Насосы БУ

Для прокачивания глинистого раствора с целью выноса породы на поверхность на буровых установках применяются буровые насосы (БН).

В качестве БН используются поршневые насосы, подающие постоянное количество жидкости при заданном числе ходов насоса независимо от давления в напорной системе. Величина развиваемого давления БН до 700 кг/см2, подача до 60 л/с, мощность до 1250 кВт. На БУ обычно применяется 2 насоса, потребляющих 60-70% электроэнергии буровых установок при электроприводе.

В начальный период бурения гидравлическое сопротивление скважины невелико. По мере углубления оно растет, а давление, развиваемое насосом, повышается. Следовательно, на определенной глубине необходимо ограничивать подачу насоса. Это можно осуществить изменением диаметра втулки насоса или скорости приводного двигателя при постоянной мощности, т.е. регулирование должно производиться при Р=М_сω=соnst.

Для повышения производительности работы изменять подачу необходимо из условия Р=НQ=const.

 

Выбор типа электропривода и мощности приводного электродвигателя
объекта (или основного механизма объекта).

Требования к приводу буровой лебедки обусловлены ее функциональным назначением и технологическими особенностями работы в составе спускоподъемного агрегата (СПА). Из последовательности элементов операций подъема или спуска одной свечи следует, что одну часть времени цикла барабан лебедки вращается под нагрузкой в направлении подъема или спуска, обусловленной массой инструмента, а остальной время барабан заторможен и электропривод разгружен, что позволяет охарактеризовать режим его работы как повторно-кратковременный. Относительная продолжительность включения (ПВ) составляет в среднем 25-40%, длительность одного цикла 1,5-3 мин. Перегрузка двигателя по току в рабочем периоде принимается обычно равной 2-2,5 от номинального тока.

Требования, предъявляемые к эл.приводу БЛ:

1.Работа при повторно-продолжительном режиме работы ПВ%=25-40%;

2.Привод должен быть реверсивным.

3.Постоянные ускорения dω/dt при переходных процессах (пуск, торможение);

4.Большой максимальный момент (2,2-2,5) для получения больших ускорений при разгоне КБТ на высших скоростях;

5.Наличие «ползучей» скорости для обеспечения точной остановки двигателя.

6.Наличие системы автоматического управления.

Исходя из технологических требований, привод буровой лебедки должен быть регулируемым. По мере развития элементной базы применялись следующие способы регулирования:

- изменением передаточного числа редуктора с помощью 3-6-ти скоростной КПП;

- реостатное регулирование асинхронного двигателя с фазным ротором;

- двухзонное регулирование скорости двигателя постоянного тока, где до номинальной скорости изменение ее производится путем регулирования напряжения питания, а выше - путем регулирования магнитного потока: система тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока. В настоящее время эта система наиболее распространена. Схема ее приведена на рисунке.

В последние годы стала применяться тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока (ПЧ-АД). Т.к. привод должен быть реверсивным, применяются ПЧ с автономным инвертором тока. Схема приведена на рисунке.

Точное определение мощности двигателя Рд лебедки затруднено, поскольку двигатель работает в повторно-кратковременном режиме с переменной продолжительностью цикла и переменным моментом сопротивления. Поэтому сначала по приближенным формулам определяют Рд, а затем, выбрав двигатель и расчитав его нагрузочную диаграмму, производят его проверку методом эквивалентного тока (при двухзонном регулировании) или момента (при однозонном регулировании или применении системы ПЧ-АД).

Предварительно выбрать мощность ЭД можно по фомуле , где Q_н – номинальная грузоподъемность на крюке кН,, n_кр – установившаяся скорость подъема крюка с номинальной нагрузкой при номинальной мощности (0,4-0,5м/с); h_у – КПД подъемной установки (0,7-0,8) от вала двигателя до крюка; l =1,2-1,3 – коэффициент перегрузки.

Выбор двигателя осуществляется по найденной мощности Рд, частоте вращения, определяемой по заданной скорости подъема и передаточному числу трансмиссии, а также по напряжению питания. Двигатель мощностью до 250 кВт целесообразно выбирать на напряжение 380, 500, 660В. При Рд > 250кВт двигатель выбирается на напряжение 6 кВ.

Выбрав двигатель, необходимо построить его нагрузочную диаграмму и тахограмму и вычислить эквивалентный ток или момент на всех скоростях лебедки:

Где к =1,12 – коэффициент, учитывающий изменение диаметра навивки каната на барабан;

М₁, М₂ – моменты на валу двигателя при наибольшей и наименьшей нагрузках на крюке;

М₃ – момент на валу двигателя, создаваемый одной свечой;

n – число поднимаемых свечей;

М_вм – момент машинных вспомогательных операций;

t_i – время работы за цикл подъема;

t_вм, t_вр – время машинных и ручных операций за цикл подъема;

a =0,5 – коэф-т, учитывающий ухудшение охлаждения двигателя при его остановке.

Если БЛ не используется для выполнения вспомогательных операций, то: , где

t_в – время вспомогательных операций за цикл подъема.

 

Если Мэ≤Мн, то двигатель удовлетворяет условиям нагрева, иначе, выбирается и проверяется двигатель большей мощности.

Затем проводится проверка двигателя по перегрузочной способности, а именно максимальный за рабочий цикл момент Ммн нагрузки не должен превышать допустимого момента Мдоп, указанного в каталоге. Если

Ммн < Мдоп, то выбранный двигатель удовлетворяет условиям перегрузки.

 

Требования, предъявляемые к электроприводу БН:

- регулирование подачи насоса при постоянной мощности.

-продолжительный режим работы;

-обеспечение достаточно большого пускового момента;

-отсутствие реверса;

повышенные энергетические показатели (КПД, cos).

Как указывалось выше, процесс бурения должен производиться при постоянной мощности. При применении нерегулируемого привода это осуществляется путем смены поршней насоса, что ведет к снижению производительности (времени бурения). Поэтому здесь желательно применить регулируемый электропривод. Обычно электроприводы всех механизмов буровой установки выполняются однотипными, поэтому в случае применения на буровой лебедке системы тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока, аналогичная система применяется и для буровых насосов. Если для буровой лебедки применена система ПЧ-АД, то такая же применяется и для буровых насосов.

Так как здесь не требуется реверсивность электропривода, то система ТП-ДПТ выполняется по схеме:

В системе ПЧ-АД используется нереверсивный автономный инвертор напряжения и схема имеет вид:

Вопрос об использовании того или иного вида привода должен решаться в каждом конкретном случае.

Выбор мощности Д осуществляется по формуле:

,

где

Qт-максимальная теоретическая подача;

ρ-давление при максимальной подаче;

φн-коэфф.подачи насоса;

α-коэфф.возможной перегрузки;

-КПД передачи и насоса.

Выбрав двигатель проверяют его по условиям перегрузки. Проверка по нагреву здесь на требуется т.к. двигатель работает в продолжительном режиме.

Разработка системы электроснабжения обекта.

3.1. Расчёт электрических нагрузок.

Согласно ПУЭ, БУ с глубиной бурения до 3000м относятся к потребителям II категории в отношении бесперебойности электроснабжения (ЭС). Для питания БУ сооружаются ЛЭП 110, 35, 6(10) кВ и понижающие трансформаторные подстанции (ТП) 110/35/6(10)кВ с двумя трансформаторами. БУ получают питание по ЛЭП-35кВ, а в непосредственной близости от нее сооружается ТП 35/6(10)кВ.

 

Расчетную мощность вспомогательных элементов БУ можно определить методом коэффициента спроса:

Ррасч = Кс×Рном;

Qрасч = Ррасч×tgj;

Sрасч = Ö(Р²расч+Q²расч),

Где Рном = åРi – суммарная номинальная активная мощность группы БУ;

Кс – коэффициент спроса.

Величина Кс зависит от количества работающих установок в группе и не превышает 0,75.

Если известно потребление электроэнергии Э за промежуток времени t, то расчетную мощность БУ можно определить по методу средней мощности: Рср = Э/t, Ррасч = (1,1-1,2)Рср.

По найденной расчетной мощности определяется мощность силовых трансформаторов.

РЭН высоковольтных потребителей можно производить по методу Гипротеменьнефтегаза.

при С £ 0.75 М

при С > 0.75 М. где

здесь К_в - коэффициент включения, К_з - коэффициент загрузки двигателя Р_номi – номинальная активная мощность единичного электроприемника.

Полная мощность:

3.2. Обоснование и выбор источника электроснабжения.

Т.к. БУ относится ко II категории, то ТП должны быть двухтрансформаторными. При 100%-ом резервировании мощность каждого трансформатора не меньше Sрасч. Если допускается перегрузка трансформатора при аварийном режиме, то Sтр = Sрасч/(1,2¸1,4).

Для потребителям I и II категории надежности электроснабжения. Для них должны быть предусмотрены два независимых источника электроснабжения, т.е 2х трансформаторная подстанция. Номинальная мощность каждого из трансформаторов выбирается по расчетной максимальной мощности потребителя . При таком выборе в аварийном режиме оставшийся один трансформатор должен обеспечить нормальное электроснабжение, перегружаясь при это не более 40 % 1,4 S_ном.т>S_рас.

Электроприемники установок по добыче, подготовке и транспортировки нефти и газа практически все относятся к потребителям I и II категории надежности электроснабжения, для них номинальную мощность каждого из трансформаторов выбираем из 100% резервирования электроснабжения, т.е. двухтрансформаторные подстанции. При 100%-ом резервировании мощность каждого трансформатора не меньше Sрасч. .

Расчетная нагрузка S_р принимается с учетом перспективы развития предприятия на ближайшие 5 лет. Для двухтрансформаторных подстанций рекомендуется выбирать трансформаторы однотипные. Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме

3.3. Разработка схемы электроснабжения и выбор основных её элементов.