндрового насоса,
как показано на схеме
3С, представляет самый
лучший результат давления
в современных возвратнопоступательных насосах
одинарного действия.
Данные реального времени тестирования четырехцилиндрового насоса в
Кривая реального времени давления в
четырехцилиндровом насосе
dКаждый демпфер:
•Находится близко от нагнетательной
части
•Расположен против течения от
фильтра, таким образом демпфер
остается сухим, и фильтр не
останавливает поток
•Погашает постоянную пульсацию,
исходящую от цилиндров
Избыточная пульсация давления,
которая не была погашена
демпферами, происходит из-за
изменения расхода, описанного
ранее, и, к сожалению, производит
более серьезные результаты.
Повышение давления или
пульсации превосходит повышение
расхода в два раза. При изменении
расхода, давление буровой системы
повышается вследствие увеличения
давления в бурильной колонне.
Повышение давления превосходит
повышение расхода.
В то время, как давление меняется
в насосе, коленчатый вал
испытывает крутящий момент
в середине вращения, когда
поршень ускоряет движение,
, вследствие чего дизельные
или электрические двигатели
испытывают изменение крутящего
момента. Результат – сильный
шум. Такой шум представляет
собой особый вид вибрации, более
заметной в стальных оффшорных
конструкциях. Постоянная
моментарная перегрузка
коленчатого вала, вследствие
неравномерной нагрузки, приводит
к выходу подшипника из строя.
Еще одно воздействие
постоянного замедления
коленчаго вала при вращении
трехцилиндрового насоса это то,
что коленчатый вал замедляет
вращение двух других поршней,
в то время, как один цилиндр
находится в пике вращения.
Таким образом, давление
одного поршня влияет на
скорость двух других поршней.