§ 2. Система токоподвода к электробуру

Подвод электроэнергии к двигателю, подвешенному на колонне" труб, может осуществляться яо кабелю, расположенному снаружи колонны или внутри нее.

Если кабель расположён снаружи труб, то при с пуск о-подъем­ных операциях бурильная колонна разбирается на свечи, а кабель навивается на барабан. В такой системе кабель большой длины необходимо закреплять на колонне быстродействующими устрой­ствами. Такое расположение кабеля имеет те принципиальные не­достатки, что он должен сматываться и наматываться на барабан и двигаться с одинаковой скоростью с колонной во время ее спуска или подъема. Практически при больших скоростях это осуществить весьма сложно. Проворачивание колонны труб с укрепленным на ней кабелем практически исключается. Зазор между замками бурильных труб и стенкой скважины затрудняет пропуск кабеля, в результате чего в процессе подъема колонны кабель легко может быть разрушен. По этим причинам такая система токоподвода не нашла применения для электробуров, спускаемых на трубах.

Подвод электроэнергии по кабелю, расположенному внутри ко­лонны труб, может быть осуществлен двумя способами. В одном случае, казалось бы, что можно кабель с самовключающейся кон­тактной муфтой на конце спускать внутрь уже спущенной в скважину колонны. Во втором случае отрезки кабеля с автомати­ческими контактными муфтами на концах, равные по длине свечам или трубам, монтируются в них на опорах.

Устройство первого типа исключает возможность проворачивания колонны в процессе бурения; в этом случае необходимо весь отре­зок кабеля пропускать при каждом спуске, подъеме и наращивании

119

через сальник, герметизирующий ввод ка­беля. Попытка создать такую конструкцию успеха но имела.

В настоящее время в электробурах, под­вешенных на колоннах труб, применяют систему токоподвода второго типа с сек-циями кабеля, расположенными внутри колонны по центру. Каждая секция на кон­цах снабжена контактными муфтами, авто­матически соединяющимися и разъединя­ющимися во время свинчивания и развин­чивания бурильных замков. Эти муфты обеспечивают герметизацию соединения от попадания промывочной жидкости.

Такая система токоподвода не меняет существующую технологию спуска п подъема бурильной колонны.

На рис. IV-3 приведена схема токопод­вода к электробуру с расположением секций кабеля внутри колонны труб. Электроэнер­гия к электробуру, находящемуся в сква­жине, подводится от сети по кабелю через кольцевой токоприемник к токоподводу, расположенному внутри колонны труб. Отрезок кабеля, находящийся внутри вра­щающегося ствола токоприемника, снабжен автоматической контактной муфтой, которая осуществляет соединение с секцией кабеля, расположенной внутри ведущей трубы.

В свою очередь нижний конец кабельной секции ведущей трубы также снабжен авто­матической контактной муфтой, укрепленной на опоре в ее замке. При свинчивании бу­рильного замка происходит автоматически соединение этой муфты с контактным стерж­нем, укрепленным на опоре в ниппеле замка бурильной трубы. Замковая муфта буриль­ной трубы, свинченная со вторым ее концом, также снабжена такой же контактной муф-

Рис. IV-3. Схема секционного токоподвода, распо­ложенного внутри бурильной колонны.

1 — тоноп од водящий кабель; г — невращающийся корпус; 3 — вращающийся ствол; 4 — кабельная головка вни;ш; S — уплотняющее устройство; б — щетки; 7 — контактные кольца; 8 — автоматическая контактная муфта; 9 — спора контактной муфты; ю — ведущая труба; 11 — секция k;i-беля; 12 —ниппель ;!амка; 13 — бурильная труба; j-t — муфта замка; 15 — ниппель замка верхней головки элсктри» бура.

120

той, как и нижняя часть ведущей трубы. Такими кабельными секциями с контактными муфтами и стержнями оборудованы все бурильные трубы колонны. Верхняя головка электробура также имеет контактный стер;кень, соединяющий электробур с токопод-водом.

Таким образом, внутри каждого элемента бурильной колонны имеется кабельная секция с автоматическим контактным соедине­нием. Будучи расположенным внутри труб, токоподвод защищен от повреждений при спусках и подъемах, транспортировке и других операциях с трубами на буровой.

JJ этой системе токоподвода является большой проблемой ее надежность, так как нарушение токоподачи приводит к необходи­мости извлекать колонну из скважины для смены вышедшей из строя секции.

Создание надежной конструкции контактных соединений, кото­рые автоматически осуществляли бы соединенно и разъединение, обеспечивали бы герметичность и высокое сопротивление изоляции, допускали большое количество включений, не требовали много вре­мени на очистку от попавшей на их поверхность промывочной жид­кости, имели небольшие габариты (чтобы была возможность разме­ститься внутри труб и замков) и в то же самое время позволяли бы передавать электрический ток силой в несколько сот ампер при напряжении порядка 1000—1300 е является весьма сложной зада­чей.

Хотя конструкция такого токоподвода разработана и действует, проблема надежности и необходимой долговечности его работы далеко еще не решена.

К электрическому двигателю может подводиться трехфазный переменный ток по различному количеству проводов: по трехжиль-ному кабелю или двухжильному с одной заземленной фазой или двухфазный ток по одноншлъному кабелю со второй фазой — «землей».

Применяются электробуры на трехфазном переменном токе с по­дачей электроэнергии по трехжильному токоподводу с резиновой изоляцией кабеля и контактных соединений.

Контактное соединение (рис. IV-4) состоит из муфты и стержня. Контактная муфта представляет собой резиновое тело с тремя коль­цами, к которым присоединены шины секции кабеля. Резиновая изоляция кабеля и муфты сращивается между собой. Контактный стержень также состоит из резины, трех контактных колец- с при­соединенными концами токоведущих шин секции, кабельной секции. Резиновое тело муфты при соединении плотно обжимает стержень, за счет чего осуществляется герметизация соединения.

При спуске бурильной колонны в скважину, заполненную жид­костью, уплотнение и контакт токоподводящих колец улучшается за счет обжатия муфты гидростатическим давлением.

Поверхность соединения муфты и стержня смазывается при экс­плуатации касторовым маслом для улучшения изоляции и пред­охранения от попадания промывочной жидкости.

121

Описанная конструкция соединения рассчитана на передачу напряжения до 1500 в при силе тока до 200 а. Это соединение выдержи­вает несколько сот включений.

Рис. IV-4. Трехфазное контактное соединение.

а — муфта; б — стержень; в — контактное соединение в сомкнутом состоянии; Б,С и М — шины большого, среднего и малого контактного кольца.