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.