Билет №11

1.Режимы работы бл при подъеме и спуске кбт.

Кроме подъема и спуска колонны бурильных труб (КБТ) с помощью буровой лебедки часто осуществляют свинчивание и развинчивание труб, их перенос и установку, подъем и опускание незагруженного элеватора, а также подачу долота на забой.

Подъем КБТ состоит их отдельных циклов, число которых равняется числу свечей. За время одного цикла происходит подъем на высоту одной свечи (25-37м.), затем ее отвинчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяется.

Процесс перемещения бурильных труб на одну свечу характеризуется наличием трех периодов.

1.Разгон колонны в течение времени t_р, т.е. увеличение скорости от нуля до некоторого установ-ся значения.

2.Равномерное движение с установившейся скоростью V_уст в течение времени t_у.

3.Замедление колонны, т.е. уменьшение скорости от установ-ся значения до нуля с посадкой на клинья в течение времени t_з, t_в – время вспом операций.

По мере подъема КБТ ее вес (Q) дискретно уменьшается и соответственно изменяется момент статического сопротивления (М_с) на валу приводного электродвигателя. Причем в период разгона КБТ момент М_р на валу электродвигателя будет больше статического момента М_с за счет дополнительного усилия для преодоления инерции при разгоне. При замедлении колонны момент М_з будет меньше статического момента на величину динамического момента при торможении. Так как время работы привода лебедки при подъеме КБТ прерывается паузами для отвинчивания, переноса и установки труб, спуска крюка с незагруженным элеватором, режим работы привода лебедки повторно-кратковременный, с относительной продолжительностью включения 25-40%.

2.Электродвигатель ск.

Используемые в электроприводе станка-качалки асинхронные электродвигатели с КЗ ротором серии 4А, 5А, АИР и др. имеют повышенный пусковой момент

который обеспечивается за счет специальной конструкции обмотки ротора (это может быть или глубокопазная обмотка (10:1) или двойная беличья клетка), причем внутренняя клетка выполнена из меди, а наружная из латуни, имеющей большее удельное сопротивление, чем медь. Для повышения пускового момента используется эффект вытеснения тока на поверхность при пуске. После вытеснения тока на поверхность сечение проводника, по которому течет ток, уменьшается, при этом активное сопротивление обмотки ротора увеличивается и момент, развиваемый ЭД при пуске, возрастает, так как он пропорционален приведенному активному сопротивлениюобмотки ротора. После разгона двигателя распределение тока по сечению проводника выравнивается, активное сопротивление уменьшается и момент становится равным номинальному.

; .

Кроме АД с КЗ ротором находятся в опытной эксплуатации синхронные двигатели, которые могут регулировать коэффициент мощности сети при работе в режиме перевозбуждения.

Для привода станков-качалок наибольшее применение получили асинхронные короткозамкнутые двигатели в закрытом обдуваемом исполнении серии 4А с синхронной частотой вращения вала 1500 об/мин с повышенным пусковым моментом (Кп от 2 до 2,2). Повышенный пусковой момент достигается за счет специальной конструкции обмотки ротора.

Научно-производственным объединением «Элмаш» разработана специальная модифицированная серия АД для привода станков-качалок серии 5А, АИР и др. с синхронной частотой вращения ротора от 500 до 1000 об/мин.

Отличительными особенностями этой модификации двигателей являются:

- низкооборотные асинхронные двигатели для привода низкодебитных нефтяных скважин;

- двухскоростные асинхронные двигатели повышенной мощности, позволяющие применять станки-качалки при любой дебитности скважин;

- увеличенные пусковые моменты при невысоких кратностях пусковых токов;

- усиленный подшипниковый узел со стороны свободного конца вала, позволяющий выдерживать повышенные шкивовые нагрузки;

- клим-кие исполнения У1и ХЛ1;

- встроенная температурная защита.

С целью повышения коэф мощности на подстанциях, питающих СК, начали эксплуатировать на СК электроприводы с синхронными двигателями СДБ и СДБПК мощностью от 1,5 до 20 кВт и с частотой вращения 1500 об/мин.

Кратность пускового момента К_п=1,2÷1,8, кратность максимального момента К_max ≥ 1,7, пусковой ток I_п=(3,5-5)I_н.

Несмотря на небольшую кратность входного момента, двигатели СДБ привода станка-качалки надежно втягиваются в синхронизм в период минимума нагрузки (при ходе плунжера вниз).

Эти двигатели при номинальной нагрузке работают с cosφ=1, а при снижении нагрузки генерируют реактивную мощность, отдавая ее в сеть, повышая результирующий коэффициент мощности сети.

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Билет №12

1.Требования к ЭП БЛ в режимах подъема КБТ.Двигатель должен развивать момент и иметь мощность, чтобы их было достаточно для преодоления сил трения и подъема полного веса колонны при работе на низшей передаче редуктора, а также двигатель должен выдерживать частые включения и откл для обеспечения повторно-кратковременного режима работы. Для этого применяются: реостатный пуск АД с фазным ротором, пуск двигателей на холостом ходу с последующим подключением нагрузки с помощью элмагнитной муфты, пуск ДПТ плавным повышением напряжения.

Для АД, работающих в повторно-кратковременном режиме, кратность макс момента должна быть не менее λ=2,5…2,8, что обеспечено вкл-ем реостатов в цепь фазного ротора.

Для подъема колонны весом Q со скоростью V_уст потребуется мощность:

Р_п=Q·V_уст.

При наличии уменьшающегося момента стат сопр-я на валу Д мощностью P_д, наибольшая произв-сть лебедки и полная загрузка привода может быть достигнута, если по мере подъема труб, скорость подъема увеличивается, то есть выполняется условие:

,где

М_б – момент сопротивления на валу барабана лебедки;

ω_б – угл скорость барабана лебедки;

η–кпд передач от Д к барабану лебедки.

Т.О. ЭП БЛ должен обеспечивать многоступенчатое регулирование скорости вращения.

Передаточные числа, число передач и диапазон регулирования частоты вращения ЭД выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие Р_д = Р_ном = const и мех хар-ка привода была близка к кривой постоянной мощности, которой в координатах М_б, _б соответствует кривая 1

В случае если скорость подъема колонны регулируется с помощью четырехскоростной (I, II, III, IV) трансмиссии и в качестве привода используется СД, у которого скорость не зависит от момента, вместо непрерывной параболы в координатах М, ω получаем четырехступенчатую ломаную абвгдежз, проходящую ниже кривой 1.

Таким образом, потребляемая от Д мощность при любом весе колонны (кроме точек а, в, д, ж) будет меньше ном и Д будет практически всегда недогружен. При этом КПД и коэф мощности Д будут ниже ном-ных, что приведет к повышению потерь эл энергии как в Д, так и в пит. сети.

Если Д БЛ будет иметь мех хар-ку как у АД с некоторым наклоном рабочего участка, то при снижении веса на крюке скорость Д будет несколько возрастать. При этом будет расти и скорость подъема колонны и вместо горизонтальных участков аб, вг, де, жз получим кривые, приближающиеся к кривой 1 (пунктиром). При этом нагрузка Д будет приближ-ся к ном-ной.

Зависимость скорости подъема колонны от нагрузки на крюке

При ступенчатом регулировании скорости подъема колонны с помощью трансмиссий для оптимизации режима нагрузки, Д должен иметь мягкую мех хар-ку.

Изменять частоту вращения барабана лебедки для выполнения условия постоянства мощности Д можно также бесступенчато с помощью ЭП с широким диапазоном регулирования частоты вращения. При этом, чем больше глубина бурения, тем эффективнее применение регулируемого ЭП. При наличии ЭП с ограниченным диапазоном регул-я частоты вращения возможно уменьшение ступеней мех передачи.

Для большей части современных БУ эк-ки целесообразно применение однодвиг-ного вар-та. Многодвиг-ный вариант привода БЛ удобен для облегчения условий транспортировки блоков и в других случаях. Кроме того требуется устройство для равномерного распределения нагрузки между двумя Д, работающими на один вал.

В выпускаемых ранее БУ ЭП лебедки осуществлялся АД с фазным ротором. Применение КЗ АД и СД ограничивается тем, что эти ЭД не допускают большой частоты включения, а системы их управления не позволяют получать простыми схемами плавный разгон, реверс и снижение частоты вращения привода.

В ряде БУ для привода лебедки используются СД в сочетании с элмагнитными муфтами, работающие в режиме постоянного вращения. При мощности ЭД более 250 кВт целесообразно выбирать их на напряжение 6 кВ, что позволяет исключить промежуточную трансформацию напряжения. В дальнейшем следует ожидать повышения рабочего напряжения Д БУ до 10 кВ.

Для ЭП БЛ в отечественных БУ находят применение АД с фазным ротором серий АКБ и АКСБ, СД СДЗБ, СДБО, ДПТ П2, МПП и др.

В результате технико-экономического сравнения вариантов ЭП БЛ наиболее целесообразным может оказаться ЭП ПТ. Такой ЭП можно выполнить безредукторным и его можно использовать в качестве электротормоза. ЭП ПТ используется в системе регулирования скорости, выполненной по схеме ТП-Д, в БУ2500ЭП, БУ6500 и в морских БУ.