Электрооборудование и электропривод механизмов бурения

В России около 25% буровых установок изготовляются с электроприводом основных механизмов, причем эти установки обеспечивают выполнение около 70% всего объема буровых работ. Опыт использования электропривода в России показал, что производительность буровых установок с электроприводом па 25—50% выше производительности аналогичных буровых установок с дизельным приводом. Это объясняется значительно более высокой надежностью и долговечностью электропривода по сравнению с дизельным, а также значительно лучшими характеристиками электропривода (более высокими КПД и перегрузочной способностью, удобством монтажа и демонтажа, простотой кинематических схем, стоимостью). Так например:

Процесс сооружения скважин вращательным способом состоит из операций: спуска бурильных труб с долотом (инструмента) в скважину, разрушения породы на забое собственно бурения, наращивании колонны труб по мере углубления скважины, подъема труб для замены изношенного долота. Для выполнения этих операций, а также для креплении ствола скважины используют буровые установки, представляющие собой сложный комплекс производственных механизмов. В состав этого комплекса входят подъемная система с индивидуальными приводами для подъёма, спуска и подачи инструмента, буровые насосы, ротор, механизмы для очистки бурового раствора, погрузочно-разгрузочных работ, обеспечения установки сжатым воздухом в пр. Основные (ротор. буровая лебедка с талевой системой и буровые насосы) и вспомогательные механизмы буровой установки приводятся в действие от силового привода, тип которого выбирают в зависимости от условий бурения, конструкции механизмов и других факторов.

В зависимости от способа вращательного бурения меняются требования, предъявляемые к приводу ротора. Если при бурении погружными двигателями ротор используется в основном для производства вспомогательных операций, то при роторном бурении через ротор передастся вращение долоту.

Режим работы приводного двигателя ротора в процессе роторного бурения продолжительный, а мощность Рр, которую он должен развивать в процессе бурения, можно выразить формулой:

...

В отечественных буровых установках в основном применен групповой привод лебедки и ротора. Так как приводная мощность лебедки значительно больше приводной мощности ротора, приводные двигатели при роторном бурении оказываются недогруженными. В некоторых серийных и вновь разрабатываемых буровых установках предусмотрен индивидуальный привод ротора.

Привод основных производственных механизмов может быть автономным, независимо от энергосистем (дизельный, дизельно-электрический, газотурбоэлектрический) и неавтономным с питанием от сетей государственных энергосистем (электрический на переменном или постоянном токе). При автономном приводе основных механизмов буровой установки вспомогательные механизмы оснащаются индивидуальными электроприводами.

За рубежом, в основном в США, развитию неавтономного привода препятствует неэкономичность применения в бурении централизованного электроснабжения. Однако вследствие увеличения глубин бурения скважин, широкого развития бурения на внешних и внутренних водоемах, потребности в передвижных установках и стремления к полной автоматизации процессов бурения промышленность США начала выпускать буровые установки с дизель-электрическим приводом. За последние годы 10% изготовляемых в США буровых установок оснащаются дизель-электрическим приводом.

1 Электробур

Идея переноса электродвигателя на забой скважины была впервые реализована в СССР в 1937—1940 гг. В дальнейшем оборудование для бурения погружными электродвигателями (электробурами) совершенствовалось, и в настоящее время объем бурения электробурами составляет 2,5—5% от общего объема бурения скважин. Схема установки для бурения электробуром показана на рисунке 1

...

2 Автоматизированные регуляторы подачи долота

Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней точки бурильной колонны в процессе разрушения породы. В установившемся режиме бурения скорость подачи долота должна быть равна скорости разбуривания породы. Если скорость подачи долота будет превосходить скорость разбуривания породы, то нагрузка на забой будет расти, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота будет ниже скорости разбуривания, нагрузка на забой будет уменьшаться, что приведет к уменьшению скорости бурения.

...

3 Электропривод буровой лебедки

Характеристика и мощность электропривода

Помимо главных операций — непосредственно подъема или опускания бурильных труб — при помощи лебедки часто свинчивают и развинчивают трубы, переносят их и устанавливают, поднимают и опускают незагруженный элеватор, подают долото на забой и пр. Так как все эти операции требуют различной мощности н характеристик электропривода, в новейших и проектируемых буровых установках для вспомогательных операций применяются отдельные механизмы с индивидуальным электроприводом. Лебедка с ее электроприводом используется только для подъема и опускания бурильных труб, причем для подъема труб служат приводные двигатели, а для торможения при опускании — вспомогательные тормоза или приводные двигатели.

...

4 Электропривод буровых насосов

Характеристики и мощность

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения. В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса при постоянном числе ходов поршней в минуту. При неизмененных глубине бурения, конструкции скважины и бурильной колонны и качестве бурового раствора момент на приводном валу бурового насоса связан параболической зависимостью с частотой вращения этого вала. Постоянная параболы зависит от конструктивных данных насоса, диаметра применяемой втулки, параметров бурового инструмента и качества прокачиваемой жидкости.

...

5 Электрооборудование дополнительных механизмов

Независимо от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных механизмов осуществляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором напряжением 380 В с дистанционным управлением. Электропривод компрессора низкого давления после его пуска управляется автоматически в зависимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давления до 0,8—0,9 МПа реле давления отключает электропривод; при снижении давления до 0,6—0,7 МПа — вновь отключает его.

...