§ 3. Мощность двигателей привода бурового оборудования

При выборе мощности привода буровой установки прежде всего следует определить мощность, необходимую для привода насо­сов, а затем мощность для привода лебедки и ротора с учетом технологически необходимых вариантов одновременной экс­плуатации этих механизмов.

При роторном бурении оптимальную мощность насосов и их параметры обычно определяют, исходя из количества жидкости Q, которое необходимо закачивать в скважину, для чего поль­зуются известной формулой

Q=0,785 (D²—d²) о. (IX.l)

Если принять диаметр скважины /)=* 0,250 м, диаметр бу­рильных труб d=0,127 м, скорость подъема бурового раствора и =1,0 м/с, то Q = 0,037 м³/с=37 л/с.

Величину ожидаемого давления в зависимости от подачи на­сосов и глубины скважины при роторном бурении и нормаль­ной плотности бурового раствора ориентировочно можно найти по номограммам.

Зная подачу насосов Q и ожидаемое давление на выкиде р, легко можно вычислить мощность двигателей (в кВт), необхо­димую для привода насосов:

N*=Qpl% (IX.2)

где р — 22 — давление, МПа; т] == 0,8 — к. п. д. насосного агрегата.

Тогда

_{N= =1017 в} 0,8

Для закачки в скважину 37 л/с бурового раствора при дав­лении 22 МПа потребуются два насоса с приводной мощностью 500 кВт каждый. Такими насосами могут быть насосы типа У8-6МА2.

На всех буровых установках, как правило, устанавливают два насоса. В отдельных случаях в зависимости от геологиче­ских условий и глубин скважин устанавливают дополнительно один-два насоса с индивидуальным приводом.

При определении оптимальной мощности привода лебедки следует исходить из следующих основных положений.

1. Подъем колонны максимального веса, на который рас­считан привод с тремя двигателями, должен быть обеспечен двумя двигателями на первой скорости. Следовательно, мощ­ность одного двигателя силового привода

N^Qvl 2 т,,

где Q — вес поднимаемой колонны, МН; v — скорость подъема колонны, м/с; т] — к. п. д. установки.

Если установлены два двигателя, то подъем колонны мак­симального веса должен быть обеспечен одним двигателем.

2. Скорость подъема колонны на первой скорости прини­маем равной 0,3—0,5 м/с.

3. Число двигателей на приводе принимаем равным трем.

Расчет мощности, необходимой для привода лебедки. Нахо­дим мощность (в кВт) на крюке

W_K=Qmax*KlO-³, (IX.3)

где Qmax — наибольший вес бурильной колЬнны МН; v_K — ми­нимальная скорость подъема крюка, м/с.

Откуда мощность (в кВт), необходимая на барабане,

(т|_т — коэффициент полезного действия талевой системы).

Номинальная мощность двигателей (в кВт), необходимая для привода лебедки,

^_д=ЛГ_к/т)_тет|_я._л (IX.4)

(“Ид.л — коэффициент полезного действия всей установки).

„«V 10^/4, (IX.5)

где *n=riTc Лд-л⁼Лтс Лц'Пр Лкр’ПвхЛв; Лтс=0,87 —к. п. д. талевой системы; iri₄ = 0,96Xчисло передач к. п. д. цепных передач; г]_Р = = 0,98 —к. п. д. понизительного редуктора; т]_кр=0,95Xчисло пе­редач к. п. д. клиноременной передачи; т|_Вх=0,95 —к. п. д., учи­тывающий потери на выхлоп; т)_в = 0,95 — к. п. д., учитывающий потери на вентилятор.

Минимальная скорость подъема крюка в соответствии с ре­комендациями размерного ряда принимается равной 0,3— 0,5 м/с. При такой скорости обеспечивается высокая эффектив­ность спуско-подъемных операций. Удельная мощность, разви­ваемая на крюке, должна быть в пределах 3,5ч-6 кВт на 10 кН веса бурильной колонны. Удельная гидравлическая мощность насосной установки находится в пределах 7-И0 кВт на 10 кН веса колонны. Таким образом, в буровых установках мощность, требующаяся для привода насосов, почти всегда больше мощ­ности, потребляемой лебедки. Поэтому, если установка имеет общий привод, то его номинальная мощность должна опреде­ляться по мощности, требующейся насосной группе.

При определении установленной мощности привода в на­шем случае необходимо учитывать также дополнительную мощ­ность, которая при бурении затрачивается на проворот или подъем колонны на некоторую высоту (турбинное бурение) либо вращение ротора (роторное бурение). Тогда общая мощ­ность привода (в кВт)

N=N_na + N_P0T, - (IX.6)

где N_UH — номинальная мощность, необходимая для привода на­сосов, кВт; N_vor — мощность, необходимая для привода ротора при бурении скважин (принимается равной 200—500 кВт).

Пример Исходя из этих условий, определяем необходимую мощность N_д' каждого двигателя (в кВт) для скважин глубиной 3500 м:

^wi=«n. «лЛ. (IX-⁷)

где Qm&x=qLk₃ — вес поднимаемой колонны (с затяжкой колонны), МН; L=3500 м —длина бурильных труб; <7=250 Н —вес 1 м бурильных труб с учетом потери веса в растворе; А_а = 1,25—коэффициент, предусматриваю­щий затяжку колонны; t»_K = 0,8 м/с — скорость подъема труб; ri=0,8— к. п. д. установки; г=2 — число двигателей, необходимых для подъема труб на первой скорости.

Тогда

Nl - JK№-l»W<rL _ 540 кВт. ^д 0,8-2

Считая, что для привода лебедки должны быть установлены три двига­теля (один в резерве), определяем их суммарную мощность:

ЛГдс = 540-3 = 1620 кВт.

Для расчетов рекомендуется принимать на каждые 1000 м глубины бурения 220—300 кВт мощности привода подъемного механизма. Так, для бурения скважины на глубину 5000 м мощность привода на лебедку должна быть 1100 кВт (220X5).

Привод ротора осуществляется обычно через лебедку цеп­ной передачей или карданным валом от КПП. При этом на вращение бурильных труб расходуется значительно меньше мощности, чем на привод лебедки.

Мощность, передаваемую на ротор, можно определить по формуле

ЛГ„ = ^А/* + ^А/«°\ (IX.8)

^ЛДР

где N_x — мощность, затрачиваемая на холостое вращение труб; Л/дол — мощность, затрачиваемая на разрушение пород; т]_д. _Р — к. п. д. от двигателя к ротору.

Af„ = n у/~п (2,2 + 0,16 d² рL) ■ 10-², (IX.9)

Здесь п — частота вращейия роторного стола, об/мин; d — на­ружный диаметр бурильных труб, м; р — относительная плот­ность бурового раствора; L — длина бурильных труб,- м.

^(1ХЛ0>

где &=0,2-—0,3— для изношенного шарошечного долота; k — =0,1 -т-0,2 — для нового долота в твердых породах; Р_А — на­грузка на долото, кН; D — диаметр долота, м.

Пример. Определим потребляемую мощность для привода ротора при L=2650 м; />_д=150 кН; Z)=0,394 м; р=1,5; d=0,127 м; я=120 об/мин; Пдр—ОД

^ —•—»

ЛГх = 150 у 150 (2,2 + 0,16-0,127^а-1,5-2650) 10“² = 99 кВт;

0,3-150-0,394 _{1ел 0}

iVnofl = —¹ 150я 90 кВт;

3-9,55

_W>=^-±^₌.9a+-90, ₌ i89_{g 2}40 «B_T.

Ядр 0,8 0,'8