Силовые приводы  буровых установок

Для выполнения цикла работ по бурению скважин  или горизонтальному бурению применяют буровые установки, представляющие собой комплекс машин, механизмов и сооружений. Основными процессами при бурении являются разрушение горных пород, очистка забоя от выбуренной породы и крепление неустойчивых стенок скважины. В соответствии с этим в состав буровых установок входит различное оборудование, которое разделяют на следующие группы.

1.  Узлы и механизмы для вращения и подачи инструмента— вращатели, механизмы подачи при вращательном бурении и ударные механизмы при ударном бурении.

2.  Оборудование, применяемое при вращательном бурении для очистки забоя от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента — буровые насосы при бурении с промывкой или компрессоры при бурении с продувкой.

3.  Узлы, механизмы и сооружения для спуска, наращивания и подъема бурильных колонн и для спуска колонн обсадных труб — буровые лебедки, кронблоки, талевые блоки, вышки или мачты.

4.  Механизмы, приспособления и инструмент для механизации спуско-подъемных операций — труборазвороты, свечеукладчики и др.

5.  Силовой привод для приведения в действие машин и механизмов.

6.  Аппаратура контроля и регулирования процесса бурения.

По способу  разрушения горных пород различают  установки

вращательного, ударного, вращательно-ударного, вибрационного и вибровращательного бурения. В составе установок для геологоразведочного бурения выделяют буровой станок — машину для бурения скважин и буровой агрегат, состоящий из станка и бурового насоса или компрессора вместе с силовыми приводами к ним.

Помимо собственно бурения цикл сооружения скважины включает комплекс работ, связанных с подготовкой площадки под буровую установку, транспортировкой оборудования, его монтажом и демонтажем. В зависимости от монтажно-транспортной базы буровые установки разделяют на стационарные, передвижные и самоходные.

Стационарными называют установки, такие установки бестраншейной прокладки выпускаются под маркой PBA Perforator, не имеющие собственной транспортной базы и перемещаемые блоками с использованием универсальных транспортных средств или средствами воздушного транспорта, однако имеют достаточно компактную версию, чтобы не причинять больших неудобств. Для работы в труднодоступных районах и подземных условиях оборудование таких установок выполняют разборным, состоящим из удобных для транспортировки узлов, не требующих сложной регулировки при сборке. Монтаж и демонтаж стационарных установок может быть трудоемок, требует больших затрат времени и средств. Особенно это характерно для установок ГНБ китайского производства.

Страшно сказать, для такой страны как Россия, где  каждая вторая проходимая машина - трактор, покупать установку ГНБ с гусеницами? Не проще ли взять уже имеющийся трактор и погрузив на прицеп привезти высокоточное оборудование, которое позволит без каких-либо катаклизмов совершить проходку скважины посредством горизонтального бурения и иметь такой аккуратный вид, когда все дороги, в том числе и железнодорожные целы, трубопровод проложен и никаких авралов... Но все-таки...

Передвижные установки смонтированы на собственной  транспортной базе и перемещаются буксированием. Для монтажа бурового оборудования используют транспортные базы на колесном, санном и гусеничном ходу или плавсредства. Установку транспортируют одним или несколькими блоками; с увеличением их числа объем монтажно-демонтажных работ возрастает.

Самоходными называют установки, смонтированные на колесных и гусеничных транспортных средствах. Применение самоходных установок позволяет сократить до минимума время на подготовительно-заключительные работы, что особенно важно при небольшой продолжительности бурения скважин. Если нужно пройти скважину, без вскрытия асфальта под велосипедной дорожкой, то это - идеальный вариант.

До сих  пор, в Китае, рекламируют несколько, не больше десяти, проходов под рекой  Хуанхе, на базе установок ГНБ. Однако, китайцы умалчивают, сколько у них было провальных бурений, сколько установок, хоть и по цене китайских, они загубили. Нужно было пробуриться - пробурились. До сих пор неизвестно сколько скважин горизонтального бурения было сделано на Яренге в 1937-1939 году. Какой ценой?

Когда амбиции  и реклама отходят в прошлое, приходят - профессионалы. Для тех, кому нужно прогнозируемое время бурения, кому нужна прогнозируемая точность и качество, именно те обращаются за новыми знаниями в области горизонтально  направленного бурения или бурошнекового бурения методом прокола дороги.   
 
 
 
 
 

Силовой привод

Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой установки (рис. 13) - он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.

Рис. 13. Функциональная схема установки:

1, 2, 3 - трансмиссии; 4 - ведущая ветвь каната; 5 - манифольд высокого  
давления со стояком и шлангом; 6 - вкладыши ротора.

Привод буровой  установки может быть дизельным, электрическим, дизель- электрическим  и дизель-гидравлическим. Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Суммарная мощность силового привода буровых установок  составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть - компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др. 
 

Привод - буровая  установка

Привод буровой  установки может быть дизельным, электрическим, дизель - электрическим  и дизель-гидравлическим. Дизельный  привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Привод буровых  установок в зависимости от вида применяемой энергии делится на дизельный и электрический. Установки глубокого бурения имеют главный привод для лебедки, ротора и насосов и дополнительный для компрессоров оборудования для приготовления и очистки промывочных жидкостей и других вспомогательных работ.

Привод буровой установки осуществляется от электродвигателей. Лебедка приводится во вращение двигателем номинальной мощностью 500 кВт при частоте вращения 750 об / мин. Привод буровых насосов осуществляется электродвигателями номинальной мощностью 640 кВт при частоте вращения 750 об / мин.

Привод буровой  установки Уралмаш - 4Э состоит  из трех отдельных агрегатов: одного для привода лебедки и ротора и двух для индивидуального привода  буровых насосов.

Приводом буровой  установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию - насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода ( на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и - технические свойства и является классификационным ( главным) параметром.

Монтаж привода  буровой установки Уралмаш 4Э - 67 сводится к установке и выверке  привода лебедки, коробки скоростей  и к установке карданных валов, а в буровой установке Уралмаш 125БЭ - 70 - к выверке цепной коробки скоростей ( приводной звездочки) по звездочке, установленной на трансмиссионном валу лебедки.

Если приводом буровой установки является один или несколько дизельных агрегатов, монтаж привода усложняется. Фундамент под редуктор на сительно его ориентируются сваях или на стульях.

В приводе буровых  установок, выпускаемых с 1958 - 1959 гг., спаривающий понизительный редуктор исключен из кинематической схемы и  приводные электродвигатели присоединяются непосредственно к коробке передач, в которой дополнительно установлены две зубчатые шестерни; резервный привод перенесен на другую сторону рамы и укомплектован двухступенчатой зубчатой передачей.

В приводе буровых  установок от ДВС наиболее распространены комплексные гидротрансформаторы, в которых осуществляется автоматическое превращение трансформатора в муфту и наоборот. Это важно потому, что для вспомогательных операций, когда нужна небольшая мощность, требуется передача посредством муфты.

В приводе буровых  установок используются механические, гидравлические, электрические и  пневматические передачи, различающиеся  по способу преобразования передаваемого  вращающего момента. Как правило, гидравлические и электрические передачи используются в сочетании с механическими, образуя гидромеханические и электрические передачи.

Конструктивная  схема дизель-гидравлического агрегата САТ-450. / - простановочная шайба. 2 - щиток  контрольно-измерительных приборов. 3, 4 - конические кольца. 5 - двигатель В2 - 450АВ - СЗ. 6 - пробка. 7 - капот. S - гайка. 9 - маховик. 10 - воздухоочиститель. / / - труба выхлопная. 12 - кожух соединительной муфты. 13 - палец резиновый. 14 - турботрансформатор. 15 - рама. 16 - муфта соединительная. 17 - стартер. 18, 21 - крышки. 19 - маслозакачивающий насос. 20 - горловина. 22 - наконечник. 2. - кожух. 24 - радиатор. а - регулируемый зазор. В приводе буровых установок гидротрансформаторы преимущественно используются в сочетании с дизелем. Дизель и гидротрансформатор объединяются в один блок, называемый дизель-гидравлическим агрегатом.

В приводах буровых  установок широко используют цепные передачи. Такая передача состоит  из ведущей и ведомой звездочек  и огибающей их цепи. В зависимости  от направления вращения звездочки  ведущей ветвью цепи может быть как верхняя, так и нижняя. Предпочтительны передачи с верхней ведущей ветвью.

Электромагнитная  муфта скольжения ( а и ее механические характеристики ( б. В приводе буровых  установок электромагнитные муфты  применяются в качестве электротормоза буровой лебедки, для оперативного соединения приводного вала лебедки двигателем, сочленения двигателей ( в первую очередь, внутреннего сгорания) с групповой трансмиссией, в качестве пусковой муфты в приводе лебедки от постоянно вращающихся двигателей ( синхронных или асинхронных с короткозамкнутым ротором), для оперативного соединения бурового насоса с приводом, ограничения момента, передаваемого на ротор, регулирования частоты вращения ротора и числа двойных ходов бурового насоса, для автоматизации подачи долота в процессе бурения. 

В приводе буровых  установок Уралмаш - 5Д и Уралмаш - 5Д - 59 установлено пять силовых агрегатов с дизелями В2 - ЗООА. В установке Уралмаш - 5Д с четырехдизельным приводом установлены четыре силовых агрегата с дизелями В2 - 450, в том числе два двухшкивных. Дизель В2 - 400 используется в приводе буровых установок Уралмаш-ЗД и Уралмаш-ЗД-59. Дизель, установленный на каждом силовом агрегате, имеет циркуляционную систему смазки под давлением и замкнутую систему охлаждения, осуществляемую вентилятором и радиатором.

В приводе буровых  установок Урал-маш - 4Э - 59 аналогично приводу установок Урал-маш - 6Э - 59 предусмотрены по сравнению с прежними агрегатами улучшение пусковой характеристики и конструкции, уменьшение габаритов, что частично отражено в технической характеристике и в перечне электрооборудования.

В приводе буровых  установок муфты служат для соединения валов и обеспечивают оперативное  управление буровой установкой. Применяемые  в буровом приводе муфты подразделяются на оперативные и неоперативные. Первые служат для управления буровой установкой.

Показателем экономичности  привода буровых установок является удельный расход топлива. Для поршневых  ДВС эта величина составляет 230 - 260 г / ( кВт - ч), а для газотурбинных  установок 330 - 410 г / ( кВт ч), - Последние  два показателя силового привода особенно важны для буровых установок, когда проводку скважины приходится вести в отдаленных и труднодоступных районах страны, куда доставка оборудования, топлива сопряжена порой с большими трудностями. В этой связи важным показателем привода является и относительная масса двигателя, приходящаяся на единицу мощности установки.

При ремонте  привода буровой установки Уралмаш 6Э - 59 проводят следующие работы: смену  подшипников редуктора, аварийного привода, ремонт или смену шестерен редуктора и аварийного привода, смену муфт ПМ-500 и войлочных уплотнений.

Применяется в  приводах буровых установок, питат.

Портной, Б. М. Школьников Привод буровых установок.

Теоретическое исследование динамики привода буровых  установок затрудняется вследствие сложности кинематических схем и большого числа сосредоточенных и распределенных масс, содержащихся между двигателем и исполнительными органами, влияния сил упругости и технологических факторов в различных случайных комбинациях. Поэтому действительную конструктивную схему привода обычно заменяют простой эквивалентной схемой с сосредоточенными массами и жесткими связями, обеспечивающей требуемую точность расчета. При этом задача динамики привода решается методами статики на основе известного принципа Даламбера.

Групповой и индивидуальный дизельные приводы буровой установки с клиноременной трансмиссией. Кроме дизелей для привода буровой установки могут использоваться другие типы двигателей внутреннего сгорания: работающие по газо-дизельному циклу или газовые.

При выборе мощности привода буровой установки прежде всего следует определить мощность, необходимую для привода насосов / / спя, а затем мощность для привода лебедки и ротора с учетом технологически необходимых вариантов одновременной эксплуатации этих механизмов.

Газовая турбина на приводе буровых установок имеет сравнительно с дизельным видом привода небольшой опыт эксплуатации. Однако этот опыт весьма обнадеживающий, и есть все основания полагать, что число буровых установок с газотурбинными двигателями будет неуклонно возрастать.

Комплексная турбопередача  в приводе буровой установки  позволяет ограничиться двумя скоростями главного барабана лебедки, однако для  унификации узлов установок БУ-200Бр и БУ-200БрЭ ( с электроприводом  на переменном токе) приняты четыре скорости.

Дальнейший прогресс в области привода буровых  установок связан с развитием  электропривода.

Применение системы  кольцо в приводе буровой установки, с одной стороны, затрудняет рациональный выбор электрических машин и  вынуждает усложнять электрическую  схему управления, а с другой - обусловливает снижение некоторых эксплуатационных показателей [100], в связи с чем ее применение на буровых установках нельзя считать рациональным. На зарубежных буровых установках применение этой схемы весьма ограничено. 

Дизели наиболее распространены в приводе буровых установок. В последние годы заметно расширилось использование газотурбинных двигателей. Карбюраторные и паровые двигатели в современных буровых установках не применяются. Распространенность дизелей объясняется их надежностью, экономичностью и компактностью по сравнению с другими тепловыми двигателями. Энергетические показатели дизеля оцениваются по скоростным, нагрузочным и регуляторным характеристикам, определяемым на основе стендовых испытаний.

Эти двигатели  используют в приводе буровых установок. Валы двигателей, устанавливаемые на щитовых подшипниках, имеют один свободный конец для соединительной муфты.

Дизели широко применяют в приводе буровых  установок как структурно-поискового, так и глубокого бурения. Их преимущество в том, что они имеют относительно малую массу, большую общую и литровую мощность, высокую экономичность и достаточно большой моторесурс. В бурении используют только четырехтактные дизели, имеющие некоторые преимущества по сравнению с двухтактными: меньшую тепловую напряженность, большую экономичность, бол ее низки и уровень шума и др. В зависимости от вида привода применяют дизели мощаостью 80 - 800 л. с. и массой 1000 - 2000 кг.

Работа газотурбинного двигателя в приводе буровой  установки имеет некоторые преимущества по сравнению с работой дизелей.

Силовой агрегат  БУ-40 предназначен для привода буровой  установки или отдельных е  узлов.

Силовой агрегат  GAT-4 предназначен для привода буровых установок или их отдельных узлов.

Силовой агрегат  ДА-220 предназначен для приводов буровых установок или их отдельных узлов.

Двигатели внутреннего  сгорания применяются для привода  буровых установок на поисковых  работах, при предварительной разведке и бурении одиночных скважин.

Характеристики  электродвигателей постоянного тока с различными способами возбуждения. АЬ At и АЗ - рабочие диапазоны регулирования частоты вращения электродвигателей соответственно с параллельным, смешанным и последовательным возбуждением. Преимущества электродвигателей переменного тока в приводе буровых установок перед ДВС заключаются в том, что значительно упрощается конструкция трансмиссий и оснований установки и нет необходимости подвоза топлива.

Был разработан и создан специальный электродвигатель для привода буровой установки, способный работать в безвоздушном пространстве на энергии, вырабатываемой солнечной станцией.

Гидромеханические передачи предназначены для широкого изменения характеристики привода  буровых установок. Применение турб-передач  обеспечивает плавное бесступенчатое изменение скорости подъема труб или бурового насоса. Возможен пуск насоса под нагрузкой. При этом исключаются неравномерность хода, толчки и ударные нагрузки.

Пригодность двигателя  того или иного типа для привода  буровой установки определяется совокупностью его технико-экономических показателей, отвечающих требованиям технологии проводки скважин.

При выборе типа двигателей и схемы компоновки привода  буровой установки учитывается  весь цикл рабочих нагрузок, характер использования установленной мощности. 

Были внедрены также авиационные двигатели АИ-23У для привода буровых установок типа ЗД. В настоящее время большинство буровых установок, оснащенных этими двигателями, работает на Вуктыльском газоконденсатном месторождении. В связи с тем, что для питания двигателя необходим газ с давлением около 10 кгс / см2, топливом для них служит природный газ. Для использования в этих целях нефтяного газа необходимым условием является создание автономного моноблочного компрессорного агрегата, способного работать на открытом воздухе.

В числе преимуществ  электродвигателей при использовании  их в приводе буровых установок  следует отметить экономичность  и надежность, способность реверсирования и преодоления кратковременных  перегрузок, бесшумность работы.

За рубежом  ЭМП переменно-постоянного тока также признается перспективной системой привода буровых установок. В дальнейшем буровые установки с ЭМП переменно-постоянного тока начали изготовлять многие другие зарубежные фирмы [100, 115, 123], причем эта система применяется главным образом для морских буровых установок и для установок повышенной транспортабельности.

В системе Миннефтепрома  были внедрены также авиационные  двигатели АИ-23У для привода  буровых установок. В связи с  тем что для питания двигателя  необходим газ с давлением 1 МПа, топливом для них служит природный газ.

Транспортабельные энергетические установки. В системе  Миннефтепрома были внедрены также  авиационные двигатели АИ-23У для  привода буровых установок. В  связи с тем, что для питания  двигателя необходим газ с  давлением - 10 кгс / см2, топливом для них служит природный газ. Для использования в этих целях нефтяного газа основным условием является создание автономного моноблочного компрессорного агрегата необходимых параметров, способного работать на открытом воздухе.

Индукционная муфта типа ЭМС. / - якорь, 2 - индуктор, 3 - обмотка возбуждения, 4 - корпус, 5 - подшипниковый узел. На рис. 87 показана муфта скольжения ЭМС, применяемая в приводе буровых установок. Состоит она из двух основных частей - якоря / и индуктора 2, на котором расположена обмотка возбуждения. При подключении обмотки возбуждения к источнику постоянного тока по ней протекает ток, который создает магнитный поток. При вращении индуктора его магнитное поле вращается относительно якоря. В этом случае в якоре наводятся токи, которые взаимодействуют с магнитным потоком индуктора.

Для электроприводов  третьей группы одной из возможных  областей применения может быть привод буровых установок, где уже достаточно широко используется тиристорный электропривод  постоянного тока. Технико-экономический эффект от замены электропривода постоянного тока частотно-регулируемым может быть достигнут за счет снижения капитальных затрат на электрооборудование.

Силовой агрегат  СА-10 или АДГ-600 ( рис. IX.2) предназначен для привода буровых установок, работающих в районах с умеренным климатом.

Для смазки подшипников, цепных и зубчатых передач в коробках скоростей привода буровых установок, суммирующих цепных редукторов приводов буровых установок, цепных коробок  скоростей лебедок, цепных обводных передач лебедок, буровых насосов, ротора применяют жидкую циркуляционную смазку под давлением 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Силовые агрегаты для привода буровых установок

Силовые агрегаты для привода буровых установок 
 

                  Силовой агрегат  СА-10-1 Предназначен для привода буровых установок: 125 ДГУ(3000ДГУ), 160 ДГУ(5000ДГУ), 6500 ДГУ с глубиной бурения 3 и 5 тыс.м. и модернизации силового привода бурового оборудования БУ1600/100ДГУ(БУ) и БУ2500ДГУ-М на дизельный привод  

      Силовой агрегат СА-20 Применяется для привода буровых установок румынского производства типа Ф320-3ДХ, Ф500-3ДХ 

      Силовой агрегат СА-25 Применяется для  привода буровых насосов  

      Силовой агрегат СА-30 Применяется для  замены двигателей В2-500ТК-С4 и польских силовых агрегатов Wola 24AHF-71H12A на буровых установках ЗД-86-2, БУ 3000 БД, НБО-Д, ЗД-86-1, а также для модернизации набора бурового оборудования НБО-Э на дизельный привод.

.