10. Привод буровых установок

Современные буровые установки оснащены различными по назначению и мощности машинами и механизмами, действие которых обеспечивается соответствующим приводом, состоящим из двигателя, силовой передачи (трансмиссии) и аппаратуры управления. Тип привода, его компоновка и конструкция значительно влияют на технико-экономические показатели буровой установки. Различают основной и вспомогательный приводы.

Основным является привод буровой лебедки, насосов и ротора. Мощность его достигает 6 тыс. кВт и более.

Вспомогательный привод предназначен для привода компрессоров, вибросит и глиномешалки, автомата подачи долота, масляных и подпорных насосов, агрегатов для механизации спускоподъемных операций и других механизмов буровой установки. Суммарная мощность его не превышает 400 кВт. Следует отметить, что в связи с механизацией трудоемких работ в бурении состав вспомогательных механизмов за последние годы значительно расширился. Число двигателей, используемых в приводе вспомогательных механизмов, увеличилось вдвое и достигает 15-20 единиц.

В зависимости от используемых двигателей различают дизельные, газотурбинные и электрические приводы буровых установок.

Дизельные и газотурбинные приводы - автономные (независимые от промышленных энергосистем) - в отечественной практике используются в буровых установках для разведочного и эксплуатационного бурения в районах, отдаленных от промышленных электрических сетей. Освоение новых крупных нефтегазодобывающих районов на необжитых территориях страны потребовало значительного увеличения производства буровых установок с дизельным приводом. В США и других капиталистических странах буровые установки с дизельным приводом используют из-за их экономичности по сравнению с электрическим приводом, обусловленной высокой стоимостью электроэнергии, вырабатываемой частными компаниями.

Электрические приводы относятся к неавтономным, и их выбор предопределяется наличием и стоимостью потребления электроэнергии в районе бурения. Электропривод впервые был использован в отечественных буровых установках. Начало внедрения этих установок относится к 20-м годам и совпадает с периодом восстановления и перевооружения нефтяной промышленности в Азербайджане и Грозном, которые располагали достаточными, ресурсами электроэнергии. Дальнейшему распространению электропривода способствовало строительство крупных гидроэлектрических, тепловых и атомных станций, а также создание единой энергосистемы европейской части СССР.

В настоящее время около половины выпускаемых Российскими заводами буровых установок снабжаются электрическим приводом. На их долю приходится примерно 60% годового объема бурения скважины. Развитию электропривода способствовало также создание автономных дизель-электрических и газотурбинных электростанций, работающих на жидком топливе, природном и попутном газах, добываемых в районе бурения.

По характеру распределения энергии различают групповые, индивидуальные и смешанные приводы.

В групповом приводе лебедка, насосы и ротор буровой установки через соответствующие передачи приводятся от общих двигателей. К недостаткам группового привода относятся его громоздкость и низкий к.п.д. вследствие большого числа силовых передач, связывающих двигатели с лебедкой, насосами и ротором. С учетом очередности работы буровых насосов, ротора и лебедки необходимым условием применимости группового привода является:

N_Н+N_р ≈ N_Л

где N_Н, N_р, N_Л - мощность соответственно насосов, ротора и лебедки.

Групповой привод широко используется в дизельных буровых установках и реже в электрических.

В индивидуальном приводе лебедка, ротор и буровые насосы имеют собственные двигатели с более простыми передачами. Индивидуальный привод позволяет работать при наиболее выгодной частоте вращения, проводить быстрый пуск и торможение. Простые по конструкции и кинематической схеме передачи обеспечивают компактность буровой установки и сравнительно высокие значения к.п.д. привода.

Смешанный привод применяется, когда мощность дизельного группового привода оказывается недостаточной для работы второго бурового насоса. В этом случае лебедка, ротор и один из буровых насосов имеют групповой привод, а второй насос снабжается индивидуальным приводом. В электрических буровых установках распространен смешанный привод, в котором лебедка и ротор имеют групповой привод, а буровые насосы снабжаются индивидуальным приводом.

По числу двигателей различают однодвигательные и многодвигательные приводы. Дизельный групповой привод содержит до четырех параллельно установленных дизелей. Электрический групповой привод имеет два либо один электродвигатель. В электрических буровых установках лебедки имеют двухдвигательный либо однодвигательный индивидуальный привод. Буровые насосы и роторы обычно снабжаются однодвигательным индивидуальным приводом.

Многодвигательные приводы имеют более сложную конструкцию силовых передач, но надежны в эксплуатации, так как в случае отказа одного из двигателей машина не останавливается и действует от остающихся в работе двигателей. Наряду с этим многодвигательный привод экономичнее в эксплуатации, так как позволяет отключить часть двигателей при холостом вращении и других технологических операциях, не требующих затраты всей установленной мощности.

Вспомогательные механизмы буровой установки в основном имеют индивидуальный электрический привод, состоящий из асинхронного двигателя и механической передачи. Двигатели вспомогательных механизмов получают электроэнергию от промышленных сетей либо автономных дизель-электрических агрегатов переменного тока.

Пневмопривод, в котором энергия вырабатываемого компрессором сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию, используется в механизмах, расположенных вблизи устья скважины, где по требованиям пожаробезопасности применение электродвигателей запрещается.

Силовые передачи привода предназначены для соединения двигателя с рабочей машиной и согласования их скоростей и вращающих моментов.

Механические передачи используются в сочетании с гидродинамическими и электрическими, образуя соответственно гидромеханические и электромеханические передачи.