Всасывающие линии и манифольд.

Очищенный буровой раствор посредством подпорных насосов либо самовсасыванием подается из приемных резервуаров циркуляционной системы в буровые насосы. Всасывающим трубопроводом или линией всасывания называют участок трубопровода, по которому подводится раствор из опорожняемой емкости к насосу.

Всасывающие линии имеют важное значение в обеспечении заданных технических показателей буровых насосов. Эффективность действия их определяется полнотой заполнения жидкой средой рабочих камер насоса. При неполном заполнении рабочих камер при всасывании уменьшается подача буровых насосов, а также снижаются точность и долговечность всей насосной установки из-за гидравлических ударов, возникающих при обратном ходе поршней. Для полного заполнения рабочих камер насоса всасываемая жидкость должна безотрывно следовать за поршнем. Надо иметь в виду, что при отрыве всасываемой жидкости от поршня в рабочих камерах насоса образуется вакуум, в результате которого возникает кавитация, способная привести к полному срыву подачи. Поэтому для обеспечения безотрывного перемещения всасывающей жидкости за поршнем и предотвращения кавитации давление на входе в насос должно быть выше давления насыщенных паров жидкой среды: р_в>р_n.

В зависимости от компоновки циркуляционной системы буровые насосы располагаются выше или ниже уровня бурового раствора в емкости. Предпочтительнее располагать насос ниже уровня бурового раствора в опорожняемой емкости. В этом случае насосы работают с подпором, определяемым разностью высот бурового раствора в опорожняемой емкости и центра тяжести сечения входа в насос. Если буровой насос располагается выше уровня раствора в емкости, то высота установки его ограничивается допускаемой вакуумметрической высотой всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей.

Высоту всасывания вычисляют на основании уравнения Бернулли для потока жидкости в сечениях z_а совпадающих с уровнем раствора в опорожняемой емкости, и в сечении z_в, совпадающем с входом в насос:

(14.3)

Скорость опорожнения емкости можно принять равной нулю, а давление р_а над свободной поверхностью жидкости — равнымдавлению р₀ окружающей среды. Учитывая, что высота всасыванияz=z_B-z_aиз уравнения (14.3) получим

Z = , (14.4)

где р_в— давление на входе в насос, Па; — скорость бурового раствора на входе в насос, м/с; — плотность бурового раствора, кг/м³; g — ускорение свободного падения, м/с²; — потери давления на преодоление инерции бурового раствора (определяются массой и ускорением бурового раствора во всасывающей трубе), Па; — потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений всасывающей трубы и приемного коллектора насоса, Па; — потери давления на преодоление сопротивления клапана насоса, Па.

Пользуясь уравнением (14.4), можно определить высоту всасывания, если приравнять давления р_в и р_п. Кроме того, при заданной геометрической высоте всасывания и допустимом перепаде давления р₀ — р_п можно рассчитать предельно допустимую подачу насоса и минимально необходимый диаметр всасывающей трубы, от которых зависят инерционные () и гидравлические () потери всасывающей линии. Для снижения инерционных потерь давления рекомендуется на всасывающей линии устанавливать воздушный компенсатор. При недостаточном давлении р_в на входе в насос и работе с буровыми растворами высоких плотности и вязкости всасывающие линии снабжаются подпорными насосами.

Длина всасывающей линии должна быть минимально возможной, а диаметр используемых труб — не менее диаметра приемного коллектора бурового насоса. На свободном конце всасывающей линии устанавливают сетчатый фильтр, световая площадь которого должна быть не менее площади сечения труб, используемых в линии всасывания. Всасывающий трубопровод крепят к насосу посредством фланцевого соединения, уплотняемого листовой прокладкой из резины. Неточность изготовления и монтажа всасывающих линий компенсируется подвижными соединительными муфтами (компенсаторами). Для защиты бурового раствора от промерзания всасывающей линии покрывают теплоизоляционным материалом. Запасные ёмкости циркуляционной системы с буровым раствором и химическими реагентами подключаются к всасывающей линии с помощью труб сравнительно небольшого диаметра, снабжённых клиновыми задвижками или поворотными шиберами.

Манифольдом или линией нагнетания называется участок трубопровода между буровым насосом и вертлюгом, по которому буровой раствор подаётся в бурильную колонну. Буровые насосы входящие в комплект циркуляционной системы, имеют индивидуальные всасывающие линии и общий манифольд. Реже при небольшом удалении от оси скважины буровые насосы снабжаются индивидуальными манифольдами.

Манифольд (рис.14.9) состоит из трубной обвязки 6 буровых насосов, трубной обвязки 8 вышечного блока; трубопровода 7, соединяющего обвязки в насосном и вышечном блоках; вспомогательного трубопровода 1; пультов управления 4. Трубная обвязка насосов предназначена для подачи бурового раствора 2 насосов к распределителю с дроссельно-запорным устройством 3 и 5.

Отводы состоят из набора трубных секций и переходных колен, необходимых для соединения нагнетательного патрубка насоса с распределителем. На отводах устанавливают задвижки для слива бурового раствора, а также манометры с предохранительным устройством. Задвижки 3распределителя служат для подачи бурового раствора в скважину либо в перемешивающие и очистные устройства циркуляционной системы.

Трубная обвязка 8вышечного блока состоит из стояка и распределительно-запорного устройства, позволяющего подавать буровой раствор в вертлюг либо превентор, а также откачивать его от цементировочного агрегата. Стояк представляет собой набор трубных секций, имеющих линзовые соединения (рис.14.10). К стояку крепится изогнутое колено для присоединения бурового рукава, по которому раствор подается в вертлюг.

Для плавного перевода бурового насоса с холостого режима работы на рабочий применяют дроссельно-запорное устройство (рис.14.11), которое приводится в действие сжатым воздухом, поступающим от компрессорной станции буровой установки. Управление этим устройством осуществляется четырёхклапанным краном, установленным на пульте управления.

Трубные секции манифольда соединяются при помощи быстро-разъемных замковых соединений (рис. 14.12). Между отдельными блоками буровой установки трубы манифольда соединяются монтажными компенсаторами (рис.14.13), обеспечивающими угловое смещение соединяемых труб на 10° и линейное их смещение до 200 мм. Крепление манифольда к основанию буровой установки и вышке осуществляется при помощи хомутовых соединений. В технической характеристике манифольдов указаны рабочее и пробное давления, диаметр и толщина стенок труб, а также масса манифольда. Манифольды изготовляют с рабочим давлением 20, 25, 32 и 40 МПа в зависимости от класса буровой установки. Пробное давление составляет соответственно 30, 38, 48 и 60 МПа. Трубы, используемые в манифольдах, имеют диаметр проходного отверстия 80, 100 и 125 мм.