2.5. Электропривод буровых насосов.

2.5.1. Общая характеристика режима работы электропривода бн и выбор мощности привода.

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения.

Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются его подача Q и напор p, развиваемый при заданной подаче. Мощность привода насоса определяется произведением Q∙p.

В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса. В зависимости от диаметра втулки будет изменяться подача насоса, а также предельно-допустимое давление на выходе насоса, снижающееся при увеличении диаметра втулки.

В начале бурения скважины давление, создаваемое насосом, невелико. По мере углубления скважины, вследствие увеличения гидравлического сопротивления труб возрастает и давление на выходе насоса, которое ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определенной глубины скважины, подачу насоса необходимо ограничивать. Оптимальный режим работы насосной установки характеризуется постоянством развиваемой насосами мощности, равной номинальной Р_н, то есть Р_н=р·Q=const.

Этому условию в координатах p-Q соответствует кривая, изображенная на рис. 11.

Рис. 11. График работы бурового насоса.

Приблизиться к режиму постоянства мощности насоса при нерегулируемом приводе можно за счет применения цилиндровых втулок разного диаметра, однако мощность привода будет недоиспользована и двигатель насоса будет недогружен.

Предположим, что бурение начинается в точке 1 при давлении на нагнетательном патрубке p < p₅ втулкой диаметром D₅. Продолжать работу втулкой диаметром D₅ выше точки 2 нельзя, так как давление поднимается выше p₅ (что недопустимо) и, кроме того, будет перегружен привод. Поэтому в точке 2 необходимо заменить втулку диаметром D₅ на втулку диаметром D₄. Тогда уменьшится подача насоса и пропорционально квадрату подачи снизится давление насоса. При замене втулки в точке 2 давление снизится скачком до давления, соответствующего точке 3.

Если продолжать бурение с втулкой диаметром D₄, то по мере углубления скважины давление в точке 4 достигнет p₄, т.е. предельного значения, при котором необходимо заменить втулку диаметром D₄ на втулку диаметром D₃ и т.д. Следовательно, в случае нерегулируемого привода насосов и периодической замены втулок процесс протекает по отрезкам вертикальных прямых 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10. Увеличивая число типоразмеров втулок, можно только приблизиться к кривой pQ = const, но мощность привода будет использована не полностью.

При регулируемом приводе мощность насосов и двигателей используется полнее. Таким образом, важнейшим требованием к электроприводу насоса является возможность регулирования скорости вращения двигателя. Причем скорость необходимо регулировать не менее чем на 20-30 % вниз от номинальной при бурении и до 50 % при восстановлении циркуляции раствора.

Требуемый диапазон регулирования частоты вращения бурового насоса обусловлен следующими технологическими требованиями:

1. Возможностью плавного пуска бурового насоса как при отсутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим насосом.

2. Возможностью работы в большей части интервала скважины в режиме максимального давления.

3. Облегчением процесса восстановления циркуляции жидкости.

4. Возможностью снижения уровня пульсаций давления в нагнетательном трубопроводе.

Мощность приводного двигателя насоса определяется по формуле:

,

где Q_т – максимальная теоретическая подача;

p – полное давление нагнетания при максимальной подаче;

–коэффициент подачи (0,9) ;

–полный КПД насоса (0,8);

–коэффициент передачи между двигателем и насосом (0,96);

a – коэффициент, учитывающий возможность длительной перегрузки насоса (1,05-1,1).

Номинальная мощность двигателя привода насоса выбирается из условия:

Р_ном ≥ Р.

По пусковому моменту двигатель не проверяется, т.к. запуск двигателя бурового насоса производится практически на холостом ходу.

Для восстановления циркуляции промывочной жидкости в случае забивания долота разбуренной породой кратковременно на выходе насоса создается повышенное давление. Поэтому, особенно при бурении в сложных условиях, двигатель бурового насоса должен иметь достаточно высокую перегрузочную способность.

Номинальная частота вращения двигателя определяется кинематикой насоса и клиноременной передачи, для существующих поршневых насосов она составляет 750 или 1000 об/мин. В отечественной практике обычно используют однодвигательный привод для буровых насосов, в зарубежной практике – двухдвигательный.

Обычно для привода насоса применяют те же типы двигателей, что и для лебедки: асинхронные АКБ, АКЗ и синхронные СДЗ, СДБ, СДБО и др. В буровых установках глубокого бурения, а также в морских БУ применяют двигатели постоянного тока типов МПП, ДПЗ, ДРБ, главное достоинство которых – простота регулирования скорости в широких пределах.