Глава 9 СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Глава 9 СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

§ 1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ

Силовым приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу устройств, осуществляющих преобразование топливной или электрической энергии в механическую, управление преобразованной механической энергией и передачу ее исполнительному оборудованию, насосам, ротору, лебедке и др.

Мощность (на входе в трансмиссию) характеризует основные потребительские и технические свойства привода и является его классификационным (главным) параметром.

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей. К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачами. К неавтономным приводам относятся: асинхронные и синхронные электродвигатели трехфазного переменного тока с механической передачей; синхронные двигатели трехфазного переменного тока с гидравлической или электродинамической передачей.

В соответствии с кинематикой установки привод может иметь два основных исполнения: индивидуальный и групповой. Индивидуальный привод широко распространен в установках с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже. Групповой привод применяют при двигателях внутреннего сгорания для уменьшения их числа.

Потребителями энергии буровой установки являются:

1) в процессе бурения — буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;

2) при спуске и подъеме колонны труб — лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.

Приводы также делятся на главные (приводы лебедки, буровых насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов буровой установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10—15% мощности, потребляемой главным оборудованием.

§2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРИВОДАМ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Исходя из технологии бурения нефтяных и газовых скважин и учитывая условия, в которых эксплуатируются буровые установки, можно сформулировать основные требования, которым должны отвечать современные силовые приводы.

В период непосредственного бурения привод насосов осуществляется от двигателей с постоянной нагрузкой в пределах 60—100% их суммарной номинальной мощности. Время непрерывной работы двигателей при таком режиме колеблется от 45 мин до 8—10 ч и более. В процессе роторного бурения на вращение бурильных труб затрачивается мощность от 200 до 500 кВт. Во время спускоподъемных операций двигатели имеют резко переменную нагрузку — от холостого хода до максимальной, причем нагрузки от минимума до максимума изменяются через 2—3 мин, а в отдельных случаях и чаще. При таком режиме двигатель непрерывно работает до 10—12 ч. Во время вспомогательных работ (промывка скважины, наращивание колонны, смена долота и др.) двигатели, как правило, загружены не полностью.

Наиболее тяжелые условия создаются при ликвидации аварий в скважинах. В этих случаях привод эксплуатируется с резко переменными нагрузками, часто требуются реверс и передача мощности, превышающая расчетную, ибо бурильщик всеми средствами стремится ликвидировать аварию.

Силовой привод иногда эксплуатируется при газопроявлениях в скважине; во избежание воспламенения газа или нефти дизели должны быть оборудованы искрогасителями, позволяющими в отдельных случаях работать при фонтанных проявлениях в данной скважине или вблизи фонтанирующей скважины.

Силовые агрегаты на буровой в большинстве случаев устанавливают в дощатых сараях, которые не утепляют, за исключением районов Сибири. Поэтому температура воздуха в таком помещении в зимнее время при остановке двигателей постепенно опускается ниже нуля, а в южных районах температура летом поднимается до +60° С.

Силовые приводы должны быть рассчитаны на полную длительную загрузку при бурении и должны обеспечивать проведение спускоподъемных операций на высоких скоростях. При их конструировании следует учитывать возможность применения механизмов (турботрансформаторов, многорядных цепей и т. д.), способствующих улучшению технико-экономических показателей установок.

Конструкция двигателей должна обеспечивать легкость их запуска, предохранение двигающихся частей от попадания пыли, песка, надежную фильтрацию воздуха, масла и топлива, нормальный тепловой режим при колебаниях температуры наружного воздуха в широких пределах, а также допускать осмотр и замену быстроизнашивающихся его деталей и узлов.

§ 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

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

Минимальная скорость подъема крюка в соответствии с рекомендациями размерного ряда принимается равной 0,3— 0,5 м/с. При такой скорости обеспечивается высокая эффективность спускоподъемных операций. Удельная мощность, развиваемая на крюке, должна быть в пределах 3,5----6 кВт на 10 кН веса бурильной колонны. Удельная гидравлическая мощность насосной установки находится в пределах 7---10 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)

содержание .. 39 40 41 42 ..