Циркуляционные системы для буровых установок

Циркуляционная система предназначена для сбора, очистки, дегазации, приготовления и хранения буровых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин.

Основная функция системы циркуляции жидкости заключается в удалении выбуренной породы из скважины в процессе бурения. Принципиальная схема, иллюстрирующая типичную систему циркуляции буровой установки. Буровой раствор чаще всего суспензия глины и других материалов в воде и называется буровым раствором . Буровой раствор проходит  из стальных резервуаров к буровому насосу ,  от насоса через поверхностные соединения высокого давления к бурильной колонне ,  через бурильную колонну к долоту,  через сопла долото и кольцевойпространство между бурильной колонной и отверстием до поверхности, и  через оборудование для удаления загрязнений обратно во всасывающий резервуар.

Основные компоненты циркуляционной системы буровой установки включают  буровые насосы, буровые ямы,  оборудование для перемешивания бурового раствора и  оборудование для удаления загрязнений. За исключением нескольких экспериментальных типов, в буровых насосах всегда использовались поршневые поршни с возвратно-поступательным движением. Распространены как двухцилиндровые (дуплекс), так и трехцилиндровые (трехцилиндровые) насосы. Дуплексные насосы обычно представляют собой насосы двойного действия, которые перекачивают поршень как вперед, так и назад. Триплексные насосы обычно представляют собой насосы одностороннего действия, которые качают только при прямом ходе поршня. Триплексные насосы легче и компактнее дуплексных насосов, их пульсации выходного давления не так велики, и они дешевле в эксплуатации. По этим причинам большинство вводимых в эксплуатацию новых насосов имеют тройную конструкцию.

Преимуществами поршневого поршневого насоса являются:  способность перемещать жидкости с высоким содержанием твердых частиц, насыщенных абразивами, способность перекачивать крупные частицы, простота эксплуатации и обслуживания, надежность, и  способность работать в широком диапазоне давлений и расходов за счет изменения диаметров гильз насоса (цилиндров сжатия) и поршней.

Общий КПД циркуляционного насоса — это произведение механического КПД и объемного КПД. Обычно предполагается, что механический КПД составляет 90% и связан с КПД самого первичного двигателя и соединения с приводным валом насоса. Объемный КПД насоса, всасывание которого достаточно заряжено, может достигать 100%. Таблицы большинства производителей рассчитывают насосы, используя механический КПД Em, равный 90%, и объемный КПД, Ev, 100%.

Обычно на буровой установке устанавливаются два циркуляционных насоса. Для скважин большого диаметра, используемых на мелководной части большинства скважин, оба насоса могут работать параллельно для обеспечения требуемых больших расходов. На более глубоких участках скважины необходим только один насос, а второй насос служит резервным для использования при необходимости обслуживания насоса.

Принципиальная схема, показывающая расположение клапана и работу насоса двойного действия, показана на рис. 1.25. Теоретический рабочий объем насоса двойного действия зависит от диаметра штока поршня dn, диаметра гильзы dh и длины хода Ls. При прямом ходе каждого поршня перемещаемый объем определяется как di2 Ls.

Аналогично, при обратном ходе каждого поршня смещенный объем определяется выражением

Таким образом, общий объем, вытесняемый за полный цикл насоса насосом с двумя цилиндрами, определяется как

(дуплекс)

где Ev — объемный КПД насоса. Производительность насоса за цикл Fp обычно называется коэффициентом накачки.

Для насоса одностороннего действия (тройного) объем, перемещаемый каждым поршнем в течение одного полного цикла насоса, определяется выражением ir,

Таким образом, коэффициент накачки для насоса одностороннего действия с тремя цилиндрами становится равным