Привод буровой установки

 

Силовой привод – источник энергии, необходимой для работы исполнительных механизмов и устройств буровой установки. 

Привод основных исполнительных механизмов (лебедки, ротора и насоса) называется главным приводом буровой установки. Суммарная мощность привода основных исполнительных органов называется установленной мощностью.

По характеру энергоснабжения приводы подразделяются на зависимый и автономный.

Зависимый привод получает энергопитание от внешней централизованной системы местного или общереспубликанского значения, и его задача состоит в преобразовании подведенной энергии в механическую мощность.

Автономный привод представляет собой самостоятельный энергетический источник, потребляющий энергетическое сырье. В этом случае создается запас энергетического сырья в хранилище возле буровой.

Основные внешние характеристики двигателей – номинальная мощность на валу двигателя и номинальная частота вращения вала двигателя.

На современных буровых в качестве главного привода применяют двигатели различного типа: внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные), электрические (работающие от централизованной системы электроснабжения и от дизель-электрической станции, входящей в комплект буровой установки), а также газотурбинные.

Каждый тип двигателей отличается внешней характеристикой. Наиболее гибкую характеристику имеют паровая машина и электродвигатель постоянного тока.

  

К характеристике можно отнести также коэффициент перегрузочной способности, который показывает отношение максимального крутящего момента на валу двигателя к номинальному: k  = M_max/М_nom.

Двигатель для привода лебедки и ротора должен обладать:

1. значительным пусковым моментом для преодоления инерции массы бурильных труб и преодоления сил трения труб о стенки скважины;
2. плавностью запуска (без больших динамических нагрузок);
3. большой перегрузочной способностью для преодоления кратковременных перегрузок, возникающих, например, при спускоподъемных операциях. Желательно, чтобы двигатель обладал реверсом – способностью изменять направление вращения.

В настоящее время созданы установки с двигателями постоянного тока, так как промышленность освоила производство высокоэффективных тиристорных выпрямителей большой мощности.

Для трансформации крутящего момента и частоты вращения используют:

• механические трансмиссии с многоступенчатыми коробками передач, зубчатыми или цепными:
• турботрансформаторы в комбинации с упрощенными коробками передач.

С целью улучшения пусковых характеристик двигателей для привода насосов используют фрикционные муфты, турбо- и электромуфты, которые допускают кратковременное регулирование частоты вращения. 

В механических трансмиссиях буровых установок применяют зубчатые, многорядные клиноременные и цепные передачи, а также карданные валы. В качестве муфт сцепления используют жесткие кулачковые и зубчатые муфты, а в качестве оперативных сцепных муфт – фрикционные дисковые и бандажные муфты и электромуфты.

Коробки передач в буровых установках предназначены для изменения частоты и направления вращения ротора и барабана лебедки. Они бывают зубчатыми и цепными.

Турбопередача представляет собой центробежный насос и гидравлическую турбину, которые связаны замкнутым кругом циркуляции жидкости. Турбопередачи применяют для смягчения характеристик двигателей. К ним относятся турбомуфты и турботрансформаторы.

На стационарных и передвижных установках, как правило, устанавливают несколько двигателей, которые в зависимости от схемы подсоединения образуют групповой, раздельный или смешанный приводы.

При групповом приводе все двигатели главного привода присоединены к единому общему выводу, от которого приводятся в действие лебедка, ротор и насосы. Для раздельного привода характерно, что каждый основной исполнительный механизм установки приводится отдельным двигателем. При смешанном приводе часть основных исполнительных механизмов имеет общий привод, а некоторые (например, буровые насосы) приводятся в действие отдельным двигателем.

Если используются двигатели внутреннего сгорания (дизельные) или электродвигатели переменного тока с питанием от промышленной сети, то применяют групповой привод или смешанный. Если установка оснащена электродвигателями постоянного тока, питающимися от индивидуальной дизель-электростанции, то лучшие результаты получают при раздельном или смешанном приводе.

При газотурбинном приводе используется такая система соединения, которая позволяет применять групповой или смешанный привод.

Если работы ведутся в местности с развитой промышленной системой электроснабжения, то предпочтительно использовать буровые установки с приводом от электродвигателя. Электропривод делает установку более компактной, облегчает ее обслуживание и снижает ее массу. Использование индивидуальной дизель-электростанции постоянного тока позволяет достигнуть более гибкого регулирования работы установки, но вместе с тем увеличивает общую массу оборудования, поэтому такой вид привода не получил широкого применения.

В последнее время начали применять буровые установки с электроприводом постоянного тока, получающим питание от сети через тиристорные выпрямительные станции.