29. Электропривод буровых насосов

Буровой насос создает циркуляцию промывочной жидкости, очищающей забой и при турбинном способе бурения передаю­щей энергию турбине. В бурении в основном применяются поршневые насосы, имеющие сменные цилиндровые втулки, позволяющие в определенных пределах изменять подачу на­соса при постоянном числе ходов поршней в минуту.

В начале бурения скважины давление, создаваемое насо­сом, невелико. Однако по мере углубления скважины, вслед­ствие увеличения гидравлического сопротивления труб, увели­чивается и давление р на выходе насоса, которое ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определенной глубины скважины, подачу насоса приходится ограничивать. Допустимый режим работы насосной установки характеризу­ется постоянством развиваемой насосами мощности, равной номинальной: pQ= const.

Приблизиться к режиму постоянства мощности можно двумя способами.

1.При нерегулируемом приводе-путем применения цилин­дровых втулок разного диаметра. Этот режим работы характе­ризуется кривой зависимости производительности Q насоса от давления на выходе р и диаметра втулки D.

2. При регулируемом приводе-путем использования в на­чале бурения втулки малого диаметра при частоте вращения приводного вала, большей номинальной, а затем по мере повы­шения давления путем снижения частоты вращения привода сохранить равенство pQ=const.

В качестве приводных двигате­лей используются синхронные двигатели, являющиеся одновре­менно источниками реактивной энергии. Изменение подачи насосов осуществляется сменой цилиндровых втулок, а умень­шение подачи на время восстановления циркуляции-открыванием задвижки на выходе из насоса.

В случае применения для привода насоса специального асинхронного двигателя с фазным ротором возможно регули­рование его частоты вращения вниз от номинальной. Так как отношение диаметров соседних типоразмеров втулок составляет 0,85-0,9, между двумя заменами втулок целесообразно регу­лировать частоту вращения приводного двигателя насоса на 20-30 % вниз от номинальной. Это сопровождается существенными потерями энергии.

Поскольку режим работы насоса продолжительный, двига­тель насоса выбирают так, чтобы его номинальная мощность была несколько больше или равна мощности, вычисленной по формуле

г де Qт - максимальная теоретическая подача, м/с; р-полное давление нагнетания при мак­симальной подаче, Па; фп-коэффициент подачи; ηн-полный к. п. д. насоса; ηп.н-к. п. д. передачи между двигателем и на­сосом; а-коэффициент, учитывающий возможность длитель­ной перегрузки насоса.

Номинальное напряжение обмотки статора двигателя дол­жно быть равно напряжению питающей сети (6 или 10 кВ). Номинальная частота вращения двигателя определяется кине­матикой насоса и клиноременной передачи; для существующих поршневых насосов она составляет 750 об/мин.

30. Электропривод ротора буровой установки

Ротор буровых установок предназначен для передачи вращения бу­рильной колонне в процессе бурения скважин роторным способом и периодического проворачивания труб при турбинном бурении и бурении электробурами, восприятия реактивного момента, возникающего на забое при бурении забойными двигателями (реактивный момент вос­принимается в результате стопорения вала специальной защелкой), удер­жания колонны бурильных и обсадных труб в процессе спуско-подъемных операций и при их свинчивании и развинчивании, замене инстру­мента, при ликвидации аварий в скважине.

В зависимости от типа привода роторы получают вращение от короб­ки передач лебедки при помощи цепной или карданной передачи, а также от специального индивидуального привода.

При роторном бурении вращающий момент передается от ротора к долоту через колонну бурильных труб, в связи с чем в колонне могут появиться значительные крутящие моменты.

Для уменьшения механических нагрузок и усталостных напряжений в трубах при переменном моменте необходимо иметь мягкую характе­ристику привода с автоматическим ограничением максимального момента и небольшие маховые массы.

Режим работы приводного двигателя ротора в процессе бурения дли­тельный, с возможным появлением резкопеременнрй нагрузки, а мощ­ность, расходуемая на процесс бурения, выражается формулой

Р_P=Р_п+ Р_х.в.+ Р_дол, где Р_п - мощность, соответствующая потерям в механизмах привода, установленных на поверхности; Р_хв - мощность, необходимая для холостого вращения колонны бурильных труб в скважине; Р_дол - мощ­ность на долоте.

Значения мощностей Р_п, Р_х.в, Р_дол определяют по эмпирическим формулам.

В настоящее время в практических расчетах для определения мощ­ности Р_п зависящей от типа, состояния оборудования и частоты враще­ния, применяются формулы:

Плюща: P_n=kn^l,5

Федорова: Р_п =а₁n+а₂n², где а₁ а₂, k - коэффициенты, зависящие от типа применяемого обору­дования; n - угловая скорость ротора.

Для легких буровых установок применяется нерегулируемый элект­ропривод роторного стола. Для буровых установок, предназначенных для бурения на большую глубину, целесообразен индивидуальный плав­но регулируемый электропривод как с точки зрения получения мягких характеристик и облегчения условий работы бурильной колонны в пере­ходных процессах, так и для поддержания оптимальных частот вращения при проходке пород различной твердости и возможности автоматизации процесса бурения.