Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

трически в одно целое при свинчивании бурильных труб. Для этой цели каждый отрезок кабеля, снабженный на одном конце контактным стержнем, а на другом — контактной муфтой, за­ крепляется внутри труб на опорах, установленных в замковом соединении бурильных труб (рис. 13).

По сравнению с трехпроводным токоподводом, токоподвод по системе два провода — труба обладает повышенной надеж­ ностью (вследствие уменьшенного числа контактов) и пред­ ставляет собой меньшее гидравлическое сопротивление (вслед­ ствие уменьшенного диаметра кабеля). Буровой раствор, прока­

тельных операций осуществляется при помощи ротора 5. На­ грузка на долото создается силой тяжести бурильных труб. Для подачи долота на забой служит автоматический регуля­ тор подачи долота 13, связанный цепной передачей с буровой лебедкой 12. Электробуром управляют с пульта 6, установлен­ ного у рабочего места бурильщика.

Электробур (рис. 14) состоит из двух основных частей: по­ гружного двигателя и шпинделя с пятами для передачи на­ грузки на долото. Вал двигателя соединяется с валом шпин­ деля зубчатой соединительной муфтой. В верхней части элек­ тробура имеется переводник для захвата его элеватором, а внизу наружу выходит вал шпинделя, на который навинчи­ вается долото.

Двигатель работает в скважине на большой глубине в среде бурового раствора, давление которого может достигать 40— 50 МПа. Для предохранения двигателя электробура от проник­ новения бурового раствора, который может вызвать пробой изоляции обмоток и преждевременный абразивный износ его узлов и деталей, применяют систему масляной защиты. Внут­ реннюю полость двигателя электробура заполняют трансформаторнымч маслом, давление которого превышает на 0,05— 0,25 МПа давление окружающей среды. Герметизация внутрен­ ней полости двигателя электробура обеспечивается торцовыми

ный двигатель высокого напряжения с короткозамкнутым сек­ ционированным ротором. Статор двигателя размещается в ци­ линдрическом корпусе. В корпусе статора запрессованы пакеты магнитной стали, чередующиеся с немагнитными пакетами. По­ следние устанавливаются для того, чтобы избежать шунтиро­ вания магнитного потока через шарикоподшипники и умень­ шить потери от вихревых токов, возникающих в местах рас­ положения промежуточных опор ротора. Обмотка статора рас­ положена в пазах. Ее выводные концы соединены кабелем

41

с контактным стержнем, при помощи которого двигатель под­ ключают к кабелю, расположенному в бурильных трубах. Ро­ тор двигателя имеет полый вал с центральным каналом для прохода бурового раствора. На валу насажены секции ротора с алюминиевой «беличьей клеткой», между ними расположены промежуточные подшипники.

Лубрикаторная система, которая служит для создания вну­ три двигателя избыточного давления, компенсации утечки ма­ сла через уплотнения и изменения объема масла при нагрева­ нии, обычно состоит из трех труб, расположенных в верхней части двигателя. Две трубы заполнены трансформаторным маслом и сообщаются с внутренней полостью двигателя, третья, заполняемая более вязким маслом, соединяется с цент­ ральной частью верхнего сальника.

Внутри трубы лубрикатора расположен поршень с пружи­ ной, вверху имеется крышка и снизу — воронка. При заполне­ нии двигателя маслом поршень поднимается и сжимает пру­ жину. Верхняя часть поршня сообщается с окружающей сре­ дой. Таким образом, поршень каждого лубрикатора находится под давлением бурового раствора и пружины. Поэтому неза­ висимо от давления окружающей среды внутри двигателя всегда создается избыточное давление, под влиянием которого масло вытекает наружу, препятствуя этим проникновению бурового раствора внутрь машины.

На коническую резьбу нижнего соединительного корпуса двигателя навинчивается корпус шпинделя, в котором уста­ новлены радиальные и упорные подшипники. Шпиндель слу­ жит для восприятия и передачи механических нагрузок, а также для передачи вращающего момента от двигателя к до­ лоту. Нагрузка, создаваемая силой тяжести сжатой части бу­ рильной колонны, передается на долото через корпус электро­ бура, пяту и вал шпинделя. Удары и вибрация, возникающие при бурении, передаются таким же путем на колонну буриль­ ных труб, минуя вал двигателя. Шпиндель, имеющий свою лубрикаторную систему, заполняют вязким маслом. У электро­ бура имеется запас масла для нормальной работы в течение 50—200 ч. За этот промежуток времени для смены долота электробур поднимают на поверхность и, если необходимо, добавляют масло в лубрикаторы.

При проектировании двигателей электробуров стремятся до­ биться максимальной мощности при наименьших габаритных размерах, определяемых диаметром долота и технологией бу­ рения. Синхронную частоту вращения двигателя можно опре­ делить исходя из максимальной допустимой частоты вращения долота, которая по нормам не должна превышать 1000 об/мин. Конструктивно трудно изготовить погружной двигатель про­ мышленной частоты с синхронной частотой вращения менее 500 об/мин. Следовательно, синхронная частота вращения двига­ телей электробуров может быть 500; 600; 750 или 1000 об/мин.

43

Опыт бурения глубоких скважин электробурами свидетельст­ вует о целесообразности снижения частоты вращения вала

характеристику и минимальный момент инерции приводного двигателя для предотвращения поломки труб, то при бурении погружными двигателями этой опасности нет. С точки зрения улучшения отработки долот целесообразно, чтобы их частота вращения при толчках нагрузки мало изменялась. Преодоление

гателей невелик, поэтому момент инерции их роторов незначи­ телен. Вследствие этого двигатели электробуров должны иметь жесткую механическую характеристику и значительную крат­ ность максимального момента.

Особенностью двигателей электробуров являются повы­ шенное скольжение в режиме номинальной нагрузки и значи­ тельный пусковой момент, достигающий (1,2—1,7) Мп. Выбор такой характеристики обусловлен стремлением обеспечить мак­ симально возможный пусковой момент, сопровождаемый не­ большой кратностью пускового тока. Однако опыт эксплуата­

нальной частоты не превышает 0,2—0,3 с. Поэтому для элект­ робуров необходимо применять двигатели нормального испол­ нения, имеющие высокие к. п. д. и cos <р, а не с повышенным

44

пряжения (схема этой ячейки аналогична схеме ячейки № 3 КРНБ-6У на рис. 5) и трансформатор СТ, понижающий на­ пряжение до необходимой величины, которая зависит от длины токоподвода к двигателю электробура (рис. 15). Поэтому у применяемых для этой цели трансформаторов имеются от­ воды на первичной и вторичной обмотках; необходимое напря­ жение устанавливают при помощи переключателей, смонтиро­ ванных внутри трансформатора.

Вторичную обмотку трансформатора СТ присоединяют ка­ белем к неподвижным контактам разъединителя Р камеры вы­

рения и автоматики, контактор высокого напряжения Л, при помощи которого подается напряжение к щеткам кольцевого токоприемника, и предохранители П1 — ПЗ.

Заземляющий вывод в верхней части колонны бурильных труб осуществляется путем замыкания на корпус нижнего кольца в токоприемнике, а заземляющий ввод в нижней части колонны бурильных труб — путем присоединения к трубам одной из фаз обмотки двигателя через погружной разъедини­ тель КП. Этот разъединитель предназначен для отключения за­ земленной фазы обмотки двигателя электробура от колонны бу­ рильных труб и для измерения сопротивления изоляции двух других фаз во время спуска электробура на забой скважины.

Включающим аппаратом разъединителя КП является мас­ лонаполненный электромагнитный контактор на ток 175А, с электромагнитами которого связаны два замыкающих парал­ лельно соединенных контакта. При включении электробура ток двух фаз протекает через катушки электромагнитов контак­ тора и последний замыкает на колонну бурильных труб одну фазу обмотки статора двигателя. Отключение электробура

45

вызывает автоматическое отсоединение обмотки двигателя от колонны бурильных труб.

Чтобы разъединитель КП включался при отсутствии тока в заземленной фазе, т. е. чтобы контакты разъединителя КП

Рис. 15. Схема управления двигателем электробура

тактом контактора Л в заземленной фазе включены контакты контактора К. Этими контактами замыкается цепь тока зазем­ ленной фазы, поскольку контактор К включается с некоторой выдержкой времени после включения контактора Л.

Включению двигателя электробура предшествует включе­ ние разъединителя и масляного выключателя в ячейке ком­ плектного устройства высокого напряжения, разъединителя Р

46

и автоматического выключателя А (см. рис. 15). Эти операции приводят к тому, что на силовые цепи и цепи управления по­ дается напряжение, а также замыкаются контакты КСА—М

иКСА—Р в цепи катушки контактора Л.

Врезультате подачи напряжения на цепи управления в ка­ тушках реле РП2, РВ1, РВ2 и РВЗ, питаемых постоянным то­

ком от выпрямителя ВС, будет протекать ток. Якори этих реле притянутся, и реле мгновенно закроют свои замыкающие кон­ такты в цепи катушек контактора Л и реле времени РВ4. По­ следнее мгновенно притягивает свой якорь и закрывает замы­ кающий контакт в цепи катушки контактора Л. Одновременно

Л, который замыкает свои главные контакты в цепи питания двигателя электробура ЭБ, что, в свою очередь, приводит к по­ явлению тока в цепи катушек погружного разьединителя КП. Последний замыкает одну фазу обмотки двигателя на трубу.

Включение контактора Л приводит также к открыванию его размыкающих и закрыванию замыкающих блоков-контактов. Это влечет за собой обесточивание катушки реле времени РВЗ, которое с выдержкой времени закроет свой размыкающий кон­ такт в цепи катушки контактора К и откроет свой замыкающий контакт в цепи катушки реле времени РВ4. Таким образом, ка­ тушка контактора К получает питание с выдержкой времени после включения контактора Л и замыкает цепь заземленной фазы двигателя электробура. Если по какой-либо причине кон­ тактор К не включился за время выдержки реле времени РВ4, последнее открывает свой контакт в цепи кнопки «Пуск» и раз­ рывает цепь катушки контактора Л, что вызывает его отклю­ чение и возврат схемы в первоначальное состояние. Если же пуск двигателя электробура произошел нормально, то кнопка «Пуск» и контакт РВ4 оказываются шунтированными закрыв­ шимися блок-контактами Л и К. Для остановки двигателя электробура нажимают кнопку «Стоп», разрывающую цепь ка­ тушки контактора Л.

В схеме предусмотрена мгновенная защита от коротких замыканий в токоподводе, осуществляемая реле РМ1 и РМ2, срабатывающими при токе, который больше на 15 % пускового тока двигателя электробура. Срабатывание реле РМ1 или РМ2 вызывает разрыв цепи катушки реле РП2, которое своим за­ мыкающим контактом разрывает цепь катушки контактора Л, отключающего двигатель ЭБ. Одновременно включаются сиг­ нальные реле РС1 и промежуточное реле РП1. Последнее от­ крывает свой размыкающий контакт с ручным возвратом в цепи катушки реле РП2, препятствуя повторному включению контактора Л на короткое замыкание.

Для защиты от перегрузок служит реле РМП, а от закли­ нивания долота — реле РМЗ. Реле РМП срабатывает при токе

47

Р С 2 или Р С З , поэтом у обслуж иваю щ ий персонал м ож ет узнать,

48

вода может быть присоединен источник измерительного напря­ жения £/Иэм (рис. 16) постоянного тока. Измерительный ток будет определяться сопротивлением изоляции. Источником из­ мерительного тока и прибором для измерения сопротивления изоляции является ламповый мегометр, к которому при по­ мощи пробника во время спуско-подъемных операций присо-

а

и\лw

Рис. 16. Схема (а) и конст­ рукция (б) бесконтактного от­ делителя

единяют фазы токоподвода. При наличии бесконтактного отде­ лителя нет необходимости в контакторе К и реле времени РВЗ и РВ4, показанных на рис. 15. Погружной бесконтактный от­ делитель (рис. 16,6) содержит корпус /, в котором монтиру­ ется контейнер 4 с коммутирующим узлом 3. Жила кабеля, соединяющая фазу обмотки с бурильной трубой, вводится в контейнер 4 посредством герметичного ввода 5. Полость кон­ тейнера не заполнена жидкостью для выравнивания давления,

49

ва ния электробура; ко нтро л ь цепи и сопротивления изоляции

регр узке электробура ио то к у и кратковрем енном заклинивании

S3)