Электропривод Буровой Лебедки 0200 000000 023ПЗ

В буровых установках раннего выпуска  и рассчитанных на небольшие глубины  бурения применяется групповой  электропривод лебедки и ротора.  
Так как приводная мощность лебедки значительно больше приходной мощности ротора, приводные двигатели при роторном бурении оказываются недогруженными.

Рисунок 1.3 – Функциональная схема электропривода ротора по системе генератор–двигатель: ТГ – тахогенератор постоянного тока; ДР – двигатель; ГР – генератор ротора, ОВДР – обмотка возбуждения двигателя; ОВГР – обмотка возбуждения генератора; ТПВД – тиристорный преобразователь возбуждения двигателя; ТПВГ – тиристорный преобразователь возбуждения генератора; МУ – магнитный усилитель; СДА – синхронный двигатель

Но, если перегрузочная способность двигателя недостаточна  
для обеспечения аварийных режимов, то в этом случае коробка перемены передач должна содержать еще одну передачу (низшую). Передаточное число этой передачи выбирают таким образом, чтобы момент сопротивления на валу двигателя при аварийном режиме не превышал допустимых значений.

Многие задачи привода ротора могут  быть решены путем применения электромагнитной муфты, устанавливаемой между приводными двигателями  
и ротором. Пуск и регулирование частоты вращения ротора связаны с потерями энергии в электромагнитной муфте, вызывающими ее нагрев. В случае необходимости большого диапазона и плавного изменения частоты вращения ротора электромагнитные муфты с водяным охлаждением могут обеспечить надежную работу.

Кроме регулирования частоты вращения ротора электромагнитные муфты обеспечивают ограничение передаваемого момента, а следовательно, и защиту бурильных труб от поломки, а также придают большую гибкость приводу ротора при выполнении аварийных работ, связанных с освобождением  
из скважины упущенного бурового инструмента. Они обеспечивают плавное закручивание и раскручивание бурильных труб и возможность кратковременного получения высоких значений моментов на низких скоростях при ликвидации аварий. В зависимости от системы и вида привода лебедки  
и ротора могут применяться различные схемы электромагнитных муфт.

В последних разработках для  питания двигателя ротора используются силовые тиристорные преобразователи. Увеличения производительности роторного бурения при применении регулируемого электропривода можно достигнуть как за счет изменения (от рейса к рейсу в функции глубины скважины) начальной частоты вращения долота. Так и регулирования  
(в функции износа долота, времени рейса или мощности на забое) частоты вращения долота в течение одного рейса (последняя возможность эффективно реализуется в автоматизированных системах).

1.3 Электропривод буровых лебедок

Характерными особенностями конструкции  и условий работы буровых лебедок влияющим на выбор электропривода и способов управления  
им, являются большой диапазон изменения нагрузки, относительно малый вес талевого блока с грузозахватным устройством (автоматическим элеватором  
или крюком), чередующиеся циклы движения под грузом и без нее, частые включения. Особо необходимо выделить такую особенность буровой лебедки, как односторонняя направленность момента нагрузки. Статический момент направлен всегда в сторону спуска груза, что предопределило создание ряда электроприводов буровых лебедок, управляемые лишь в двух квадрантах механической характеристики: первом и четвертом. Такой привод обеспечивает подъем и торможение при спуске, а замедление при подъеме и разгон  
при спуске могут осуществляться под действием груза.

Кроме подъема или опускания  колонны бурильных труб (КБТ)  
с помощью буровой лебедки часто осуществляют свинчивание и развинчивание труб. Их перенос и установку, подъем и опускание незагруженного элеватора, подачу долота на забой и др. Так как все эти операции требуют различных мощности и характеристик электропривода, то в современных буровых установках для вспомогательных операций применяются отдельные механизмы с индивидуальным электроприводом. В этом случае буровая лебедка  
с электроприводом используется только для подъема и опускания КБТ, причем для подъема КБТ служат приводные двигатели, а для торможения  
при опускании вспомогательные тормоза или приводные двигатели.

Кинематические схемы привода  буровой лебедки можно классифицировать по числу скоростей подъема, числу  приводных двигателей, их номинальной  частоте вращения и способу торможения.

В известной кинематической схеме  буровой лебедки предусмотрена  обратная скорость (реверс) с оперативным (с помощью шинно-пневматической муфты) или неоперативным включением. На многих установках  
отбор мощности на ротор осуществляется от коробки перемены передач лебедки. Поэтому реверс необходим. На отечественных буровых установках  
с асинхронным электроприводом предусмотрен оперативный электрический реверс.

Подъем КБТ состоит из отдельных  циклов, число которых равно числу  свечей; за время одного цикла происходит подъем на высоту одной свечи (16-37 м), затем ее отвинчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяется. Таким образом, по мере подъема вес КБТ дискретно уменьшается и, следовательно, уменьшается момент статического сопротивления на валу приводного двигателя. Диапазон изменения момента статического сопротивления определяется отношением веса максимального груза к весу крюка с незагруженным элеватором и составляет от 14:1 до 20:1, причем больший диапазон относится к буровым лебедкам большей грузоподъемности. Так как время работы привода лебедки при подъеме КБТ перемежается паузами для отвинчивания, переноса и установки труб, а также спуска крюка  
с незагруженным элеватором, режим работы привода лебедки - повторно-кратковременный с относительной продолжительностью включения 25–40%.

В настоящее время для электропривода буровой лебедки применяется:

• нерегулируемый электропривод на базе АД с фазным ротором и СД;
• электропривод на базе ДПТ по системе ТП-Д;
• начинает применяться система ТП-АД.

Основные недостатки нерегулируемого  электропривода лебедки  
на переменном токе заключаются в следующем: выход из строя асинхронных двигателей, подшипниковых узлов электромагнитных муфт скольжения  
в результате частых пусков и остановок; повышенный износ тормозных лент  
и шинно-пневматических муфт; наличие специальной тормозной машины  
с водяным охлаждением; ступенчатое регулирование, неудовлетворительные массогабаритные показатели и неудовлетворительные энергетические показатели.

Наиболее совершенным, отвечающим требованиям технологии проводки скважин признан в настоящее время регулируемый электропривод постоянного тока. Отличительной особенностью данного привода лебедки является использование двигателей как для подъема, так и для спуска грузов. Спуск грузов осуществляется в режиме рекуперативного торможения отдачей энергии в сеть или при автономном источнике питания – в режиме динамического торможения. Высокие регулировочные свойства электродвигателя позволяют обеспечить любую требуемую скорость спуска грузов в рекуперативном режиме вплоть до остановки. Механический тормоз используется только  
для фиксации подъемного вала в неподвижном состоянии при длительном перерыве в работе. Это обеспечивает высокую надежность механической части лебедки и экономию электроэнергии потребляемой приводом лебедки  
при СПО.

Рисунок 1.4 – Механические характеристики регулируемого спускоподъемного агрегата в режиме подъема

Опыт проектирования и эксплуатации буровых установок свидетельствует  о том, что для повышения производительности СПО, улучшения условий труда бурильщика, увеличения надежности работы оборудования привод буровой лебедки должен быть управляемым во всех четырех квадрантах механической характеристики. Такой привод обеспечивает:

• затормаживание любого груза до нулевой скорости и удержание его  
  на весу без механического тормоза;
• полную управляемость лебедкой от рукоятки одного командоаппарата, что облегчает труд бурильщика;
• увеличение производительности СПО в результате уменьшения времени спуска и подъема порожнего элеватора, особенно на буровых установках  
  с ручной расстановкой свечей;
• снижение аварийности оборудования и осложнений в стволе скважины при спуске инструмента благодаря постоянному соединению приводного двигателя с подъемным валом и связанному с этим ограничению скорости  
  при спуске колонны;
• сокращение эксплуатационных затрат на обслуживание оборудования  
  как за счет упрощения механической части и увеличения ее долговечности,  
  так и за счет исключения электромагнитного тормоза с водяным охлаждением, что особенно важно для районов с холодным климатом (Западной Сибири);
• снижение потребляемой лебедкой электроэнергии на проведение СПО;
• уменьшение массогабаритных показателей лебедки за счет исключения тормозной машины, возможности передачи двигателю лебедки функций регулятора подачи долота;
• снижение массы подвижных частей талевой системы до значения, допускаемого по конструктивно-прочностным характеристикам устройства;
• удобство управления лебедкой при запасовке талевого каната  
  и его перетяжке;
• полную унификацию электрических машин главных механизмов буровой установки.

Выводы:

• электропривод буровой лебедки работает в повторно-кратковременном режиме с переменной продолжительностью цикла и переменном моменте статического сопротивления на валу;
• при расчете мощности двигателя необходимо учитывать увеличение радиуса навивки каната в режиме подъема, а также постоянное действие момента сопротивления (что приводит к ограничению скорости и ускорения подъема КБТ);
• наиболее распространенным является система ТП-ДПТ. Основные недостатки нерегулируемого электропривода: неудовлетворительные массогабаритные показатели (из-за наличия редуктора), ступенчатое регулирование, неудовлетворительные энергетические показатели;
• самым интересным является сравнение систем ТП-ДПТ и ПЧ-АД.