2. Электрооборудование буровых установок.

2.1. Технология бурения скважин.

Процесс бурения скважин включает в себя следующие операции:

1. Спуск бурильных труб с долотом (разрушающим инструментом) в скважину.

2. Разрушение породы на забое (процесс бурения).

3. Наращивание колонны бурильных труб по мере углубления скважины.

4. Подъем труб для замены изношенного долота.

5. Вспомогательные или аварийные работы, в которые входят промывка скважин, очистка и приготовление раствора.

Существуют следующие способы вращательного бурения:

1. Роторное.

2. Турбинное.

3. Электробурение.

При роторном бурении вращение долота осуществляется с помощью колонны бурильных труб. Нагрузка на долото создается частью веса бурильных труб.

При турбинном способе бурения долото вращается с помощью турбины турбобура. При этом турбина вращается движением жидкости под давлением.

При использовании электробуров, вращение долота осуществляется ЭД, опускаемым в скважину. В основном применяются АД с КЗ ротором, могут применяться ДПТ, перспективным является использование вентильного электродвигателя.

В комплект буровой установки (рис.1) входят:

1. Буровая лебедка для подъема и опускания бурильных труб, а также осуществления вспомогательных операций: свинчивания и развинчивания труб, их переноски и установки, подачи долота при бурении.

2. Буровые насосы, которые служат для создания в скважине циркуляции промывочной жидкости, которая очищает забой и выносит выбуренную породу на поверхность, а при турбинном бурении передает энергию турбобуру. Чаще применяются поршневые насосы, у которых подача меняется за счет смены цилиндровых втулок.

3. Ротор передает вращение долоту при роторном бурении, поддерживает на весу колонну бурильных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем.

Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квадратная (может быть также шестигранной). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола ротора и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.

К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоединяется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Пройдя квадратную ведущую трубу и всю колонну бурильных труб, жидкость попадает в долото и через отверстия в нем попадает на забой скважины, (при бурении турбинным способом промывочная жидкость вначале поступает в турбобур, приводя его вал во вращение, а затем в долото).

Силовой привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель-электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод с использованием электродвигателей переменного и постоянного тока применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания (дизеля), который вращает электрический генератор, питающий электродвигатель.

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.

Рис. 1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения:

1 – долото; 2 – турбобур; 3 – бурильная труба; 4 – бурильный замок; 5 – лебедка; 6 – двигатели лебедки и ротора; 7 – вертлюг; 8 – талевый канат; 9 – талевый блок; 10 – крюк; 11 – буровой шланг; 12 – ведущая труба; 13 – ротор; 14 – вышка; 15 – желоба; 16 – обвязка насоса; 17 – буровой насос; 18 – двигатель насоса; 19 – приемный резервуар.

Отечественные буровые установки, которые подразделяются на 11 классов, определяемых числом основных и вспомогательных механизмов и энерговооруженностью, оснащаются электроприводами (ЭП) переменного тока (синхронные и асинхронные двигатели с фазным ротором) и двигателями постоянного тока с питанием от сети. Доля электрифицированных установок составляет 65%.

Фирма «Уралмаш – буровое оборудование» выпускает 8 типоисполнений буровых установок, из которых 6 – с электроприводом на постоянном токе. Из 5 комплектов морского оборудования – 4 комплекта с ЭП. Волгоградский завод буровой техники предлагает 10 типоисполнений буровых установок, из которых 9 с ЭП и из них 6 – с электроприводом на постоянном токе.

Буровые установки новых современных моделей оснащаются приводами, имеющими следующие буквенные обозначения: Э – электрический привод, частично регулируемый; ЭП – регулируемый полностью привод постоянного тока (обозначение, используемое Волгоградским заводом буровой техники); ЭР – регулируемый полностью привод постоянного тока (обозначение, используемое Уралмашзаводом); ДЭП, ДЭР – дизель-электрический привод постоянного тока (регулируемый); У – универсальная монтажеспособность; К – кустовое бурение; М – модернизированный вариант.

В области создания и производства электрооборудования для буровых установок более 40 лет работает объединение «Электропривод» совместно с объединением «Электросила», Московским опытным заводом «НИИ Электропривод» и другими организациями.

ЭП буровых установок может быть регулируемым и нерегулируемым. В приводе постоянного тока применяется регулируемый ЭП по системе «тиристорный преобразователь – двигатель» (ТП-Д), в котором на выходе преобразователя изменяется среднее значение выпрямленного напряжения.

В России отсутствуют электроприводы с частотным регулированием главных механизмов буровых установок (лебедка, насос), однако ОАО «Электропривод» ведет в этом направлении научно-исследовательские работы. В экспериментальном порядке планируется опробовать частотно-регулируемый электропривод небольшой мощности (до 50 кВт) в регуляторе подачи долота и др. вспомогательных механизмах буровой установки.