Источники электроэнергии и особенности её распределения на предприятиях нефтяной и газовой промышленности

     определяют  среднюю мощность тепловых потерь при  спуске всей колонны бурильных труб;

     по  полученным данным выбирают электромагнитный тормоз. 

     Двигатели и станции управления 

     В буровых установках БУ-75БрЭ, «Уралмаш-4Э» и «Урал-маш-4000БЭ» для привода буровой лебедки и ротора применяют асинхронные двигатели с фазным ротором. Эти двигатели являются модификацией двигателей единой серии А, они рассчитаны на эксплуатацию в неотапливаемых помещениях с нормальной средой при температуре окружающего воздуха ±40° С и с относительной влажностью 90% при 20°С  (исполнение У2).

     Исполнение  двигателей брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках качения с одним свободным концом под полумуфту. Двигатели приспособлены для монтажа и транспортировки в полевых условиях. Обмотки статора и ротора соединены в звезду.

Рис. 41. Схема управления электроприводом буровой лебедки со станцией СБ-64-500 (ШГШ-6704-58Б1) 
 

     Буровые магнитные станции типа СБ, применяемые  для управления приводными двигателями лебедки и ротора, конструктивно выполнены в виде   металлического   шкафа   с   дверцами с четырех сторон и имеют исполнение У2. Каркас станций монтируется на салазках, что поззоляет транспортировать станции волоком в пределах буровой установки.

     Во  всех станциях типа СБ для уменьшения числа контакторпых ступеней применена  схема дроссельного пуска.  Принципиальные схемы управления двигателями при  помощи станций типа СБ мало различаются. Рассмотрим схему управления двигателем буровой лебедки установки со станцией СБ-64-500 (ШГШ-6704-58Б1) (рис. 41).

     Управление  электроприводом лебедки осуществляется командоконтроллером КК с пульта бурильщика.

     Для включения двигателя АД лебедки (второй двигатель находится в резерве) предварительно включают двигатель насоса, подающего смазку в редуктор (контакт ПМ закрывается). При всех остальных защитах и блокировках, находящихся во включенном положении, втягивается якорь контактора КН (при нулевом положении командоконтроллера КК).

     Контактор КН включается и шунтирует своим замыкающим вспомогательным контактом контакт 1 командоконтроллера КК. 
 

Электропривод с электромагнитными  муфтами и тормозами 

     Применение  электромагнитных муфт, устраняя скачкообразное изменение момента в процессе разгона, обеспечивает плавный и интенсивный разгон привода, значительно упрощает систему привода и открывает широкие возможности внедрения в электропривод лебедки синхронных и асинхронных с короткозамкнутым ротором двигателей. Относительная простота конструкции этих двигателей (особенно синхронных), их повышенные надежность и энергетические показатели приводят к заметному повышению технико-экономических показателей электропривода лебедок. Электропривод лебедки с электромагнитными муфтами позволяет значительно повысить надежность электрооборудования, улучшить условия его эксплуатации, максимально использовать установленную мощность приводных двигателей и соответственно увеличить производительность, уменьшить износ механического оборудования, а также уменьшить силу тока и, следовательно, потерю напряжения в питающих линиях. Последнее особенно важно для мощных приводов лебедки буровых установок тяжелого типа.

     Кроме того, электромагнитные муфты позволяют в наибольшей степени осуществить унификацию буровых установок с дизельным и электрическим приводами, относительно просто ре шить вопросы автоматизации управления приводом лебедки с возможностью форсирования переходных процессов, что обеспечивает повышение производительности подъемных операций.

     В электроприводе лебедки электромагнитные муфты устанавливаются между приводными двигателями и трансмиссией. При производстве спуско-подъемных операций приводной двигатель работает в режиме постоянного вращения на естественной характеристике.

     Привод  лебедки пускают включением электромагнитной муфты путем подачи тока в обмотку  возбуждения. Система управления может быть выполнена автоматической или полуавтоматической с возможностью оперативного вмешательства бурильщика. Формирование необходимых динамических характеристик может быть получено регулированием тока возбуждения.

     Привод  с электромагнитными муфтами  обеспечивает непрерывный переход от натяжки талевой системы к подъему инструмента, остановку колонны бурильных труб на заданной высоте, полную загрузку приводных двигателей и равномерное распределение нагрузки между ними.

     В качестве вспомогательных тормозов буровых лебедок нашли применение гидравлические и электрические  тормоза. Иногда для торможения могут быть использованы приводные двигатели лебедки. Для буровой лебедки наиболее рационально в качестве вспомогательного применять электромагнитный тормоз.

     В электромагнитных индукционных и порошковых тормозах вся энергия торможения превращается в тепло, для отвода которого предусматривается водяное или, реже, воздушное охлаждение. Относительно простая конструкция, отсутствие фазной обмотки, плавность, удобство и легкость управления тормозным моментом позволяют считать электромагнитные тормоза наиболее перспективными тормозными устройствами для буровых лебедок.

     Электромагнитные  тормоза обычно сочленяются с  валом барабана лебедки с помощью шинно-пневматических муфт. Система водяного охлаждения устанавливается рядом или выносится за пределы буровой площадки. Станция управления электромагнитным тормозом может быть расположена в любом удобном месте на буровой или за ее пределами. Управление тормозом осуществляется с пульта бурильщика и при необходимости может быть связано с рукояткой механического тормоза.

     При спуске инструмента процессом торможения управляют изменением силы тока возбуждения  электромагнитного тормоза. Система управления так же, как и в электромагнитных муфтах, может быть выполнена автоматической или полуавтоматической с возможностью оперативного вмешательства бурильщика.

     Основное  преимущество электромагнитных тормозов заключается в возможности плавного регулирования в широких пределах тормозного момента, а также в относительной простоте и легкости автоматизации процесса торможения. 
 
 

Рис.  42.  Упрощенная  схема  управления     возбуждением  электромагнитной муфты  скольжения 
 

     Схема управления возбуждением электромагнитной муфты ЭМС-750 (рис. 42) обеспечивает плавное  приложение момента нагрузки к валу синхронного двигателя и достаточно интенсивный разгон барабана лебедки.

     Обмотка возбуждения муфты ОВ ЭМС получает питание от нереверсивного тиристорного преобразователя, состоящего из тиристоров 77 и Т2 и трансформатора Тр. Последний получает питание от сети переменного тока через магнитный пускатель ПМ и автомат АВ. В цепи катушки магнитного пускателя ПМ на схеме не показана) предусмотрены защиты и блокировки, аналогичные блокировкам рис. 42.

     Управление  углом отпирания тиристоров осуществляется посредством магнитного усилителя МУ, суммирущего сигналы задающий (зажимы 3 и 4), отрицательной обратной связи по скорости (зажимы 5 и 6) и отрицательной обратной связи по току возбуждения ЭМС (зажимы 7 и 8). Напряжение на все эти зажимы подается от сельсинного командоаппарата СКАЛ, та-хогенератора ТГ и резистора Р. Тахогенсратор ТГ приводится во вращение ведомым валом муфты через цепную передачу. Магнитный усилитель МУ получает питание от сети переменного тока (зажимы 1 и 2); с выхода МУ (зажимы 9 и 10) отпирающие импульсы поступают на управляющие электроды тиристоров. Требуемые динамические характеристики привода формируются соответствущими обратными связями.

     В качестве вспомогательного тормоза  лебедки служит электромагнитный порошковый тормоз ТЭП-4500. Этот же тормоз используется в качестве автоматического регулятора подачи долота.

     В схеме управления электромагнитным порошковым тормозом ТЭП-4500 обмотки возбуждения тормоза (этот тормоз является двухобмоточным) получают питание от сети переменного тока через диодно-тиристорный регулятор. Последний обеспечивает постоянство заданной скорости спуска бурильной колонны и ее регулирования (обратная связь по скорости снимается с тахогенератора), форсировку тока возбуждения, размагничивание тормоза, и стабилизацию тока возбуждения (при работе тормоза в качестве регулятора подачи инструмента во время бурения). Управление торможением осуществляется с помощью командоконтроллера.

Электропривод буровых насосов

                  Характеристики и мощность 

     Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном способе бурения. В бурении в основном применяются поршневые насосы со сменными цилиндровыми втулками, позволяющие в определенных пределах изменять подачу насоса при постоянном числе ходов поршней в минуту. При неизмененных глубине бурения, конструкции скважины и бурильной колонны и качестве бурового раствора момент на приводном валу бурового насоса связан параболической зависимостью с частотой вращения этого вала. Постоянная параболы зависит от конструктивны* данных насоса, диаметра применяемой втулки, параметров бурового инструмента и качества прокачиваемой жидкости.

       В начале бурения скважины  давление, создаваемое насосом, невелико. Однако по мере углубления скважины вследствие увеличения гидравлического сопротивления труб увеличивается и давление на выходе насоса, которое ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определенной глубины скважины, подачу насоса приходится ограничивать. Частично эта задача решается при нерегулируемом электроприводе сменой цилиндровых втулок насоса, однако недоиспользование мощности при таком регулировании весьма существенно. Наилучшее использование мощности и работа на оптимальных технологических режимах возможны только при плавном регулировании частоты вращения привода.

     Более полное использование мощности насосов  при регулируемом приводе практически выражается в том, что при том же максимальном допустимом давлении в нагнетательной системе подача насосов в абсолютном большинстве рейсов может быть выше, чем при нерегулируемом приводе. Благодаря этому при всех видах бурения улучшается очистка забоя, что ведет к увеличению механической скорости бурения, а также создается возможность дальнейшего увеличения скорости вследствие повышения нагрузки на долото. Одновременно возрастает проходка на долото, поскольку уменьшается степень повторного разрушения породы. В результате увеличения проходки на долото сокращается время спуско-подъема и ряда вспомогательных   и   подготовительно-заключительных   операций.

     При турбинном бурении, кроме того, механическая скорость растет вследствие увеличения частоты вращения долота и средней мощности, подводимой к долоту.

     Регулирование подачи насоса необходимо в осложненных  условиях бурения, а также при восстановлении циркуляции. Таким образом, для бурового насоса было бы целесообразно применять регулируемый электропривод. Причем регулирование необходимо осуществлять при постоянном моменте, определяемом допустимым усилием на шток насоса или допустимым давлением в гидравлической системе буровой установки.

     Поскольку достаточно простой, надежный и экономичный  мощный регулируемый электропривод  переменного тока отсутствует, для буровых насосов в большинстве случаев применяют нерегулируемый электропривод переменного тока. В качестве приводных двигателей используются синхронные двигатели, являющиеся одновременно источниками реактивной энергии. Изменение подачи насосов осуществляется сменой цилиндровых втулок, а уменьшение подачи на время восстановления циркуляции — открыванием задвижки на сливе из насоса.

     В случае применения для привода насоса асинхронного двигателя с фазным ротором возможно регулирование его частоты вращения вниз от номинальной. Так как отношение диаметров соседних    типоразмеров   втулок   составляет   0,85—0,9,   между двумя сменами втулок целесообразно регулировать частоту вращения приводного двигателя насоса на 20—30% вниз от номинальной. Такое регулирование частоты вращения может быть получено при помощи резистора в цепи ротора двигателя. Однако такое регулирование связано с существенными потерями энергии, поэтому в новых буровых установках предусмотрено регулирование подачи насосов путем регулирования частоты вращения асинхронного двигателя по схеме электрического каскада (см. рис. 7.2).

     Вентильно-машинный каскад, применяемый в установке  «Уралмаш-5000Э», состоит из асинхронного двигателя с фазным ротором АДН, трехфазного выпрямительного моста ВК, преобразующего энергию скольжения двигателя в энергию постоянного тока, и источника э. д. с, в качестве которого используется генератор постоянного тока ГН (П127-8к, 250 кВт, 330 В, 750 об/мин) с приводным синхронным двигателем СДА. Ток ротора асинхронного двигателя АДН выпрямляется выпрямителем ВК и поступает в цепь якоря машины постоянного тока ГН. Эта машина работает в двигательном режиме, а СДА — в генераторном режиме, вследствие чего энергия скольжения возвращается в сеть.