Трехпоршневой буровой насос

Когда слышишь ?трехпоршневой буровой насос?, первое, что приходит в голову многим, даже некоторым инженерам на берегу, — это просто увеличенная версия двухпоршневого, добавили цилиндр и все дела. На деле же разница фундаментальная, и главная загвоздка кроется не в количестве, а в характере потока и нагрузке на раму. Я лично видел, как на одной старой установке в Татарстане пытались ?апгрейдить? двухпоршневой, прикрутив третий блок, — в итоге рама пошла трещинами через 80 моточасов. Потому что импульсы давления складываются иначе, и это нужно закладывать в конструкцию изначально.

Где кроется настоящая выгода от третьего поршня

Основное преимущество — не в абсолютном давлении, его можно выжать и из двухпоршневого. Суть в сглаживании пульсаций. У двухпоршневого всегда есть момент, когда оба поршня меняют направление, и подача почти падает до нуля. Это создает чудовищную нагрузку на всю буровую колонну, вибрации, ускоренный износ замков. Трехпоршневой эту проблему решает кардинально: пока один поршень в мертвой точке, два других работают, обеспечивая почти постоянный поток. На глубоких скважинах, особенно с горизонтальным окончанием, это не просто комфорт, это вопрос безопасности и сохранения дорогостоящего инструмента.

Но здесь же и главная ловушка для покупателя. Многие смотрят на паспортные данные: давление 40 МПа, подача 1500 л/мин. Берут. А потом оказывается, что для плавности потока критически важна кинематика привода — кривошипно-шатунный механизм с определенным смещением углов. Если это сделано кустарно, эффект сглаживания теряется, а стоимость ремонта вырастает в разы. Мы как-то разбирали насос одного китайского производителя — формально все три поршня были, но шатуны стояли под 120 градусов только на бумаге, в реальности погрешность сборки давала развал до 140 градусов. Пульсации были лишь немногим меньше, чем у хорошего двухпоршневого.

И еще момент по мелочи, который часто упускают: трехпоршневой буровой насос требует другого подхода к обслуживанию. Замена сальников, уплотнений поршней — работа не в три раза сложнее, но иначе распределена по времени. Нет того удобного ?окна?, когда оба поршня выведены для ремонта. Приходится планировать операции иначе, часто останавливать агрегат на более долгий срок для комплексного ТО. Экономия на вибрации оборачивается чуть большим простойным временем, это надо закладывать в график.

Крепеж — точка, где рвется слабое звено

Вот здесь хочу сделать отступление, потому что это больная тема. Самый частый отказ у мощных насосов, который я наблюдал — не поломка поршня или клапана, а разрушение крепежа. Болты шатунных крышек, шпильки крепления крышки цилиндра, фундаментные анкеры. Вибрация-то меньше, но она есть, а главное — это высокочастотные знакопеременные нагрузки. Стандартные болты из магазина, даже высокопрочные 8.8, здесь живут месяц-два.

Мы нашли для себя решение в сотрудничестве со специализированными производителями, которые понимают специфику. Например, ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь (их сайт — https://www.bjyhbzj.ru). Они как раз занимаются нестандартным высокопрочным крепежом для тяжелых условий. Почему это важно? Потому что их продукция включает крепеж для нефтяного оборудования, и они знают, что для бурового насоса нужен не просто болт с высоким классом прочности, а изделие с определенным пределом выносливости, с контролируемой галтелью под головкой для снижения концентрации напряжений, часто с специальным покрытием против фреттинг-коррозии.

Помню случай на буровой в Оренбургской области. На насосе УНБТ-950 постоянно ?уходили? гайки на креплении гидроблока. Ставили новые, подтягивали по графику — не помогало. Проблему решили, заменив весь комплект крепежа на шпильки и гайки от ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь, которые были изготовлены по чертежам с учетом именно наших нагрузок. С тех пор прошло больше года — ни одной замены. Их профиль — это как раз американские стандарты (тип ASTM), нефтяные крепежные детали, что для нашего импортного и отечественного парка оборудования критически важно. Не надо ничего переделывать, просто берешь аналог, но с улучшенными характеристиками.

Опыт эксплуатации и ?детские болезни?

Любой новый или отремонтированный трехпоршневой насос первые 50-100 часов работает, как часы. А потом начинается. Чаще всего ?вылезают? проблемы с системой смазки кривошипно-шатунной группы. Из-за более сложной геометрии и трех шатунов распределение масла должно быть идеальным. Видел модели, где дальний подшипник коленвала постоянно работал в режиме масляного голодания. Решение было неочевидным — пришлось дорабатывать каналы в самом коленвале, а не просто менять насос смазки на более производительный.

Еще один нюанс — тепловыделение. Три цилиндра компактно расположены, и при интенсивной работе, особенно с глинистыми растворами высокой плотности, происходит тепловой ?захват?. Температура в центральной части блока цилиндров может быть на 15-20 градусов выше, чем по краям. Это ведет к неравномерному тепловому расширению и может нарушить соосность. Приходится задумываться о дополнительном внешнем охлаждении именно средней зоны, а не всего агрегата в целом.

И конечно, клапаны. Их в полтора раза больше, чем у двухпоршневого. Частота срабатывания выше, из-за более плавного потока они, кажется, работают в более щадящем режиме, но на деле износ седла происходит иначе, более равномерно по всей окружности. Это и хорошо, и плохо. Хорошо — нет локальных выработок. Плохо — когда клапан начинает ?травить?, износ уже комплексный, и просто притереть его не получится, нужно менять и тарелку, и седло. Запас клапанов нужно иметь существенный.

Взаимодействие с буровым раствором и материалы

Здесь история напрямую связана с тем, чем качаем. Если это обычный глинистый раствор, то чугунные или стандартные стальные цилиндры еще проживут. Но как только переходим на полимерные растворы или, что хуже всего, на соленасыщенные жидкости, начинается адская коррозия и кавитация. Трехпоршневой насос, с его более стабильным давлением, paradoxically, иногда сильнее страдает от кавитации в зонах, где пульсации все же остаются, — они становятся предсказуемыми и быстро выедают материал в одном и том же месте гильзы.

Пришлось экспериментировать с материалами. Нержавейка марки 09Г2С не всегда спасает. На одном проекте, где работали с высокоминерализованной водой, удачным решением оказались сменные гильзы из высокочистого хромированного чугуна, которые поставлялись как раз под конкретную модель насоса. Но их цена... Это заставляет считать моточасы до капиталки очень внимательно.

И опять возвращаюсь к смежной теме — крепежу. Фланцы всасывающей и нагнетательной линий в таких агрессивных средах — слабое место. Шпильки из обычной углеродистой стали превращаются в труху за сезон. Здесь тоже пригодился опыт поставщиков, которые работают с атомной энергетикой и морской нефтедобычей, например, тот же ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь. У них в ассортименте есть титановые стандартные детали и крепеж из специальных сплавов. Поставили титановые шпильки на нагнетательный коллектор — проблема с обрывом шпилек и коррозией под гайкой ушла. Да, это дороже, но дешевле, чем останавливать бурение на сутки из-за порыва линии.

Итоговые соображения: стоит ли овчинка выделки?

Так стоит ли переходить на трехпоршневые насосы? Для небольших скважин, для разведочного бурения, где мобильность и скорость переналадки важнее, — возможно, нет. Двухпоршневой проще, дешевле в ремонте ?в поле?. Но для глубокого бурения, для работы с чувствительными к вибрации измерительными системами (каротаж во время бурения, например), для длинных горизонтальных участков — это must have. Экономия на ремонте бурильной колонны и повышение ресурса всего оборудования перекрывают повышенную стоимость самого насоса и его обслуживания.

Главный вывод, который я для себя сделал: покупать нужно не просто агрегат с тремя поршнями, а комплексное решение. И смотреть нужно не только на паспорт насоса, но и на совместимость с ним всего, вплоть до последнего болта. Надежность системы определяется самым слабым звеном, и часто это даже не основной узел, а какая-нибудь ?мелочевка? вроде крепежа или сальника. Поэтому сотрудничество с проверенными поставщиками комплектующих, такими как ООО Баоцзи Юньхай Стандартная Деталь, которые специализируются на высоконагруженных и нестандартных деталях для тяжелой промышленности, становится не просто закупкой, а частью инженерной стратегии.

В конце концов, трехпоршневой буровой насос — это инструмент. И как любой профессиональный инструмент, он требует профессионального же подхода ко всему, что его окружает. Иначе все его преимущества сведутся на нет первой же сломанной шпилькой или разбитым седлом клапана. Работать он будет, но ту экономию и надежность, ради которой все и затевалось, вы не получите.