Буровые установки используют для добычи нефти и газа, извлечения полезных ископаемых, строительства фундаментов зданий и сооружений, проведения геологических исследований, установки скважин для водоснабжения и многих других целей. Они позволяют бурить на большие глубины и в различных условиях, предоставляя доступ к подземным ресурсам. Ключевую роль в таких установках играет насосный агрегат, он подает специальные растворы в скважину для охлаждения и смазки бурового инструмента, что позволяет сократить расходы на ремонт техники, делает процесс более эффективным и безопасным. Проблема в том, что существующие модели сложны для обслуживания и управления, громоздки и стоят дорого. Ученые ПНИПУ модернизировали буровой насос так, что конструкция стала проще и компактнее. Разработка уменьшит стоимость его производства и повысит надежность процесса добычи ископаемых.
На разработку выдан патент № 2813017. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Насос — один из важнейших элементов процесса, без которого бурение просто невозможно. Он выполняет три основных функции. Первая — непрерывная подача бурового раствора в скважину, чтобы охлаждать и смазывать активно работающий инструмент, это ускоряет процесс бурения и увеличивает производительность. Вторая — удаление отходов: буровая жидкость вместе с породой поступает из скважины в систему очистки для извлечения твердых частиц. Третья функция заключается в стабилизации нужного давления так, чтобы снизить риск аварийных ситуаций из-за обрушения стенок скважины.
При работе насосный агрегат создает поток жидкости и давление, что обеспечивает циркуляцию буровой жидкости через трубы и вниз по скважине, а затем обратно. Это заставляет нефть или газ подниматься вверх. Таким образом буровой насос помогает добывать полезные ископаемые.
У существующих моделей насосных агрегатов есть ряд недостатков: высокая стоимость, значительные габариты и масса, которые усложняют транспортировку на место бурения. Приходится использовать специальную технику, что приводит к дополнительным финансовым и временным ресурсам. Вес агрегата может достигать нескольких тонн, а размеры, например, популярного насоса УНБ-600 составляют в длину почти 4,5 м, в ширину — 2,2 м, а в высоту — 2,6 м. Такие габариты делают их неприменимыми в узких проходах или на местах с ограниченной доступностью.
Кроме того, система управления двигателем достаточно сложная, а при механической перегрузке возможны сбои и полный выход из строя техники. Это невыгодно для компаний, стремящихся оптимизировать бюджеты и снизить операционные расходы.
Ученые ПНИПУ разработали свою конструкцию бурового насоса. Она легче по весу и более компактна, отличается простым строением и системой управления, высокой надежностью и низкой стоимостью. Главная идея заключается в том, что конструкция упрощается за счет того, что двигатель и насосный агрегат помещаются в один корпус.
Вместо использования трансмиссии (всех механизмов, которые соединяют двигатель с тем, что должно двигаться) вращающаяся часть электродвигателя (ротор) прямо соединяется с коленчатым валом, который преобразует возвратно-поступательные движения во вращательные. Так удаляется необходимость в других системах соединения двигателя с буровым насосом.
— Трансмиссия — это то устройство, за которым нужен уход и время на технический осмотр. В нашей разработке мы удаляем это устройство, заключая буровой насос и электродвигатель в один корпус. Это делает конструкцию существенно компактнее и надежнее, позволяет сократить время на обслуживание и ремонт оборудования, — поделился кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики ПНИПУ Александр Муравский.
— В перспективе нашу разработку можно применять на любых буровых или мобильных станциях, где есть электричество. Точные значения сокращения размеров и массы будут зависеть от конкретной конструкции и технических характеристик бурового насосного агрегата, но мы ожидаем существенного уменьшения и размеров, и веса по сравнению с аналогичными агрегатами, — дополнил студент четвертого курса кафедры горной электромеханики ПНИПУ Сергей Пьянков.
Изобретение ученых ПНИПУ упростит конструкцию бурового насосного агрегата и системы управления электродвигателем, уменьшит его габариты и массу. Транспортировка станет проще, а возможности применения в местах с ограниченной доступностью расширятся.