Мобильность – требование времени
Завод «Синергия» известен как разработчик и изготовитель компактных плунжерных насосов. Не случайно в 2001 г. именно к нему обратилось ОАО «Башнефть» с предложением создать мобильную насосно-буровую установку с плунжерным насосом.
Нефтяников не устраивали, прежде всего, насосы, выпускавшиеся в то время в России. Типичный пример – низкооборотный поршневой насос НБТ-600, масса которого равна 14 тонн, а вся насосная установка с приводом, трансмиссией и манифольдом весит не менее 28 тонн. Этот негабаритный груз (а для вертолетов просто неподъемный) не может быть доставлен к удаленному месту работ без значительных затрат. Отсюда потери времени и большие материальные расходы при перебазировании буровых комплексов.
Проанализировав существующие буровые установки, руководители завода поставили задачу – создать оборудование, которое можно транспортировать без дополнительной разборки и ограничений как по автомобильным дорогам, так и в случае необходимости вертолетом. То есть его габариты не должны превышать 10 х 2,5 х 3 м, а масса – 18 тонн.
Анализ конструкции существующих буровых насосов и установок показал, что основная причина больших габаритов и веса – тихоходность. Буровые насосы в своем подавляющем большинстве сегодня поршневые. В них используется уплотнение по подвижной кромке поршня, к которой практически невозможно подвести смазку (рис. 1). Возникает сухое трение, и при увеличении скорости перемещения поршня происходит его ускоренное разрушение. Именно из-за этого на поршневом насосе нельзя повысить обороты, чтобы снизить его массу и габариты.
Рис. 1. Уплотнение поршня в цилиндровой втулке
Рис. 2. Уплотнение плунжера
N=Mxn, (1)
где N – передаваемая мощность, М – крутящий момент, п – число оборотов в единицу времени.
Из формулы следует, что при одной и той же мощности с увеличением оборотов снижается крутящий момент, а значит, и передаваемые усилия. В нашем случае это эквивалентно снижению веса и габаритов.
Скольжение против качения
Следующая причина большого веса и, кстати, малого ресурса поршневых насосов – подшипники качения, традиционно используемые в их кривошипно-шатунном механизме (КШМ, рис. 3). Малые обороты насоса вынуждают производителей использовать именно подшипники качения, которые из-за высоких рабочих нагрузок должны иметь очень большие размеры. Между тем крупноразмерные подшипники изготавливаются с большими погрешностями в размерах роликов и колес и, соответственно, имеют большие зазоры. Как следствие получаем неравномерное распределение нагрузок на ролики. Кроме того, циклический характер нагрузок в насосах крайне отрицательно сказывается на работоспособности подшипников. Все перечисленное ограничивает ресурс их работы интервалом до 5 – 6 тыс. часов.
Рис. 3. КШМ поршневого насоса с подшипниками качения
Рис. 4. КШМ плунжерного насоса с подшипниками качения
- жидкостное трение взамен полусухого у подшипников качения. При жидкостном трении поверхности вала и подшипника разделены сплошной масляной пленкой. Рабочие поверхности непосредственно не соприкасаются, благодаря чему снижается их износ, значительно повышается ресурс подшипников;
- возможность минимизировать радиальные размеры и массу благодаря разборной конструкции;
- высокая демпфирующая способность при воздействии циклических нагрузок;
- бесшумность в работе.
Табл. Сравнительные характеристики поршневого и плунжерного насосов одинаковой мощности
Передать крутящий момент
Третья причина больших габаритов и веса типовых поршневых насосов – неудачная трансмиссия. Традиционно в буровых установках трансмиссия насоса состоит из внешней клиноременной передачи и внутренней зубчатой передачи (разнесенный шеврон). Все это выливается в большие объемы, очень значительный вес и необходимость постоянного контроля за ремнями, их частой регулировки и замены. В силу перечисленных недостатков для мобильной насосной установки подобная схема не годится.
Рис. 5. Планетарный механизм
1 – солнечное колесо, 2 – сателлиты, 3 – вал центрального насоса, Н – вал водила
- нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами. Соответственно, действующие на зубья колес силы кратно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы;
- в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большей (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью;
- равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила.
Рис. 6. Трансмиссия поршневого насоса
Рис. 7. Трансмиссия плунжерного насоса
Не секрет, что эффективность труда напрямую связана с его условиями, поэтому все насосные буровые установки завода «Синергия» снабжаются жестким теплым укрытием. Сплошное пенополиуретановое покрытие обеспечивает эффективную теплоизоляцию (рис. 8), что создает комфортные условия для обслуживающего персонала зимой и летом.
В сочетании с планетарной трансмиссией компактные плунжерные насосы имеют следующие преимущества перед поршневыми:
- насосную установку можно разместить на обычном полуприцепе, который позволит транспортировать ее по дорогам общего пользования без каких-либо ограничений. При этом общая масса установки с полуприцепом не превысит 20 тонн;
- конструкция установки не требует каких-либо монтажных работ при переезде. После доставки на место нужно лишь подключить приемную и напорную линии (сБРС) и кабели электрического снабжения. Все это значительно сокращает время переезда и снижает затраты;
- рабочий ресурс основных сменных элементов (быстроизнашиваемых деталей) рассчитан так, чтобы во время бурения не требовалось никакого обслуживания. Тем самым практически исключается простой оборудования из-за отказа насосной установки. Обслуживание насоса можно выполнять в ходе переезда одним человеком в течение полутора часов.
Рис. 8. Мощная установка с насосом СИН61, четырехскоростным планетарным редуктором СИН58 и дизелем ЯМ38502
По просьбе заказчика насосные установки могут быть изготовлены с регулируемым электрическим приводом, двигателями постоянного тока или асинхронными мощностью до 630 кВт. Общий рабочий ресурс до капитального ремонта составляет 20 тыс. ч, или 10 лет.
В 2012 г. заводом «Синергия» разработана документация и начато изготовление нового бурового насоса СИН71 с гидравлической мощностью 1000 кВт с производительностью до 60 л/сек и рабочим давлением до 40 Мпа, т.е. сделан еще один шаг в направлении применения плунжерных насосов в бурении эксплуатационных скважин.
В настоящий момент буровые насосные установки завода «Синергия» работают в «Татнефти», «Башнефти», Оренбургской буровой компании, БК «Евразия» (Пермский филиал), «Анега-Бурении», Национальной буровой компании, IDS, «Самотлорнефтепромхиме» и на других предприятиях. По отзывам из перечисленных организаций, ресурса основных быстроизнашиваемых деталей хватает на два боковых ствола или один основной.
В ходе создания мобильных буровых насосных установок на заводе был освоен целый ряд новых передовых технологий, установлено специальное оборудование. Например, сегодня мы можем шлифовать уникальные коленчатые валы, крупные резьбы и зубчатые колеса. Специальные обрабатывающие центры способны обрабатывать крупногабаритные сборки с высокой точностью и минимальными затратами времени. Литейное и кузнечно-прессовое производство позволяют получать сложные заготовки с минимальными припусками. Разнообразные виды термической и химической обработки обеспечивают необходимые износостойкость и прочность деталей. В итоге энергооснащенность (мощность на килограмм веса) насосных установок завода «Синергия» как минимум в три раза выше, чем у типовых установок с поршневыми насосами, не только за счет удачных конструкторских решений, но и благодаря высокому технологическому уровню производства.
Наш опыт показывает: в бурении будущее – за плунжерными насосами.
ООО «Завод «Синергия»
614056, г. Пермь, ул. Гашкова, 21а
Тел.: (342) 267-07-23, 267-22-80,
факс: (342) 267-32-21, 267-02-14
E-mail:sinergia@sinergia.ru www.sinergia.ru
