Расчет основных параметров и выбор бурового насоса

Давление и производительность бурового насоса выбирают расчетным путем на основе требований, предъявляемых технологией бурения и промывки скважины с учетом ее конструкции и компоновки бурильной колонны. При этом скорость восходящего потока раствора в кольцевом пространстве скважины при бурении под промежуточную и эксплуатационную колонну при забойном двигателем должна быть не менее V=0, 5-0, 6 м/с, а при роторном способе бурения V=0, 3-1, 2 м/с.

Принимаем скорость восходящего потока равной V=0, 5 м/с.

1. Скорость восходящего потока раствора в кольцевом пространстве скважины при бурении под промежуточную и эксплуатационную колонну:

где - объемный КПД процесса нагнетания (коэффициент утечек);

- индикаторный КПД;

D_д - диаметр долота при бурении под эксплуатационную колонну, дм;

D_к - наружный диаметр колонны бурильных труб, дм.

Полученное значение производительности необходимо проверить по удельной подаче раствора на забой, определяемой отношением:

2. Потери давления в манифольде:

где = 40*10^-5

МПа

Потери давления в бурильных трубах:

где = 600*10^-8 - коэффициент потерь давления в бурильных трубах;

L=5500-500=5000 м - длина колонны бурильных труб.

МПа

Потери давления в утяжеленных бурильных трубах:

где - коэффициент потерь давления в УБТ

МПа

Потери давления в замковых соединениях:

где =7, 1*10^-5 - коэффициент потерь давления в замковых соединениях.

l=23, 5 м - расстояние между замковыми соединениями, м

МПа

Потери давления в забойном двигателе P_зд=0

Потери давления в долоте:

где F₀ - суммарная площадь поперечных сечений промывочных отверстий долота, см².

Для долота D_д=215, 9 мм F₀ = 13, 5 см², тогда a_д=658*10^-6

МПа

Потери давления в кольцевом пространстве:

490*10^-9 - коэффициент потерь давления в кольцевом пространстве

МПа

Давление, развиваемое насосом:

P_max=0, 81+ + + +9, 1+0, 12=15, 2 МПа

3. Определим гидравлическую мощность насоса:

где -коэффициент, учитывающий нагрузки при запуске насоса

4. Механическая мощность насоса:

кВт

где - объемный КПД процесса всасывания (коэффициент наполнения);

механический КПД насоса;

гидравлический КПД насоса.

5. Ход поршня насоса:

Примем S=400мм.=4дм.

Определим частоту ходов поршней

ход/мин

Примем частоту ходов поршней = 65 ход/мин = 1, 083 ход/с.

6. Длина шатуна:

мм

7. Диаметр штока:

мм

Примем d_ш =60мм.=0, 6дм

8. Определим диаметр поршня:

дм = 120 мм

где - коэффициент подачи.

Примем диаметр поршня равный 120 мм

9. Длина цилиндровой втулки:

Принимаем l=590 мм

10. Производим проверку расчетным путем производительности бурового насоса:

л/с

11. Максимальное допустимое давление на выкидке насоса:

12. Примем передаточное отношение зубчатого зацепления кривошипного и трансмиссионного валов i=4, 92.

13. Диаметр клапанов определяется площадью проходного сечения, необходимой для движения жидкости с заданной скоростью. При полностью открытом клапане площадь проходного сечения у горловины конического седла определяется по формуле:

где - диаметр горловины седла клапана;

- высота подъёма клапана;

- угол между образующей и осью конуса; =45 или 60.

Высота подъема клапана определяется из условия безударной посадки тарелки на седло клапана, которое определяется зависимостью:

Диаметр клапана рассчитывается по максимальной производительности насоса, т.е. при наибольшем диаметре цилиндрической втулки. При этом скорость движения жидкости не должна превышать 10-15 м/с.

14. Диаметры нагнетательной и всасывающей труб определяются наибольшей производительностью насоса и скоростью движения раствора в этих трубах с учетом условия неразрывности потока

где d_в и d_н - диаметры всасывающей и нагнетательной труб;

V_в и V_н - средние скорости движения жидкости во всасывающей и нагнетательной трубах.

V_в =1-2 м/с; V_н =1, 5-2, 5 м/с.

Примем V_в = 1, 8 м/с; V_н = 2, 5 м/с.

Получим

Выбираем двухпоршневой буровой насос УНБ-600