Буровые насосы

Буровой насос — гидравлическая составляющая техники, используемая для создания скважин различного назначения. Элемент конструкции обеспечивает подачу жидкостей, например, масла, для смазывания движущихся элементов, воды, охлаждения бура или удаления отходов из погружного элемента и скважины.

Благодаря насосу буровая установка работает эффективнее и экономичнее, повышается безопасность, также улучшаются и другие технические характеристики. Для того, чтобы оборудование при бурении сильно не вибрировало, рекомендовано к нему купить компенсатор, который гасит колебания. Далее рассмотрим, из чего состоят и как работают буровые насосы, их виды и на какие критерии обращать внимание при выборе.

Из чего состоит буровой насос

Буровой насос — это сложное гидромеханическое устройство. Не зная, из каких элементов состоит его схема, невозможно разобраться в принципе работы. Прибор разделен на две основные части: механическую и гидравлическую. Далее рассмотрим устройство каждого из них.

Механическая часть

В ней механическая энергия от двигателя приводит в движение поршень. В список основных деталей входят:

1. Корпус. Закрывает внутренние элементы, защищая их от внешних повреждений и создавая безопасность для рабочих. К нему прикрепляются внутренние части устройства.
2. Блок распределения. Передает энергию от сети к электродеталям.
3. Система подачи смазки. По ней все движущиеся детали получают смазывающее вещество.
4. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Основная деталь механической части, которая вращательную энергию переводит в возвратно-поступательную.
5. Шкив. Принимает и передает вращательную энергию КШМ.
6. Подшипники. Благодаря им устройство работает плавно, без рывков и вибрации.

Последняя, но важная деталь — привод. Его основное назначение — принимать энергию от двигателя и отдавать ее буровому насосу.

Гидравлическая часть

В ней содержится рабочая жидкость. Эта часть обеспечивает постоянное давление и отвечает за циркуляцию раствора. К основным деталям относят:

1. Цилиндры. Создают давление в жидкости за счет движения поршня.
2. Поршни. Принимают возвратно-поступательное движение от механической части насоса.
3. Блок охлаждения, предотвращающий перегрев деталей.
4. Задвижки. Предотвращают возвратное течение жидкости.
5. Сглаживающие фильтры. Гасят скачки давления в системе.

Последняя деталь — манометр. Предназначен для измерения давления в системе. В зависимости от модели и вида оборудования, конструкция бурового насоса может изменяться.

Виды буровых насосов

Буровые насосы производят в большом разнообразии конструкций: чтобы в них не запутаться, классификация производится по критериям. Чаще всего встречается разделение по типу вытеснителя: поршневые, плунжерные, мембранные и перистальтические.

Насосы первого вида работают за счет возвратно-поступательного перемещения поршня в цилиндре и клапанов, которые перекачивают рабочую жидкость. Данный тип является самым распространенным. У второго вида вместо поршня используется плунжер. Он отличается меньшим диаметром и наличием сальника. Плунжерные насосы работают тише, ими легче управлять. Этот вид менее популярный, так как не подходит для буровых установок с повышенной нагрузкой.

У мембранных насосов вместо поршня рабочая жидкость перекачивается диафрагмой. Устройства обладают меньшей мощностью в сравнении с поршневыми и плунжерными, но они проще в использовании и стоят дешевле. Последний вид насосов работает по принципу перистальтики. Они выделяются высокой мощностью и ценой, низким шумом, но сложны в эксплуатации. Применяют перистальтические насосы преимущественно в горнодобывающей промышленности крупного масштаба.

К вышеперечисленным видам насосов также относят центробежные и винтовые. В первых перемещение рабочего раствора осуществляется за счет вращения колеса. В результате возникает центробежная сила, которая приводит жидкость в движение. У винтовых насосов раствор перемещается за счет вращения ротора. Данные виды устройств мало популярны из-за низкого напора рабочей жидкости.

Следующий распространенный параметр — количество цилиндров: одноцилиндровые, двухцилиндровые и трехцилиндровые. Последний вид насосов самый популярный, так как в нем функционируют сразу три цилиндра. В результате устройство обладает высокой производительностью и надежностью, имеет слабую пульсацию движения жидкости, а также простое в настройке. У двухцилиндровых насосов перечисленные параметры на среднем уровне, а у одноцилиндровых на низком.

Еще один критерий — воздействие поршня на рабочую жидкость: односторонние и двухсторонние. В первом виде жидкость всасывается и нагнетается за один цикл (туда и обратно) возвратно-поступательного перемещения поршня. У двусторонних нагнетание и всасывание раствора происходит при движении поршня как в одну сторону, так и в обратную.

Кроме перечисленных параметров, насосные блоки еще разделяют по следующим характеристикам:

• по положению цилиндров — вертикальные и горизонтальные;
• по расположению гидроблоков — прямоточные и непрямоточные;
• по подключению к двигателю — прямые или приводные;
• по устройству контроля подачи — ступенчатые и бесступенчатые;
• по виду привода — ДВС (двигатель внутреннего сгорания) и гидравлический.

Также буровые насосы разделяют по их мощности. Она бывает слабой, средней и высокой. К первым относят с показателями до 200 кВт, ко второй от 200 до 400 кВт и к третьей выше 400 кВт.

Как работает и где применяется буровой насос

Основное назначение устройства — подача рабочей жидкости под высоким напором в скважину и обратно. Перемещение раствора возможно за счет перехода механической энергии от двигателя в гидравлическую, которая отвечает за движение рабочего раствора в устройстве. Рассмотрим общие этапы работы поршневого и плунжерного бурового насоса:

1. Забор жидкости. Это начальная ступень работы. В устройстве за счет движения вытеснителя (поршень, плунжер) вверх или назад и по оси в цилиндре образуется вакуум, который втягивает раствор в насос.
2. Создание давления. После того, как жидкость окажется в цилиндре, вытеснитель начинает обратное движение, создавая высокое давление. Благодаря мощному напору раствор преодолевает сопротивление и движется по трубам. Устойчивость давления и отсутствие пульсаций в гидропотоке зависит от количества цилиндров в насосе.
3. Движение буровой жидкости. Раствор под давлением перемещается по колонне оборудования, одновременно охлаждая и смазывая детали. Потом жидкость возвращается на поверхность забирая с собой разрушенные частицы породы.

Практически все модели снабжены системой контроля давления и объема рабочей жидкости. Ознакомиться с нюансами работы устройства в комплексе с оборудованием можно в руководстве по эксплуатации.

Мембранные насосы работают по следующему принципу. Закачивание и выталкивание жидкости производится за счет движения мембраны, которая прикреплена к неподвижному поршню, вверх и вниз. Поступление и вывод бурового раствора осуществляется через специальные клапаны, которые поочередно открываются и закрываются. В один клапан жидкость поступает, а в другой выводится из насоса.

Чтобы разобраться, как функционируют перистальтические насосы, нужно назвать их главные детали. Это вращающийся ротор с двумя (может быть и больше) крутящимися роликами и прочная эластичная труба. При вращении ротора ролики сдавливают трубу, в результате чего происходит всасывание раствора. Далее ролик продвигает жидкость по трубе и выталкивает ее под давлением в выходное отверстие. Чем больше в насосе роликов, тем меньше пульсация напора жидкости.

Центробежный насос относится к поршневым и плунжерным, принцип его работы идентичен данным видам. Винтовой вид устройства также относится к этой группе по типу вытеснителя, но продвижение жидкости по нему осуществляется за счет шнека, который лопастями перемещает раствор от места забора до его вывода.

Односторонние насосы функционируют аналогично поршневым и плунжерным. Двусторонние устройства при совершении одного хода нагнетают и подают буровую жидкость, что делает их более производительными. Поэтому применяют их преимущественно для создания глубоких скважин с большим объемом раствора.

Чтобы разобраться, где используют буровые насосы, необходимо изучить их основные функции. Устройства создают бесперебойное поступление рабочей жидкости в скважину, а также препятствуют перегреву движущихся деталей погружного элемента. Кроме этого, буровые насосы удаляют из скважины разрушенную породу и стабилизируют давление, в противном случае ее края будут обрушаться во время проведения работ.

Благодаря большому списку функций буровых насосов, их используют в следующих сферах:

1. Нефтегазовая отрасль для добычи газа и нефти.
2. Бурение скважин с целью изучения состава горных пород. Нахождение новых видов или добыча уже известных ископаемых.
3. Строительство сооружений. Создание скважин для фундамента.
4. Прокладывание авто и ж/д дорог. Буровые конструкции с насосом применяются для установки столбов под фонари и т.д.
5. Поиск воды или создание водозаборных скважин на частных участках.
6. Изыскательные работы. Например, исследование местности (залегание подземных вод, состав грунта и т.д.).
7. Удаление из готовой скважины технического мусора.
8. Создание скважин при выполнении взрывных работ.

Выбор насоса и оборудования зависят от сферы и цели применения, а также от его цены. Например, для создания скважины в жестком грунте применяется гидробурение. При данной технологии используется вода, которая размягчает разрушаемую породу.

Теперь обсудим, почему буровые насосы получили большое распространение. Самое главное их преимущество — увеличение производительности установки и продление срока эксплуатации за счет регулярной подачи жидкости, которая охлаждает и смазывает движущиеся элементы. Кроме этого, благодаря своевременному охлаждению подвижных деталей, снижается вероятность их перегрева и заклинивания, а это повышает безопасность применения оборудования. Также к преимуществам установок с насосом относят:

• высокая точность создания скважины, так как из-за своевременного охлаждения долото не перегревается и ось его не отклоняется;
• снижение трат, так как оборудование реже выходит из строя;
• вероятность обрушения стенок скважины минимальна, а значит, и риск возникновения опасных ситуаций мал;
• оборудование становится универсальным и с его помощью можно создавать как маленькие, так и глубокие скважины;
• возможность бурения в породах разной структуры, начиная с вязкой и до высокопрочной;
• повышение доходов за счет отсутствия простоев установки;
• во время проведения работ скважина не засоряется измельченной породой и другими отходами.

Есть у буровых насосов и минусы. Для их установки необходим прочный фундамент. Также есть модели, подающие рабочую жидкость с выраженной пульсацией, что негативно сказывается на работе оборудования.

Производство буровых насосов во время санкций

До введения санкций в России выпускали около 30% буровых насосов. Обусловлено это тем, что на отечественных предприятиях изготавливали преимущественно поршневые устройства, а остальные виды были импортными. После введения санкций предприятия, являющиеся представителями американских компаний, практически перестали получать не только новое оборудование, но и комплектующие.

Несмотря на все возникшие трудности, ситуация по востребованности отечественных устройств не изменилась. На рынке по изготовлению буровых насосов лидирующие позиции заняли китайские модели. Также востребованы американские комплектующие, но они продаются по очень высокой цене.

Китайские насосы выигрывают перед американскими по доступности и стоимости. Также их лидерство обусловлено применением оборудования при бурении скважины в материале с вязкими свойствами, обеспечением постоянного потока жидкости без пульсаций и возможностью подобрать подходящую мощность. Все это дает высокую эффективность бурового оборудования.

Кроме этого, китайские насосы оснащены быстросменными деталями, что существенно уменьшает время, затрачиваемое на ремонт, а значит, сокращается и длительность простоя. При производстве устройств используются легкие материалы, которые уменьшают массу насоса и продлевают срок эксплуатации гидравлической части.

После введения санкций в России стали открываться китайские филиалы по производству целой линии буровых насосов. Также начали переучивать операторов, осуществляющих техническое обслуживание и подключение установок изготавливаемых марок. Появились склады с запчастями для насосов выпускаемых конструкций.

В настоящее время запланировано снижать долю китайских насосов на отечественном рынке, чтобы обеспечить технологическую независимость. Производиться это будет не один год, так как нужно не просто наладить производство оборудования и комплектующих, но и завоевать доверие потребителей.

Сейчас в список популярных производителей буровых установок и комплектующих к ним, в том числе и насосов, входят:

• ГОЗ «Обуховский завод»;
• «Уралмаш-Ижора»;
• ОАО «Машпром»;
• «Уралмаш НГО Холдинг»;
• ОЗБТ им. В.В. Воровского.

Список предприятий по выпуску комплектующих для бурового оборудования постепенно пополняется. Например, завод «НОВ Кострома», который успешно вытесняет китайскую продукцию не только в России, но и в Европе.

Как выбрать буровой насос

Чтобы сделать правильный выбор и не потеряться в многообразии оборудования, обращайте внимание на следующие параметры:

1. Размеры и вес насоса. Если установка мобильная, то и оборудование к нему выбирайте небольшой массы.
2. Какой вид фундамента требуется: стационарный или допускается подвижный.
3. Рабочую жидкость какой густоты способен перекачивать.
4. Не влияет ли наличие твердых частиц или химических веществ в растворе на работу насоса.
5. Какой глубины скважины нужно делать.
6. Соответствие насоса требованиям буровой установки.
7. Продолжает ли работать насос, если уровень жидкости становится ниже 4 метров.
8. Для каких целей и сферы приобретается оборудование.
9. Что приводит во вращение механическую часть: сам двигатель или привод.
10. Нужны ли пневмокомпенсаторы для регулировки давления жидкости.
11. Характеристики устройства и цена.

Посмотреть описание оборудования, комплектацию и стоимость можно в инструкции к насосу, а полный перечень представлен в каталоге. Обратите внимание: чем качественнее продукция и лучше ее характеристики, тем выше будет цена. Но самый важный параметр выбора — наличие запчастей и технического обслуживания модели.

Рассмотрим на какие характеристики обращать внимание при выборе бурового насоса. В первую очередь мощность двигателя, запускающего механическую часть насоса, скорость движения жидкости, диаметр втулок и выходного отверстия, а также, какой ход у вытеснителя.

Подведем итог. Буровые насосы — востребованное оборудование, которое повышает производительность и срок службы буровых установок. Многообразие их видов позволяет создавать скважины на любой поверхности и разной глубины. До марта 2022 года на рынке лидировали импортные (преимущественно американские) модели, но вследствие введения санкций сейчас популярностью пользуются китайские буровые насосы. При этом активно развивается отечественное производство как самих установок, так и комплектующих к ним.