§ 9. ЭЛЕКТРОБУРЫ

 

  Главная      Учебники - Разные     Буровые машины и механизмы (Лесецкий В.А.) - 1980 год

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     51      52      53      54     ..

 

 

 

 

ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

 

 

§ 9. ЭЛЕКТРОБУРЫ

Назначение и схема

Электробур, служащий для привода во вращение бурового долота, представляет собой забойный агрегат с электрическим двигателем трехфазного переменного тока, электроэнергия к которому передается с поверхности по кабелю, расположенному внутри колонны бурильных труб.

Оборудование на буровой установке при бурении электробуром применяется в основном такое же, как и при бурении роторным или турбинным способом.

Электробур с долотом опускают в скважину на бурильных трубах, по которым прокачивается буровой раствор, подаваемый от насосов по гибкому буровому шлангу через вертлюг в трубы. Электроэнергия подводится к электробуру от трансформатора, установленного в буровой. Она подается по наружному кабелю к кольцевому токоприемнику, укрепленному ниже вертлюга. Токоприемник является как бы электрическим вертлюгом, позволяющим ввести электроэнергию внутрь вращающейся колонны бурильных труб от наружного кабеля через щетки и токоприемные кольца к кабелю, расположенному внутри труб. По этому кабелю электроэнергия подводится к двигателю электробура.

Давление на долото для разрушения породы так же, как и при роторном бурении, осуществляется нижней частью бурильной колонны, которая воспринимает реактивный момент. Разбуренная порода выносится на поверхность буровым раствором по кольцевому пространству между стенками скважины и бурильной колонной.

 Электробур состоит из электродвигателя, шпинделя, соединенного с валом двигателя, внутренние полости которых заполнены маслом, и системы защиты этих механизмов от проникновения бурового раствора.

Преимуществами электрического двигателя по сравнению с гидравлическим являются: независимость частоты вращения, момента и других параметров от количества подаваемой жидкости, ее плотности, и физических свойств и глубины скважины; постоянство частоты вращения, большая перегрузочная способность электродвигателя и возможность контроля процесса работы с поверхности земли.

К недостаткам электродвигателя относятся необходимость одновременной подачи к забою двух видов энергии — электрической и гидравлической и сложность конструкции.

 

 

 

 

Рис. XIII.21. Схема конструкции электробура

 

 

Устройство электробура

Электробур (рис. XIII.21) представляет собой цилиндрическую, сильно развитую в длину герметичную маслонаполненную машину, в верхней части которой расположен трехфазный асинхронный электродвигатель 1 с короткозамкнутым ротором 2 из нескольких секций. Корпус статора 3 электродвигателя представляет собой трубу с соединительными резьбами на концах, в которую запрессованы пакеты магнитной стали, чередующиеся с пакетами из немагнитной стали. Последние служат для уменьшения электрических потерь в статоре в местах установки подшипников 4 вала 5 ротора. В пакетах ротора имеются пазы, в которых заложена обмотка. Концы ее соединены с кабелем 6, имеющим контактный стержень 7, который расположен в верхнем переводнике 8 электробура.

На пустотелом валу насажены пакеты ротора, собранные из шихтованной листовой немагнитной стали с алюминиевой обмоткой типа «беличье колесо». Каждый пакет представляет собой небольшой короткозамкнутый ротор. Между пакетами устанавливается радиальный шарикоподшипник 4. Таким образом, двигатель электробура представляет собой как бы несколько (10—12) последовательно соединенных на одном валу короткозамкнутых двигателей.

Осевая нагрузка от веса ротора воспринимается нижним подшипником 9. Герметизация двигателя осуществляется сальниковыми уплотнениями, установленными в нижней 10 и верхней 11 его частях, и уплотнением соединений корпусов.

Чтобы устранить проникновение в двигатель через сальник бурового раствора, давление масла внутри двигателя немного выше (на 0,2—0,3 МПа) давления бурового раствора, протекающего через электробур. Для этого в верхнем корпусе элек:тробура устанавливают лубрикаторы 12,

 состоящие из цилиндра, заполняемого маслом, на которое давит поршень. Давление на поршень осуществляется пружиной и жидкостью, Пружина создает только избыточное давление.

Верхняя часть цилиндра лубрикатора сообщается с полостью, заполненной буровым раствором, а нижняя — с внутренней полостью двигателя, заполненной маслом. Лубрикаторы позволяют иметь запас масла и компенсировать его утечку при эксплуатации, а также регулируют объем масла внутри электродвигателя при изменении температуры, что исключает опасность значительного повышения давления и разрушения сальников. На электробуре установлены два лубрикатора. Один соединен с двигателем, другой 13 заполнен густым маслом и соединен с верхним сальником для уменьшения расхода жидкого масла двигателя.

К нижней части корпуса двигателя присоединяется шпиндельное устройство, в котором на мощных радиальных и упорных подшипниках 14 смонтирован полый вал шпинделя 15 с присоединенным долотом 16. Валы двигателя и шпинделя соединены зубчатой муфтой. Буровой раствор из вала двигателя по каналу в валу шпинделя поступает через долото на забой. Выходной нижний конец вала шпинделя уплотнен сальником.

 

Шпиндель смонтирован в заполненном маслом цилиндрическом корпусе, который на резьбах соединен с корпусом электродвигателя. Вал шпинделя также полый, смонтирован на радиальных и упорных подшипниках качения. Нижняя часть шпинделя имеет резьбу для присоединения долота. Радиальные нагрузки воспринимаются роликовыми подшипниками, а осевые — многорядной пятой, состоящей из упорных подшипников качения.

Внутренняя полость шпинделя заполнена более густым, чем в двигателе, маслом и имеет свой кольцевой лубрикатор, расположенный в верхней части шпинделя. Лубрикатор служит для поддержания повышенного давления масла внутри шпинделя и тем самым защищает подшипники шпинделя от попадания в них бурового раствора. Незначительные утечки масла восполняются из лубрикатора.

Для предохранения от проникновения бурового раствора внутрь шпинделя и двигателя, заполненных маслом, все соединения корпусов электробура уплотнены резиновыми кольцами круглого сечения, расположенными в специальных канавках у стыков соединяемых корпусов. Для предупреждения попадания бурового раствора, проходящего через полые валы двигателя и шпинделя, внутрь электробура применяется шарнирное уплотнение, а в нижней части двигателя установлен торцовый сальник, отделяющий масло двигателя от масла шпинделя. Для уменьшения частот вращения вала шпинделя в некоторых конструкциях электробуров устанавливают редуктор между двигателем и шпинделем.

Существуют электробуры диаметрами 170, 215 и 250 мм, мощностью 100—130 кВт при синхронной частоте вращения 600 и 750 об/мин. и напряжении 1100—1650 В.

Электробуры выпускают под шифрами Э250/16, Э250/8, Э215/8, Э170/6 и т. д. Расшифровываются они так: Э—электробур; 250 или другое число — наружный диаметр корпуса в мм; 16, 8 или другая цифра — число пар полюсов, которое определяет частоту вращения двигателя.

 

Система токоподвода

Токоподвод, по которому ток напряжением 1000—1500 В с поверхности подводится к двигателю, состоит из секций шлангового кабеля с кабельными муфтами на концах. Каждая секция имеет такую же длину, что и труба, и смонтирована на опорах внутри нее.

На рис. XIII.22 показана секция кабеля с контактными муфтами, а на рис. XIII.23 — секционный токоподвод к электробуру с секциями кабеля внутри колонны труб. Электроэнергия к электробуру, находящемуся в скважине, подводится от сети по кабелю через кольцевой токоприемник к секциям кабеля, расположенным внутри колонны труб. Секции кабеля, находящиеся внутри вращающегося ствола токоприемника, снабжены автоматической контактной муфтой. 

В свою очередь, нижний конец кабельной секции ведущей трубы также имеет автоматическую контактную муфту, укрепленную на опоре в ее замке. При свинчивании бурильного замка эта муфта автоматически соединяется с контактным стержнем, укрепленным на опоре в ниппеле замка бурильной трубы. Замковая муфта бурильной колонны, свинченная со вторым ее концом, снабжена такой же контактной муфтой, как и нижняя часть ведущей трубы. Такими кабельными секциями с контактными муфтами и стержнями оборудованы все бурильные трубы колонны. Верхняя головка электробура также имеет контактный стержень, соединяющий электробур с токоподводом.

Таким образом, внутри каждого элемента бурильной колонны есть кабельная секция с автоматическим контактным соединением. Так как токоподвод расположен внутри труб, он защищен от повреждений при спусках и подъемах, транспортировке и других операциях с трубами на буровой. 

 

 

 

Рис. XI11.22. Кабельная секция: 1 — кабель; 2 — контактный стержень; 3-контактная муфта,4,5 - опоры стержня и муфты 

 

В связи с тем что кабель размещен внутри бурильных труб, уменьшается сечение для прохода бурового раствора, особенно в местах крепления кабельных секций в замках. Поэтому при бурении электробурами применяют бурильные трубы с наружу высаженными концами и широкопроходные бурильные замки типа ЗШ, приспособленные для крепления кабеля.

Трехфазный переменный ток может подводиться к двигателю по трехжильному кабелю или двухжильному с одной заземленной фазой. 

Контактное соединение состоит из муфты и стержня. Контактная муфта представляет собой резиновое тело с кольцами, к которым присоединены шины секции кабеля. Резиновые изоляции кабеля и муфты сращиваются между собой. Контактный стержень также состоит из резины, контактных колец с присоединенными концами токоведущих шин секции, кабельной секции. Резиновое тело муфты при соединении плотно обжимает стержень, в результате чего осуществляется герметизация соединения.

При спуске бурильной колонны в скважину, заполненную жидкостью, уплотнение и контакт токоподводящих колец улучшаются за счет обжатия муфты гидростатическим давлением.

Поверхность соединения муфты и стержня смазывается при эксплуатации касторовым маслом для улучшения изоляции и предохранения от попадания оаствора.

 

 

Рис. XIII.23. Секционный токоподвод:
1-кабель; 2 — корпус токоприемника; 3 — вращающийся ствол; 4— вводная головка кабеля; 5 — изоляторы; о — провода щеток; 7 — контактные кольца; 8, 12 —контактные муфты; 9 — опора муфты; 10 — бурильная труба; 11—кабельная секция; 13 —защитный стакан; 14 — бурильный замок; 15 — электробур

 

Эксплуатация электробуров

При подготовке электробуров к бурению проверяют степень заполнения их лубрикаторов маслом и сопротивление изоляции обмотки. Контактный стержень смазывают касторовым маслом, а электробур опускают в скважину, после чего свинчивают свечи и спускают колонну.

После спуска каждой свечи проверяют сопротивление ее изоляции прибором, установленным на посту бурильщика. Если колонна собирается первый раз, проверяют направление вращения электробура по реактивному моменту.

По мере роста глубины скважины увеличивается длина токоподвода и уменьшается напряжение на вводном стержне электробура. Для поддержания номинального напряжения на двигателе в зависимости от длины кабеля и режимов его работы применяют трансформаторы с отводами на первичной и вторичной обмотках, которые периодически переключают.

Если на трансформаторе установить такое напряжение, чтобы при номинальной нагрузке двигателя на его зажимах оно было номинальное, то во время холостого вращения напряжение на двигателе будет выше номинального, соответственно будет выше и величина силы тока.

По мере повышения нагрузки двигателя напряжение на его зажимах снижается, падает реактивная и возрастает активная составляющие тока. При спуске электробура потеря напряжения в токоподводе возрастает в соответствии с кратностью пускового тока. В свою очередь кратность пускового тока, и, следовательно, пускового момента двигателя определяется напряжением на его зажимах. Фактическая кратность пускового момента будет ниже расчетной.

Опыт эксплуатации электробуров подтверждает, что если установить напряжение трансформатора по номинальной нагрузке двигателя, то его пусковой момент обычно достаточен для вращения долота вхолостую.

После окончания работы электробур извлекают на поверхность, измеряют сопротивление изоляции, заполняют лубрикаторы смазкой и осматривают его. Затем электробур вновь спускают в скважину. Профилактические и ремонтные работы с электробурами производят в специально оборудованных мастерских.

Электробурами бурят скважины глубиной более 5000 м. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     51      52      53      54     ..