§ 7. Основания буровых установок для бурения с поверхности воды

Основания этого тина предназначены для бурения и эксплуата­ции скважин, размещения пунктов сбора и хранения нефти, про­кладки различного рода коммуникаций (силовых, топливных и про­чих) устройств для передвижения персонала и транспортирования материально-технических средств.

Тип и конструкция оснований обусловливаются спецификой их монтажа и эксплуатации в морских и пресноводных акваториях и зависят от глубины воды и средней высоты волны, больше всего влияющих на стоимость сооружения.

Различают индивидуальные свайные, индивидуальные крупно­блочные и эстакадные основания.

Основными конструктивными частями крупноблочного морского основания являются крупные блоки. Они представляют металли­ческую пространственную конструкцию, размещенную на телеско­пических опорных стойках. Последние связаны между собой 'в над­водной части металлическими фермами, а в подводной — диагональ­ными гибкими тягами и распорками. Телескопические опорные стоики состоят из труб различного диаметра, находящихся одна внутри другой. Внутренние стойки служат опорой основания и свя­зывают его с морским дном.

Эстакадные основания (рис. XVI-13) состоят из ряда пролетных строений, свайных опор, опорных ригелей, продольных и попереч­ных связей. Пролетное строение устанавливается па опорные

365

ригели, через которые забиваются в дно водоема трубчатые сваи с уклоном от вертикали 1/8—1/10. На эстакаде размещаются проезжая часть для автотранспорта, узкоколейная железная дорога и пеше­ходные тротуары. Ширина проезжей части эстакады 3 м.

Помимо стационарных оснований в бурении с поверхности воды используются плавучие буровые установки на самоходных плавучих средствах или буксируемых баржах.

XTXIXIN IXIMXIXl XIXIXI

Рис. XVI-13. Эстакадное основание.

В ряде случаев основания сооружают лишь под вышку, лебедку и ротор. Остальное оборудование — привод буровой установки, насосное оборудование, устройства для очистки раствора, различные емкости и прочее — размещается на отдельных баржах.

При выборе материала основания учитывается его коррозийная стойкость. Различают четыре зоны коррозии: атмосферную, зону переменного смачивания, подводную зону и зону морского грунта. Наиболее сильно коррозия проявляется в зоне переменного смачи­вания, которая распространяется с высоты 0,02—0,3 м от зеркала воды до 1,5—3,0 м в зависимости от высоты воды.

Глава XVII

СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

§ 1. Основные определения и требования

Силовым приводом буровой установки называется совокупность; двигателей и регулирующих их работу устройств, осуществляющих преобразование топливной или электрической энергии в механи­ческую, управление преобразованной механической энергией и пере­дачу ее к исполнительным устройствам, насосу, ротору, лебедке и др.

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы подразделяются па автономные — не зависящие от системы энергоснабжения и неавтономные — зависящие от системы энерго­снабжения с питанием от промышленных электрических сетей.

К автономным приводам относятся: двигатели внутрен­него сгорания (ДВС) (с механической, гидравлической или электро­передачами), а. также газотурбинные двигатели.

К неавтономным приводам относятся: асинхронные элек­тродвигатели трехфазного переменного тока с механической пере­дачей; синхронные, двигатели трехфазного переменного тока с меха­нической передачей; синхронные двигатели трехфазного переменного тока с гидравлической или электродинамической передачей.

_Силовой привод может быть одиночным или групповым. Средства искусственной приспособляемости и передаточные механизмы, бло­кирующие энергию нескольких двигателей на общий вал, также относятся к силовому приводу.

Характеристики группового привода одновременно должны соот­ветствовать характеристикам различных механизмов буровой установки, а характеристика одиночного привода — характери­стике только одного механизма.

Повышение универсальности и гибкости привода обычно связано с понижением к. п. д. или увеличением его массы.

Потребителями энергии буровой установки являются:

1) в процессе бурения — буровые насосы, роторный стол, вра­щающий бурильную колонку, и долото при роторном бурении;

367

устройства для приготовления промывочной жидкости и очистки ее от выбуренной породы; компрессор и водяной насос;

2) нри операциях подъема и спуска колонны — лебедка, роторный стол (при развинчивании замкон), компрессор, водяной насос и механизированный ключ.

Приводы также подразделяются на главные (приводы лебедки, буровых насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов буровой установки). Мощность, потребля­емая вспомогательными устройствами, не превышает 10 — 15% от мощности, потребляемой главными устройствами.

Основные требования, предъявляемые к главному силовому приводу: соответствие мощности и гибкости характеристики усло­виям работы исполнительных механизмов, достаточная надежность, долговечность, небольшая масса и экономическая эффективность.

Под гибкостью характеристики понимают способность силового привода автоматически или при участии опе­ратора быстро приспосабливаться в процессе работы к изменениям нагрузок и скоростей движения исполнительных механизмов. Гиб­кость характеристики определяется коэффициентом приспособля­емости (кратностью максимального вращающего момента), диапа­зоном собственного регулирования скорости вращения всего силового привода и его приемистостью.

Приемистостью называется интенсивность протекания переходных процессов.

Коэффициентом приспособляемости или перегрузочной способ­но стькг "на зыв а ется отношение

где Л/_шах и М_п— наибольший и номинальный крутящие моменты.

Диапазоном регулирования скорости вращения' называют отно­шение максимальной скорости вращения к номинальной скорости:

_{R =} ^n^_ (XVII-2)

где ra_mas и п_п — наибольшая и номинальная скорости вращения вала.

Если к силовому приводу относятся и средства искусственной

приспособляемости, его перегрузочная способность

*,-*«*„, (XVII-3)

а диапазон регулирования

Д = .Н_ДЛ„ (XVII-4)

где ЙГ_]|Д и Я_д — коэффициенты перегрузочной способности и диапа-

зона собственного регулирования двигателя в пре­делах устойчивого режима работы;

K_11V п /?_т — коэффициент собственной приспосабливаемости и диапазон регулирования средств искусственной при­способляемости, входящих в силовой привод.

Величины Я"_пД и Д_д зависят от типа двигателя и вида исполь­зуемой энергии. Если значения К_пл и Л^ недостаточны, применяют средства искусственной приспособляемости, т. е. включают между двигателями и исполнительным механизмом промежуточные гидра­влические или электромашинные передачи. В табл. XVI1-1 при­ведены значения коэффициентов К_а и R различных двигателей и силовых приводов для случаев, когда применяются средства искус­ственной приспособляемости.

Таблица XVII-1 Значение коэффициентов К_п и R

Тип провода	Кп	R
Двигатели Двигатель внутреннего сгорания тихоходные (500—750 об! мин)	1,1—1,25	•1 Еу -9
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) быстро­ ходные (1200—1700 об/мин)	1,1—1,2	1,3—1,8
Асинхронный двигатель	1,7—2,2	1,0-1,05
Синхронный электродвигатель	1,65	1,0
Газовая турбина двухвальная '.	2,5—3	2—3
Газовая турбина одповальная	1,8—2	1,5—2
Комбинированная газовая турбина со свободно	35—5	4-6
	1,5—3	2-3
Силовые приводы, двС быстроходный с турботрансформатором . . . ДВС с электромашинкой передачей постоянного	1,5—3,5 1,6-2,2	2,5—3,5 2,5—4,0

Or эксплуатационной надежности приводов частично зависят количество персонала, необходимого для их обслуживания, и вели­чина затрат на эксплуатацию.

Надежность привода буровой установки определяется количеством повреждений оборудования за определенный период времени или за цикл бурения одной скважины, средним временем безотказной работы оборудования без вмешательства персонала, т. е. средним временем между двумя повреждениями за общий срок службы привода.-

Долговечность определяется временем (для ДВС мото­ресурсом), которое силовой привод может эксплуатироваться до капитального ремонта.

Относительная масса двигателя или масса, приходящаяся на 1 кет, влияет на мобильность буровой установки. Значение относительной

369

массы для двигателей, применяемых в буровых установках, колеблется от 2 до 15 кг на 1 кет. Практикой бурения установлено, что для тяжелых п мощных буровых установок наиболее подходя­щими являются двигатели с относительной массой 6—12 кг на 1 кет.

Экономическая эффективность силовых приводов буровых уста­новок двигателями различных типов определяется на основании данных эксплуатации или опыта промышленных испытаний устано­вок и зависит от расхода топлива или энергии, смазочных матери­алов, их стоимости, коэффициента использования мощности первич­ных двигателей, затрат на уход и обслуживание, транспортировку, моптаж и демонтаж силовых приводов в буровой установке.

Развитие конструкций буровых установок для вращательного бурения начиналось на базе силового привода с паровыми машинами, применяемыми для привода лебедки, роторного стола и прямодеп-ствующих паровых насосов, с помощью которых осуществлялась подача промывочной жидкости в скважину.

Характеристика паросилового привода обеспечивала требования бурения, а сам привод был достаточно прост, однако вследствие низкого к. п. д., большого расхода пара, топлива и воды и сложности ее очистки в настоящее время паросиловые приводы в буровых уста­новках почти не применяют.

В Советском Союзе в силовых приводах широко применяют асинхронные и синхронные электродвигатели трехфазного перемен­ного тока. Этот вид привода имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, так как его характеристика может быть легко приспособлена, а при снабжении буровых электро­энергией отпадает надобность в систематическом подвозе топлива, что особенно затруднительно в районах с суровым климатом и боль­шой отдаленности буровых. В районах, где не имеется электро­энергии, применяют буровые установки с двигателями внутреннего сгорания. В США в основном распространен привод от ДВС.

Выбор мощности, типа и количества двигателей, способа пере­дачи энергии и схемы компоновки всего силового привода зависит от характера изменения рабочих нагрузок. Использование мощности, исполнительными механизмами в процессе проводки скважины, характеристики двигателей и средств искусственной приспособля­емости при совместной работе с двигателями зависят от способа и технологии бурения.

На бурение и спуско-подъемньш операции бурильной колонны во многих случаях затрачивается неодинаковая мощность. Напри­мер, в начале бурения скважины турбинным способом на подъем колонны требуется небольшая мощность, а при больших глубинах скважины, наоборот, мощность па подъем колонны достигает макси­мума. На прокачку промывочной жидкости вся установленная мощность, как правило, не используется.

При роторном и турбинном способах бурения режимы загрузки двигателей различаются.

370

За время бурения всей скважины мощность установленных дви­гателей не используется полностью. Количество потребляемой мощ­ности и энергии зависит от глубины и диаметра скважины, способа бурения, типа буровой установки и режима работы. По мере углу­бления скважины возрастает расход энергии, затрачиваемой на каж­дый пробуренный метр скважины за счет уменьшения скорости механического бурения и скоростей подъема и спуска колонны.

Различают три режима работы силового привода:

1. пиковых кратковременных нагрузок с использованием макси­ мальной мощности двигателей (аварийные работы);

2. повторно кратковременных нагрузок, используемых во время спуско-подъемных операций бурильных колонн при затрате 80% максимальной мощности двигателей;

3. длительный режим, используемый для вращения ротора и про­ качки жидкости в процессе бурения при затрате до 60% максималь­ ной мощности двигателей.