Силовой привод буровых установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт нефти и газа

Кафедра машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов

ОТЧЕТ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

Силовой привод буровых установок

Руководитель А.В. Лысянников

Студент ЗНБ 15-01Б081517199 В.А. Лемеш

Красноярск 2018



ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: изучение основных видов силового привода и кинематических схем буровых установок и их исполнительных механизмов, освоение методов их выбора и разработки.

Задания:

1. Изучить классификацию и виды силового привода, факторы, влияющие на их выбор.

2. Изучить состав и структуру различных видов привода, функции основных элементов, их устройство, разновидности и особенности конструктивного исполнения.

3. Ознакомиться с кинематическими схемами наиболее распространенных буровых установок, выполнить сравнительный анализ кинематических схем установок одного класса, но различающихся по виду привода.

4. Освоить способы разработки конструктивных кинематических схем буровых установок.

5. Составить отчет о выполненной работе.



1. Силовой привод буровой установки

Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию -- насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.

1.1 Классификация видов силового привода буровых установок

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на:

- автономные, не зависящие от системы энергоснабжения: двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей.

- неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.

В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения:

- индивидуальный привод - каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже;

- групповой привод - несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания;

- комбинированный привод - использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Например, насосы приводятся от индивидуальных двигателей, а лебедка и ротор от общего двигателя. Во всех случаях характеристики привода должны наиболее полно удовлетворять требуемым характеристикам исполнительных механизмов.

Приводы также делятся на:

- главные (приводы лебедки, насосов и ротора);

- вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10-15% мощности, потребляемой главным оборудованием.

По виду используемых двигателей приводы разделяются на:

- дизельные;

- газотурбинные,

- электрические переменного тока;

- электрические постоянного тока.

В соответствии с числом двигателей, входящих в привод, он может быть:

- однодвигательным;

- многодвигательным.

По виду энергии, используемой в силовых передачах:

- с механической передачей;

- с гидромеханической передачей;

- с электромеханической передачей;

- с пневмоприводом;

- с объемным гидро-приводом.

Силовая передача (трансмиссия) - устройство для передачи мощности от двигателя к основным или вспомогательным потребителям энергии буровой установки. Ее функции:

- регулирование момента и частоты вращения в зависимости от эксплуатационных нагрузок, действующих на буровую лебедку и ротор;

- регулирование числа ходов поршней бурового насоса в зависимости от подачи и давления промывочной жидкости;

- суммирование мощности при групповом и многодвигательном приводе.

- распределение мощности между лебедкой, насосами и ротором в буровых установках с групповым приводом;

- плавное включение и защиту от перегрузок;

- реверсирование лебедки и ротора, приводимых от тепловых двигателей.

1.2 Выбор привода буровой установки

При выборе вида привода исходят из анализа комплекса технических и технологических условий, их сравнительной экономической оценки.

Основные требования к приводу буровых установок можно сформулировать следующим образом:

- мощность и диапазон регулирования частоты вращения и крутящего момента привода должны соответствовать нагрузкам и режимам работы приводимых исполнительных механизмов, при этом привод должен обладать до-статочной гибкостью рабочих характеристик, т. е. способностью изменять рабочие параметры при изменении внешней нагрузки.

- привод должен обеспечивать высокую производительность буровой установки в сочетании с минимальной стоимостью буровых работ;

- привод должен иметь высокую монтажеспособность, транспортабельность, быть удобным в управлении и безопасным в работе;

- привод, его системы, сборочные единицы и детали должны иметь показатели надежности не ниже показателей, заложенных в технической документации.

силовой привод буровой установка

1.3 Потребители энергии буровой установки

Потребителями энергии буровой установки являются:

- в процессе бурения - буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;

- при спуске и подъеме колонны труб - лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ (для свинчивания и развинчивания используется ключ АКБ).

На рисунке 1 представлена функциональная схема буровой установки.

На рисунке цифрами обозначены: 1, 2, 3 - трансмиссии; 4 - ведущая ветвь каната; 5 - манифольд высокого давления со стояком и шлангом; 6 - вкладыши ротора

Рисунок 1 - Функциональная схема буровой установки



1.4 Расчет по выбору двигателей

В качестве задания на лабораторную работу было предложено рассмотреть силовой привод буровой установки БУ 5000/320 ДГУ. На рисунке 2 представлена кинематическая схема данной буровой установки.

Рисунок 2 - кинематическая схема буровой установкиБУ 5000/320 ДГУ

Название буровой установки БУ 5000/320 ДГУ можно расшифровать следующим образом:

- БУ - буровая установка;

- 5000 - условная глубина бурения, м;

- 320 - максимальная допустимая нагрузка на крюке, 10 · кН;

- Д - дизельная;

- Г -с гидропередачей в трансмиссии;

- У - универсальной монтажеспособности.

Для определения требуемой для обеспечения работоспособности буровой установки мощности, необходимо рассчитать потери мощности в приводе и на основе полученных значений и значений мощностей потребителей. При этом нужно учитывать, что в зависимости от вида выполняемых работ применяются различные режимы включения оборудования:

- при СПК: лебедка и компрессор;

- при бурении: ротор и насосы (преимущественно 1 насос).

При помощи таблицы КПД и работы с кинематической схемой получаем значения КПД ветвей кинематической схемы привода для всех видов оборудования.

Разделив требуемую оборудованием мощность на КПД привода, получим мощность, которую должен развивать двигатель (двигатели) привода буровой установки.

Результат расчета представим в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Расчет по выбору двигателей

Оборудование	Мощность оборудования, кВт	КПД привода	Требуемая мощность для данного оборудования, кВт	Требуемая мощность двигателя, кВт
Ротор	234	0,713	328	1381
Насос	950	0,902	1053
Лебедка	1100	0,838	1312	1360
Компрессор	44	0,912	48

Установка четырёх дизель-гидравлических агрегатов СА-10 мощностью 375 кВт каждый обеспечит буровую установку необходимым ресурсом мощности с учетом потерь энергии в звеньях привода и режимов работы бурового оборудования.



2. Состав и структура привода буровой установки

Рассмотрим состав и структуру привода буровой установки БУ 5000/320 ДГУ, функции основных элементов, их устройство, разновидности и особенности конструктивного исполнения.

2.1 Структурная схема привода буровой установки

Структурная схема привода буровой установки БУ 5000/320 ДГУ представлена на рисунке 3.

На рисунке цифрами обозначены: 1 - двигатель (4 дизель-гидравлических агрегата); 2 - трансмиссия; 3,4,5,6 - потребители энергии - компрессор, пара насосов, ротор и лебедка соответственно

Рисунок 3 - Структурная схема привода буровой установки БУ 5000/320 ДГУ

Двигатель - один из основных элементов машинного агрегата - машина, преобразующая различные виды энергии в механическую работу и через привод передающая энергию на потребители энергии. Двигатель БУ 5000/320 ДГУ представлен четырьмя дизель гидравлическими агрегатами СА-10 мощностью каждый 375 кВт.

Средства искусственной приспособляемости - промежуточные звенья между двигателем и исполнительным агрегатом. Применяемые виды этих звеньев:

- механические (зубчатые или цепные многоступенчатые коробки передач);

- гидродинамические (турботрансформаторы);

- электромеханические передачи (электромагнитные и магнито-порошковые муфты скольжения) от двигателей переменного тока.

Движение исполнительным механизмам от двигателя передается с помощью зубчатых, цепных, клиноременных и карданных передач.

Устройство искусственной приспособляемости БУ 5000/320 ДГУ представлено в большинстве своём 2-х, 3-х и 6-тирядными цепными передачами с применением также ременных передач.

Компрессор - вырабатывает сжатый воздух, в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др.

В БУ 5000/320 ДГУ применяется компрессор КТ6У2 мощностью 44 кВт.

Буровые насосы - служат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршневые двухцилиндровые насосы двойного действия.

В БУ 5000/320 ДГУ применяются 2 буровых насоса УНБ-950А мощностью 600 кВт каждый.

Ротор - передает вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем. Во время работы вращательное движение от лебедки с помощью цепной передачи сообщается валу и преобразуется в поступательное вертикальное движение ведущей трубы, зажатой в роторном столе зажимами.

В БУ 5000/320 ДГУ применяется ротор мощностью 234 кВт.

Буровые лебедки - основной исполнительный механизм для спуска и подъема бурильной колонны, медленного опускания при подаче долота на забой, спуска обсадных работ, удержания колонны на весу и др.

В БУ 5000/320 ДГУ применяется лебедка мощностью 1100 кВт.

2.2 Двигатели, применяемые в буровых установках

Двигатели основного привода выбираются в зависимости от ожидаемых источников питания, величины требуемой мощности и ограничений по массе и габаритам. Важно при этом учитывать механические характеристики приводмых агрегатов.

Привод буровой установки для бурения скважин глубиной до 5000 метров в соответствии с типом двигателя может быть представлен двумя видами:

- дизель-гидравлический (Д.В.С. СА-10);

- электрический постоянного тока (электродвигатель4ПС450-1000-УХЛ2).

Произведем сравнительный анализ этих двигателей и представим результат в виде таблицы3.

Таблица 3 - Сравнительный анализ технических характеристик двигателей

Параметры	Д.В.С	Электродвигатель постоянного тока
Марка двигателя	СА-10	4ПС-450-1000-УХЛ2
Мощность, кВт	375	800
Частота вращения, мин-1	1200	1500
КПД, %	0,68	0,93
Габариты (длина?ширина?высота), мм	4635?1500?2855	12250?3230?3190
Масса, кг	9000	6120



В основном приводе буровых установок широкое применение имеют двигатели внутреннего сгорания, из которых для установок глубокого бурения наиболее эффективны дизели.

В составе БУ 5000/320 ДГУ применяется дизель-гидравлический привод, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи.

Достоинства Д.В.С.:

- автономность;

- в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей;

- удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Недостатки Д.В.С.:

- невозможность запуска под нагрузкой, что требует введения в схему привода фрикционной муфты;

- существенное снижение мощности вследствие влияния давления, температуры и влажности окружающей среды.

В БУ 5000/320 ЭУК-Я применяется двигатель постоянного тока.

Достоинства электродвигателей постоянного тока:

- простота в монтаже и эксплуатации;

- высокая надежность и экономичность;

- легко регулировать частоту вращения;

- хорошие пусковые свойства.

Недостатки электродвигателей постоянного тока:

- применимы только в электрифицированных районах;

- для питания электродвигателя от сети переменного тока необходимо использовать выпрямительные устройства;

- дороговизна изготовления.



3. Анализ кинематической схемы буровой установки

Выполним анализ трансмиссий и средств искусственной приспособляемости, примененных в силовых установках рассматриваемого класса.

Таблица 4 -Анализ кинематической схемы буровой установки БУ 5000/320 ДГУ

Состав кинематической схемы, параметры	Д.В.С.
Вид привода (групповой, индивидуальный, смешанный)	Смешанный
Кинематическая цепь привода лебедки, передаточные числа, реализуемые различными передачами: - 1-я передача - 2-я передача - 3-я передача - 4-я передача	5,647 8,245 8,955 13,696
Кинематическая цепь привода ротора, передаточные числа, реализуемые различными передачами: - 1-я передача - 2-я передача - 3-я передача - 4-я передача	3,628 4,445 6,105 7,584
Кинематическая цепь привода буровых насосов, общее передаточное число	1,25



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. В.Ф. Абубакиров и др. Буровое оборудование: Справочник в 2- х томах. М.: Недра. 2002.- 270 с.

2. В.Л. Архангельский, Ю.С. Аважанский, И.Б. Малкин. Новые буровые установки: Справочное пособие. М.: ВНИИБТ, 1991.- 163 с.

3. Р.А. Баграмов. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988.- 502 с.

4. А.Л. Ильский, Ю.В. Миронов, А.Г. Чернобыльский. Расчет и кон-струирование бурового оборудования: Учебник для вузов. М.: Недра, 1985.- 163 с.

5. Коллектив авторов ОАО «Уралмаш- Буровое оборудование». Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование: Справочник. Екатеринбург, 2002.- 578 с.

Размещено на Allbest.ru

...