Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

(/), с приводом насосов по схеме асинхронного вентильного каскада и ротора — по системе тиристорный преобразователь— двигатель (II), а также варианты полностью управляемого

синхронным приводом третьего насоса (V). Для районов без

тока с приводом третьего насоса по системе тиристорный пре­

лируемого привода по системе генератор— двигатель и тири­ сторный преобразователь — двигатель следует учитывать тен­ денцию снижения габаритных размеров и стоимости тиристор­ ного привода и простоту унификации электрооборудования для электрифицированных и неэлектрифицированных районов. Окон­ чательный выбор сделан в пользу тиристорного электропривода переменно-постоянного тока (варианты V и IX).

Вывод о целесообразности регулируемого привода свиде­ тельствует о том, что обычно выбор рационального варианта привода сводится к сопоставлению регулируемого и нерегули­ руемого приводов. При современном уровне развития электро­ техники это означает выбор в пользу синхронного электропри­ вода с электромагнитной муфтой (нерегулируемой) или элек­ тропривода постоянного тока по системе тиристорный преобразователь — двигатель.

Основные преимущества регулируемого электропривода ос­ новных механизмов буровой установки заключаются в следую­ щем: упрощение кинематической схемы установки и сокраще­ ние числа трансмиссий; возможность использования приводных двигателей буровой лебедки для торможения; возможность ре­ гулирования производительности механизмов по оптимальным законам; улучшение пусковых характеристик; повышение к. п. д. в режимах пуска и регулирования скорости; удобство управле­ ния; возможность удаления первичных двигателей от рабочего места бурильщика; возможность реализации наиболее выгод­ ных режимов работы первичных двигателей. Для электропри­ водов с ограниченным диапазоном регулирования сохраняются только некоторые из них.

31

ж

H tH D - \ш гг лт\t=HD-

_ — Ротор

*w t4 D -O -0

200кВт Вспомогатель­ ные приводы

УПГ

- SO00в

ДОС! р - @ - ) - С 5 > в ^ - ©

ДЭС1 Цщ—(§)— о с ч ^ р ^ - ^

I — двухдвигательный синхронный привод лебедки с электромагнитными муфтами, при­ вод насосов по схеме асинхронного вентильно-машинного каскада и привод ротора по системе генератор — двигатель; / / — двухдвигательный синхронный привод лебедки с электромагнитными муфтами, привод насосов по схеме асинхронного вентильного кас­

К недостаткам систем регулируемого электропривода можно отнести: увеличение массы и стоимости электрооборудования; усложнение электрических схем и необходимость повышения квалификации обслуживающего персонала. Опыт эксплуата­ ции регулируемых электроприводов механизмов буровых уста­ новок свидетельствует о достаточной надежности регулируемых электроприводов.

Регулируемый электропривод наилучшим образом отвечает технологическим требованиям, однако он обусловливает зна­ чительное увеличение объема и стоимости электрооборудова­ ния. Технико-экономическими исследованиями установлено, что применение регулируемого электропривода целесообразно в пер­ вую очередь на установках глубокого бурения, на морских бу­ ровых и на установках повышенной транспортабельности.

Регулируемый электропривод может быть выполнен с элек­ тродвигателями постоянного или переменного тока с использо­ ванием разнообразных способов регулирования скорости, при­ чем регулирование скорости не должно сопровождаться значи­ тельными потерями энергии. Поэтому практически можно рас­ сматривать привод с электродвигателями постоянного тока при питании их от электромашинных или статических регулируе­ мых источников постоянного тока и привод с электродвигате­ лями переменного тока при питании их от электромашинных или статических источников тока регулируемой частоты. Од­ нако для осуществления последнего требуются весьма громозд­ кие электромашинные преобразовательные агрегаты или ста­ тические преобразователи частоты, более сложные и дорогие, чем управляемые выпрямители в электроприводе постоянного тока. Решающим критерием выбора системы главных электро­ приводов является максимальная технико-экономическая эф­ фективность всей буровой установки в целом.

5. Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д Д Л Я Б У Р Е Н И Я

Электропривод ротора

Взависимости от способа вращательного бурения меняются требования, предъявляемые к приводу ротора. Если при буре­ нии погружными двигателями ротор используется в основном для вспомогательных операций, то при роторном бурении че­ рез ротор передается вращение долоту.

Режим бурения и его основные параметры — осевая на­ грузка на долото, частота вращения долота и расход промы­ вочной жидкости, определяемые глубиной и конструкцией сква­ жины, а также характером и крепостью разбуриваемых пород, существенно влияют на энергетику бурения. Энергия, затрачи­ ваемая непосредственно на бурение, слагается из механической энергии, передаваемой долоту, и гидравлической энергии буро­ вого раствора, расходуемой на разрушение породы на забое и на вынос выбуренной породы с забоя на поверхность.

Рассмотрим распределение затрат энергии при бурении скважин. Энергия, расходуемая на проводку скважин средних глубин, включает следующие составляющие [10]:

потери в наземном оборудовании, т. е. в талевой системе, буровых насосах, буровой лебедке и т. д.; эти потери ориен­ тировочно составляют 15 % от общего количества энергии, рас­ ходуемой на проводку скважины;

34

затраты энергии на спуско-подъемные операции и на другие вспомогательные работы (исключая механические потери), ко­ торые составляют 5—15 % от общего расхода энергии;

гидравлические потери в трубопроводах, вертлюге, рабочей трубе, бурильных трубах, долоте и кольцевом затрубном про­ странстве, составляющие около 25 % от расходуемой энергии; потери на вращение колонны бурильных труб, которые со­

ставляют примерно 15—20 %; затраты энергии на вспомогательные нужды (водоснабже­

ние, приготовление и перекачку бурового раствора, получение сжатого воздуха, строительство, монтаж и ремонт буровых, на освещение и обогрев, технические и ремонтные базы, выш­ комонтажные и тампонажные цеха, потери в электросетях и трансформаторах и т. д.).

Таким образом, расход энергии, не связанный с процессом разрушения породы на забое при роторном способе бурения, составляет 60—80 %.

Режим работы приводного двигателя ротора в процессе ро­ торного бурения продолжительный, а мощность, которую он должен развивать в процессе бурения, можно выразить фор­

оборудования и частоты вращения. На практике для опреде­ ления Рп применяются формула Б. М. Плюща

длины и диаметра бурильных труб, качества промывочной жидкости, диаметра и кривизны скважины. Можно считать, что

где К — коэффициент, учитывающий кривизну скважин; dn— наружный диаметр бурильных труб; L — длина колонны бу­ рильных труб; п — угловая скорость труб; а и си — показатели степени, определяемые опытным путем; у — плотность промы­ вочной жидкости.

37

преобразователя, который управляется своим магнитным уси­ лителем. В качестве датчика скорости ротора используется тахогенератор постоянного тока.

Двигатель ДР вращает ротор через двухскоростную меха­ ническую передачу, что дает возможность обеспечить требуе­ мые скорости и моменты как в рабочем, так и в аварийном режиме. В схеме управления предусмотрены защита и блоки­ ровка от превышения тока в якорной цепи машин ГР и ДР, от исчезновения поля двигателя ДР, от отключения асинхрон­ ных двигателей вентиляторов, охлаждающих ДР и ГР. При указанных нарушениях работы привода автоматически отклю­ чается питание обмоток возбуждения генератора и двигателя. Путем применения различных обратных связей в системе авто­ матического управления формируются требуемые статические и динамические характеристики привода. В последних раз­ работках для питания двигателя ДР используется реверсивный силовой тиристорный преобразователь.

число выбирают исходя из условия минимума приведенного момента инерции и приемлемых массы и габаритов привода. Обычно номинальная частота вращения приводного двигателя ротора равна 1000 об/мин, а передаточное число редуктора, встроенного в ротор, равно 3—4. Тогда для обеспечения верх­ него предела частоты вращения ротора, указанного в табл. 2, необходимо иметь передачу от двигателя к ротору с переда­ точным числом 1—1,5. Этому значению передаточного числа соответствует и минимум приведенного момента инерции при­ вода.

Иногда перегрузочная способность двигателя недостаточна для обеспечения аварийных режимов. В этом случае коробка передач содержит еще одну передачу (низшую), передаточное число которой выбирают таким образом, чтобы момент со­ противления на валу двигателя при аварийном режиме не пре­ вышал допустимый момент двигателя.

Многие задачи привода ротора весьма просто решаются путем применения электромагнитных муфт, устанавливаемых между приводными двигателями и ротором. Пуск и регули­ рование частоты вращения ротора связаны с потерями, кото­ рые выделяются в электромагнитных муфтах, вызывая их на­ грев. В случае необходимости большого и плавного диапазона изменения частоты вращения ротора электромагнитные муфты с водяным (жидкостным) охлаждением вполне могут обеспе­ чить надежную работу. Однако, как указывалось ранее, для привода ротора в большинстве случаев необходим ограничен­ ный диапазон регулирования частоты вращения. При этом на­ ходят применение более простые электромагнитные муфты с воздушным охлаждением в сочетании с многоскоростной

39

коро бко й перем ены передач, вращ аем ой м ногоскоростны м н асинхронны м и двигателям и . В озм ож ность плавного регулирова ­ н и я частоты вращ ения в диапазоне, определяемом допустим ы м и потерям и в муф те, позволяет в данном случае на ка ж д о й меха­ нической и электрической ступени им еть дополнительное п лав­ ное регулирование частоты вращ ения. Э то обеспечивает в целом

л о м ки , а та к ж е п р и д а ю т больш ую ги б ко сть п ри во д у ротора п р и

д вига тел я м о гу т б ы ть получены изм енением вы прям ленного н а ­

рою. Ш. Д олот© Л с электробуром 1 отпускаю т в скв а ж и н у на б у­

трансф орм атор Ш ш сташ пию уп ра вл ен ия Ш с шюмшшньво ш аруж - шмго> кабеля % через тош ш рш ем ник <$, ка б е л ьн ую секнию в ве ­ д ущ ей тр уб е 7 ш д в у х ж ш ш в д й шшашговшй резиновы й ка б е л ь с ги б ки м и мкдщыми ж и л а м и ш кадальоо сечения 2X355 ш ш 2 х 5® м м 2 подводится ж электробуру.. В качестве тре тьего провода и систем® ш ипаиия д ви га тел я электр о б ур а испошьзушотгся б у - рилш яые тр уб ы . ШШлашшшый кабель пшшюлшяепся и з отд ельны х о ш р ^ш ш ((секший)),, ш то р м е автом атически соединяю тся элек­

40)