Розділ 16 привід бурових установок

16.1 Призначення, класифікація та основні вимоги

Сучасні бурові установки оснащені різними по призначенню і потужності машинами та механізмами, дія яких забезпечується відповідним приводом, який складається з двигуна, силової передачі (трансмісії) та апаратури керування. Тип приводу, його компоновка і конструкція значно впливають на техніко-економічні показники бурової установки. Розрізняють основний та допоміжний приводи.

Основним є привід бурової лебідки, насосів і ротора. Потужність його досягає 6 тис. кВт і більше.

Допоміжний привід призначений для приводу компресорів, вібросит і глиномішалки, автомата подачі долота, масляних і підпірних насосів, агрегатів для механізації спуско-пі-діймальних операцій та інших механізмів бурової установки. Сумарна потужність його не перевищує 400 кВт. Слід відмітити, що в зв'язку з механізацією трудомістких робіт в бурінні склад допоміжних механізмів за останні роки значно розширився. Число двигунів, які використовуються в приводі допоміжних механізмів, збільшилося вдвічі і досягає 15-20 одиниць.

Залежно від двигунів, які використовуються, розрізняють дизельні, газотурбінні та електричні приводи бурових установок.

Дизельні і газотурбінні приводи — автономні (незалежні від промислових енергосистем) — у вітчизняній практиці використовуються в бурових установках для розвідувального та експлуатаційного буріння в районах, віддалених від промислових електричних сіток. Освоєння нових великих нафтогазовидобувних районів на необжитих територіях країни вимагало значного збільшення виробництва бурових установок з дизельним приводом. В США та інших капіталістичних країнах бурові установки з дизельним приводом використовують із-за їх економічності в порівнянні з електричним приводом, що обумовлена високою вартістю електроенергії, яка виробляється власними компаніями.

Електричні приводи відносяться до неавтономних, і їх вибір визначається наявністю і вартістю споживання електроенергії в районі буріння. Електропривід вперше був використаний у вітчизняних бурових установках. Початок впровадження таких установок припадає на 20-ті роки і співпадає з періодом відновлення і переозброєння нафтової промисловості в Азербайджані і Грозному, які мали в наявності достатні ресурси електроенергії. Подальшому розповсюдженню електропривода сприяло будівництво великих гідроелектричних, теплових та атомних станцій, а також створення єдиної енергосистеми європейської частини СРСР.

В теперішній час біля половини бурових установок, які випускаються вітчизняними заводами, оснащуються електричним приводом. На їх долю припадає приблизно 60% річного об'єму буріння свердловини. Розвитку електропривода сприяло також створення автономних дизель-електричних і газотурбінних електростанцій, які працюють на рідкому паливі, природному та супутньому газах, які видобуваються в районі буріння. На базі автономних електричних станцій змінного та постійного струму в CРСР і за кордоном виготовляють дизель-електричні і турбоелектричні бурові установки, які ефективно використовуються для буріння свердловин на суші і особливо на морі.

По характеру розподілу енергії розрізняють групові, індивідуальні та змішані приводи.

В груповому приводі лебідка, насоси і ротор бурової ус-тановки через відповідні передачі приводяться від загальних двигунів. При цьому зменшується число і встановлена потужність двигунів. До недоліків групового приводу відносяться його громіздкість і низький ККД внаслідок великого числа си-лових передач, які зв'язують двигун з лебідкою, насосами і ротором. З врахуванням черговості роботи бурових насосів, ротора і лебідки необхідною умовою застосування групового приводу являється:

де — потужність відповідно насосів, ротора та лебідки.

Досвід та розрахунки показують, що цій вимозі відповідають бурові установки для буріння свердловин глибиною до 5 тис. м. Груповий привід широко використовується в дизельних бурових установках і рідше в електричних.

В індивідуальному приводі лебідки, ротор і бурові насоси мають власні двигуни з більш простими передачами. Індивідуальний привід дозволяє працювати при найбільш вигідній частоті обертання, проводити швидкий пуск і гальмування. Прості по конструкції і кінематичній схемі передачі забезпечують компактність бурової установки і порівняно високі значення ККД приводу. Індивідуальний привід переважно використовується в електричних бурових установках.

Змішаний привід використовується, коли потужність дизельного групового приводу виявляється недостатньою для роботи другого бурового насоса. В цьому випадку лебідка, ротор і один з бурових насосів мають груповий привід, а другий насос оснащується індивідуальним приводом. В електричних бурових установках розповсюджений змішаний привід, в якому лебідка і ротор мають груповий привід, а бурові насоси оснащуються індивідуальним приводом.

По числу двигунів розрізняють однодвигунні та багатодвигунні приводи. Дизельний груповий привід має до чотирьох паралельно встановлених дизелів. Електричний груповий привід має два або один електродвигун. В електричних бурових установках лебідки мають дводвигунний або однодвигунний індивідуальний привід. Бурові насоси і ротори в основному оснащуються однодвигунним індивідуальним приводом.

Багатодвигунні приводи мають більш складну конструкцію силових передач, але надійні в експлуатації, так як у випадку відиови одного з двигунів машина не зупиняється і діє від двигунів, які залишаються в роботі. Поряд з цим багатодвигунний привід економічний в експлуатації, так як дозволяє відключити частину двигунів при холостому обертанні та інших технологічних операціях, що не потребують затрат всієї встановленої потужності. Допоміжні механізми бурової установки в основному мають індивідуальний електричний привід, який складається з асинхронного двигуна і механічної передачі. Двигуни допоміжних механізмів отримують електроенергію від промислових сіток або автомобільних дизель-електричних агрегатів змінного струму.

Пневмопривід, в якому енергія стиснутого повітря, що виробляється компресором, перетворюється в механічну енергію, використовується в механізмах, розміщених поблизу гирла свердловини, де по вимогах пожежобезпеки застосування електродвигунів заборонене. Він застосовується для автоматичного бурового ключа, клинових захватів ротора, розкріплювачів бурильних замків і для механізмів системи пневматичного управління.

Об'ємний гідропривід, що позитивно зарекомендував себе при дослідно-промислових випробуваннях бурових установок з гідропідйомником і в приводі ротора, широкого застосування немає.

Силові передачі приводу призначені для з'єднання двигуна з робочою машиною і узгодження їх швидкостей та обертальних моментів. В приводі бурових установок використовуються механічні, гідродинамічні і електричні передачі, що розрізняються по принципу дії і перетворюючих властивостях. Механічні передачі використовуються в поєднанні з гідродинамічними (гідротрансформатори і гідромуфти) і електричними (електромагнітні муфти), утворюючи відповідно гідромеханічні і електромеханічні передачі. Залежно від типу двигунів і силових передач, які використовуються в основному приводі, розрізняють наступні різновидності бурових установок:

дизельні з механічними силовими передачами (Уралмаш 3Д-76; БУ3000БД);

дизельні з гідромеханічними силовими передачами (БУ5000ДГУ-1; БУ75Бр-70; БУ80БрД; БУ2500ДГУ);

електричні змінного струму з механічними силовими передачами (Уралмаш 4Е-76; БУ4000ЕУК; БУ75БрЕ-70; БУ80БрЕ-1);

електричні змінного струму з електромеханічною силовою передачею (БУ5000ЕУ);

електричні постійного струму з механічними силовими передачами (БУ15000; БУ6000ПЕМ; БУ5000ЕР; БУ6500ЕР; БУ2500ЕП);

дизель-електричні постійного струму з механічною силовою передачею (БУ5000ДЕР; БУ6500ДЕР);

газотурбінні з механічними силовими передачами.

Привід бурових установок повинен бути надійним та економічним, безпечним і зручним в керуванні, компактним і порівняно невеликої питомої маси, транспортабельним і пристосованим для монтажу, експлуатації і ремонту у віддалених від баз виробничого обслуговування польових умовах. Потужність, діапазони регулювання частоти обертання і скрутного моменту вихідного валу приводу визначаються навантаженнями і режимом роботи приводних машин та механізмів. Вибраний привід повинен забезпечувати сполучення високої продуктивності бурової установки з мінімальною вартістю 1 м проходки.