Мобильные буровые насосные установки

За последние годы в России наметилась устойчивая тенденция роста добычи углеводородов при одновременном снижении разведанных запасов. Естественно, такое положение бесконечно продолжаться не может. Необходимо увеличение объемов как разведочного, так и эксплуатационного бурения. И абсолютно ясно, что бурить придется в более труднодоступных районах, а значит, потребуется техника, которую можно доставить в эти районы без значительных затрат.

The authors present pump drilling units using plunger pumps developed and made at «Sinergia» plant.

Завод «Синергия» известен как разработчик и изготовитель плунжерных насосов. Поэтому не случайно в 2001 г. к нам обратилось ОАО «Башнефть» с предложением создать мобильную насосно-буровую установку с плунжерным насосом, так как насосы, выпускаемые в России, не подходили для новых условий труда. Их типичным представителем является НБТ-600, низкооборотистый поршневой насос, вес которого 14 тонн, а вся насосная установка с приводом, трансмиссией и манифольдом весит не менее 28 тонн. Негабаритный груз, неподъемный для вертолетов, просто не может быть доставлен к месту работ без значительных затрат. Что при перебазировании буровых комплексов приводит к потерям времени и большим материальным затратам.

Проанализировав положение с существующими буровыми установками, поставили задачу создания буровых насосных установок, по габаритам и весу соответствовавшим допустимым параметрам, способных транспортироваться без ограничений как по автомобильным дорогам, так и, в случае необходимости, вертолетом. То есть их габариты не должны превышать 10 000 х 2500 х 3000 мм, а вес не должен превышать 18 тонн.

Сравнив поршневые и плунжерные насосы, сделали выбор в пользу последних.

В поршневом насосе уплотнение происходит по одной кромке, в плунжерном обеспечивается пакетом уплотнений (рис. 1).

Рис. 1. a – уплотнение поршня в цилиндровой втулке

Рис. 1. б – уплотнение плунжера

Это обстоятельство определяет низкую стойкость поршня и необходимость его частой замены. Второй существенный недостаток поршневых насосов обусловлен тем, что уплотняющая кромка поршня подвижна и к ней невозможно подвести смазку, тогда как в плунжерном насосе пакет уплотнения неподвижен и подвести к нему смазку не представляет особого труда. Смазка, естественно, позволяет существенно повысить стойкость как пакета уплотнений, так и самого плунжера. И самое главное, смазка дает возможность значительно увеличить скорость перемещения плунжера, а следовательно, обороты насоса.

Увеличение оборотов насоса позволяет выполнять ту же работу в единицу времени, прикладывая меньшие усилия. Другими словами, увеличивая обороты, пропорционально снижаем габариты и вес насоса.

Отдав предпочтение плунжерным насосам, сделали следующий шаг – отказались от подшипников качения и перешли на подшипники скольжения. Данная замена подшипников также привела к снижению габаритов и веса насосов.

Таким образом, при создании буровых насосов было взято направление на плунжерные насосы с подшипниками скольжения.

В процессе эксплуатации трехплунжерных насосов завод «Синергия» провел большой объем работ по их совершенствованию, учитывая работу насосов не только в составе агрегатов периодического действия (установки для цементирования скважин, гидравлического разрыва пластов, для кислотной обработки скважин и др.), но также и в насосных установках непрерывного действия – в системах поддержания пластового давления (ППД). С учетом полученных экспериментальных данных заводом «Синергия» были разработаны трехплунжерные насосы – СИН-61, СИН-63. Характеристики этих насосов в сравнении с насосом НБТ-600 приведены в табл. 1.

Табл. 1. Технические характеристики насосов

Создание легкого, компактного и надежного насоса – хоть и основная, но далеко не единственная проблема буровой насосной установки. Много времени и затрат потребовал также выбор трансмиссии. Традиционно трансмиссия состоит из клиноременной передачи и зубчатой передачи внутри насоса (разнесенного шеврона). А это – большие габариты, значительный вес и постоянный контроль за ремнями, а также необходимость их частой регулировки и замены (рис. 2).

Рис. 2. Насос НБ-600

Первоначально нами по требованию заказчика был изготовлен цепной редуктор, впоследствии замененный на клиноременную передачу. Но и от той, и от другой трансмиссий мы отказались, перейдя на планетарные редукторы, которые намного легче, компактней. А все их обслуживание сводится к контролю над наличием масла в редукторе для сохранения температурного режима работы (рис. 3).

Рис. 3. Редуктор СИН-52

Следующей задачей следует считать выбор привода. Первоначально нами были использованы двигатели постоянного тока с тиристорными приводами собственного изготовления. Но, учитывая тот факт, что двигатель постоянного тока сложен и дорог, в дальнейшем перешли на асинхронные двигатели с частотными приводами.

Кроме электрических двигателей нами в качестве привода применяются и дизельные двигатели. Если при использовании электрических двигателей число оборотов насоса, а соответственно, и подача, меняются за счет тиристорного или частотного привода, то при применении дизеля требуется коробка передач. На дизеле до 400 л.с. используется серийная коробка передач, при использовании более мощных дизелей пришлось создать коробку передач собственной конструкции (рис. 4).

Рис. 4. Редуктор СИН-58

Немаловажное значение в буровой насосной установке имеет обвязка, как по напорной линии, так и приемной линии. На сегодняшний день у нас имеются вся запорная арматура и соединительные элементы, позволяющие собрать и разобрать без сварки манифольд 3 дюйма на напоре и 4 дюйма на приеме.

При отработке буровых насосных установок большое внимание уделялось стойкости быстро изнашиваемых частей (клапан, седло клапана, плунжер, уплотнение плунжера).

На сегодняшний день наиболее нагруженная деталь – плунжер выдерживает без замены полный цикл бурения основного ствола глубиной до 3 км. Этого удалось достичь благодаря уникальной химико-термической обработке плунжера. Производился сравнительный анализ расхода запасных частей в денежном выражении на 1 км проходки в сравнении с поршневыми насосами НБТ-600. На наших насосах расход как минимум в 3 раза меньше. Это существенный аргумент в пользу плунжерных насосов, если учитывать, что наша политика в последние 2 года направлена только на снижение рыночной стоимости оборудования и запасных частей к нему и ни в коем случае – на повышение.

Не секрет, что эффективность труда напрямую связана с условиями труда, поэтому все насосные буровые установки изготавливаются нами с жестким теплым укрытием. Сплошное пенополиуретановое покрытие обеспечивает действенную теплоизоляцию, что создает для обслуживающего персонала комфортные условия труда как зимой, так и летом (рис. 5).

Рис. 5. Теплое укрытие

На базе насосов СИН-61 и СИН-63 созданы насосные установки с электрическим и дизельным двигателями (рис. 6, рис. 7).

На сегодняшний день наши буровые насосные установки работают в «Башнефти», Оренбургской буровой компании, БК «Евразия» (Пермский филиал), «Анега-Бурение», Национальной буровой компании, IDS, «Татнефти», Самотлорнефтепромхиме, НК «Дулисьме» и др.

Рис. 6. Мобильные буровые насосные установки с насосом СИН-61 с дизельным и электрическим приводами

Рис. 7. Мобильные буровые насосные установки с насосом СИН-63 с дизельным и электрическим приводами

Кроме насосов СИН-63 и СИН-61 по тех. заданию ООО «Анега-Бурение» нами разработан насос СИН-71 (табл. 2) и заканчивается разработка трансмиссии и элементов манифольда высокого давления на 4 дюйма. Для создания мобильных буровых насосных установок потребовалось освоение целого ряда новых уникальных технологий и специального оборудования. На сегодняшний день мы можем шлифовать уникальные коленвалы, крупные резьбы и зубчатые колеса. Специальные обрабатывающие центры позволяют 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 необходимую износостойкость и прочность. Другими словами, энергоемкость наших установок (мощность на килограмм веса) как минимум в три раза выше, чем с поршневыми насосами, не только за счет удачных конструкторских решений, но и благодаря высокому технологическому уровню изготовления.

Табл. 2. Технические характеристики насоса СИН-71

Комментарии посетителей сайта