Способ управления насосной установкой
Использование: в циркуляционных системах буровых установок. Сущность изобретения: нагнетают объемным насосом с пульсирующей подачей I рабочую жидкость в трубопровод к исполнительному органу. Формируют оптимальные эксплуатационные режимы работы установки за счет выбора частот пульсации подачи насоса в зависимости от свойств рабочей жидкости, трубопровода и исполнительного органа . Предварительно определяют безразмерный коэффициент. 6 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5 )5 Е 21 В 21/08, F 04 В 49/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Изобретение относится к области гидроавтоматики и может. быть использовано в циркуляционных системах буровых установок.
Целью изобретения является расширение диапазона применения, повышение КПД и стабилизация характеристик исполнительного органа за счет уменьшения амплитуды колебаний давле" ния и расхода.
На фиг.1 изображена схема насосной установки; на Фиг.2 - график пульсации подачи насоса; на фиг.3 - линейные расходные характеристики; на фиг.4 - квадратичная расходная характеристика; на фиг.5 — предельные контуры колебаний расходов; на Фиг.б— предельные контуры колебаний относительных давлений.
Насосная установка содержит объемный насос 1, исполнительный орган
2 и трубопровод 3.
Способ управления насосной установкой осуществляется следующим образом.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 4910634/29 (22) 14 ° 02.91 (46) 30.11.92. Бюл. Ь" 44 (71) Московский институт нефти и газа им. И.M.Ãóáêèíà (72) Ф.Д.Балденко, А.П.Ымидт, О.Г Арефин, В.И.Жеребцов и Н.В.Шенгур (56) Авторское свидетельство СССР .
N 1662150, кл. Е 21 В 21/08, 1987. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ
УСТАНОВКОЙ
SU „„1778266 А1 (57) Использование: в циркуляционных системах буровых установок. Сущность изобретения: нагнетают объем.ным насосом с пульсирующей подачей рабочую жидкость в трубопровод к исполнительному органу. Формируют оптимальные эксплуатационные режимы работы установки за счет выбора частот пульсации подачи насоса в зависимости от свойств рабочей жидкости, трубопровода и исполнительного органа. Предварительно определяют без- размерный коэффициент. б ил.
Включением насоса 1 осуществляется нагнетание рабочей жидкости в трубопровод 3 к исполнительному органу
2. При этом режим работы установки (давление-расход) в произвольном промежуточном сечении трубопровода 3 в некоторый момент времени обусловлен встречРй в этом сечении прямой и отраженной ударных волн, перемещающихся в рабочей жидкости со скоростью С.
Характеристическая кривая трубопровода 3 есть прямая, угловой коэффициент которой + 4 Сp/иd, а знак зависит от направления движения волны (фиг.3), где p - плотность рабочей жидкости, d — - внутренний диаметр трубопровода 3.
Граничные условия в начале трубопровода 3 определяются мгновенной подачей насоса 1, мгновенная подача непостоянна, периодически изменяется (пульсирует) в некотором диапазоне от Q л „ до Qп„д (Фиг.2).
Щ
C" !
СО Р (jQ
1778266
Граничные условия в конце трубопровода 3 определяются характеристикой Р-Q исполнительного органа 2, которая представляется в виде P =
= KQ (фиг.4), где Р - давление, Q — средняя подача насоса 1, потребляемая исполнительным органом 2.
В результате многократных отражений прямых и обратных волн от граничных устройств (насос 1, орган 2) неустановившийся (вследствие изменения мгновенной подачи насоса) режим блокируется в некотором контуре, размер которого определяет уровень коле- 15 баний давлений-расходов в граничных сечениях установки, При наличии отраженных волн существуют два крайних (предельных) случая (фиг.5), обуславливающих максимальный, либо минимальный размер контура колебаний давлений- расходов.
В первом крайнем случае (фиг.5) волна, возникшая вследствие изменения мгновенной подачи насоса 1 в некото- 25 рой фазе, дойдя до исполнительного органа (x=1) и отразившись от него, возвращается в начальное сечение (х=0) в момент, когда текущая Фаза подачи идентична исходной. Это соб- gp людается при условии
С
21 где i — - целое число
1 — длина трубопровода 3.
В результате частный для данной фазы волны (Q;) блокирующий контур вырождается в точку (пересечение характеристики исполнительного орга- 40 на 2 с линией Q, (дВ - фиг.5), а полный размах колебаний (ЬР, ЬЯ) определяется пересечением характеристики органа 2 с линиями минимальной и максимальной подачи насоса 1 45 (фиг.5) .
Во втором крайнем случае (фиг.6) волна, возникшая при минимальном (максимальном) значении мгновенной: подачи, возвращается в начальное сечение в момент, когда текущая подача переходит в максимум минимум).
Данное условие выполняется при: а =(2i-1)Ñ/41. Получаемый в результате блокирующий контур В, д,й,д (фиг.6) обуславливает размах колеба ний давления $ P и расхода
Для выбора конкретного значения частоты пульсации определяется безразмерный коэффициент соотношения:
2СР
Н = — -- -,---, Ф d KQ где К вЂ” постоянная;
m — показатель степени характеристики исполнительного органа..
В зависимости от величины безразмерного критерия Н один из двух крайних случаев характеризуется минимальным уровнем колебаний давления-расхода в концевых сечениях. При Н ) 1 минимальный. размер контура обеспечивается для первого крайнего случая, при Н (1 - для второго.
Поэтому при реализации способа в каждом случае необходимо для данного Н обеспечить оптимальную взаимосвязь между частотой вращения приводного вала насоса 1 длиною и диаметром трубопровода 3, параметрами рабочей жидкости и характеристикой исполнительного органа 2, что может быть достигнуто, например:
- применением регулируемого лвига" теля в приводе насоса 1;
- подбором длины трубопровода 3 (для установки с насосом нерегулируемой подачи).
Ниже приведен пример конкретной реализации способа. При турбинном бурении скважины на глубине L = !
000 м при подаче промывочной жидкости поршневым насосом У8-6NA2, исходя из требуемого для эффективной работы турбобура и очистки забоя значения расхода жидкости Q = 2535 л/с, частота двойных ходов насоса при коэффициенте подачи oC = 0,9 и диаметра цилиндровых втулок D -=
= 170 мм, определяющем рабочий объем насоса q = 32,3 л, может изменяться в интервале:
"н = — = o,86-1,2о (Гц).
Применяются бурильные трубы ТБПВ
127х10 (d = 107 мм), плотность промывочной жидкости P = 1150 кг/мз, скорость ударной волны звука в ней
С = 1250 м/с, турбобур ЗТСШ-195 ТЛ имеет квадратичную характеристику (ш=2) К = 1 9 10 кгlм . Длина наземного манифольда 1О = 30 м.
8266 (Гц) 177
Таким образом, возможный диапазон изменения безразмерного коэффициента Н
Н = - ---- = 20 — 1 68 ) 1.
2 С Р С1г КС
Поскольку Н ) 1, антирезонансные частоты и< пульсаций подачи обусловливают максимальный уровень колебаний давления: и =(2i-1)-qg- -(2i-! ) 0 303
С а = Ц1+1,) Ряд дискретных антирезонансных частот (Гц) 6 ным насосом с пульсирующей подачей рабочей жидкости в трубопровод к исполнительному органу и формирование
5 оптимальных эксплуатационных режимов работы установки за счет выбора частот пульсации подачи насоса в зависимости от свойств рабочей жидкости, трубопровода и исполнительного орга10 на, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения, повышения КПД и стабилизации характеристйк исполнительного органа за счет уменьшения амплитуды колебаний давления и расхода, предварительно определяют безразмерный коэффициент из соотношения
nö = 0,303» 0»909» 1»515, 2,121, 2,727, 3,333...
Минимальный уровень колебаний давления обеспечивается резонансными частотами! и пульсаций:
С и = i — — — — = 0,606 х (Гц)
2 (! +1о )
Ряд дискретных резонансных частот (Гц)
n = 0,606, 1,212, 1,818, 2,424, 3,030, 3,636...
Поскольку для данного типа поршневого насоса частота пульсаций подачи в 4 раза превосходит частоту двойных ходов насоса (n=4n„), то ряд дискретных резонансных частот двойных ходов насоса имеет вид: ин = 0,1515, 0,3030, 0,4545 0,6060, 0,7575, 0,9090, 1,0605, 1,2120, 1,3635... (Гц).
Следовательно, для осуществления наиболее эффективного процесса бурения на данной глубине с данным бурильным инструментом частота двойных ходов насоса должна принять одно из двух значений: 0,9090 или 1,0605 Гц.
Формула изобретения
Способ управления насосной установкой, включающий нагнетание объем2 СР
2 дг
35 и=i — — приН ) 1
С
21
45 и = (2i-!) — — при Н (1
С
41
» где i — целое число.
50 1 - длина трубопровода. где p - плотность рабочей жидкости;
d — внутренний диаметр трубо25 провода;
С - скорость распространения ударной волны в рабочей жидкости — средняя подача насоса, потребляемая исполнительным органом;
m - показатель степени характеристики исполнительного органа;
К - постоянная характеристика исполнительного органа, определяемая из соотношения
К = Р/Q где Q — давление, а частоту и пульсации подачи насоса
40 выбирают из дискретных значений числового ряда, определяемого соотношениями
1778266
177826б
1778266 р/Фу
Составитель С.Рождественский
Техред И.Иоргентал Корректор И.Иуска
Редактор
Заказ 4169 Тира>к Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Иосква, 1К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-иэдательск>ш комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101
