Силовые агрегаты

Функционирование агрегатов буровых установок обеспечивают силовые установки. Их систематика весьма сложна: приводы отличаются типом двигателя и трансмиссии, схемой компоновки и подачи энергии, назначением. Это определяет технические и эксплуатационные особенности применение.

Общие сведения

Силовые агрегаты в бурении используются в качестве приводов узлов буровых установок. Они включают совокупность двигателей, трансмиссий, преобразующих энергию и передающих устройств.

Двигатели осуществляют преобразование электрической, тепловой или гидравлической энергии в механическую. Трансмиссия передает ее к исполнительным механизмам и согласует параметры энергетического потока. Регулировка параметров осуществляется системой управления.

Технические характеристики и условия применения определяются типом, конструкцией и компоновкой привода. Основной характеристикой считают мощность (замеряется на входе в трансмиссию).

Классификации

В систематике буровых силовых агрегатов используют несколько критериев, на основе которых выведен ряд классификаций.
Так, одна из них основана на назначении привода.

• Основной. Это силовая установка, приводящая главные узлы буровой – лебедку, ротор, насосы. Она развивает в среднем 6000 кВт.
• компрессоров, подпорных и масляных насосов, агрегатов механизации СПУ и т. д. Ввиду значительной степени механизации бурения, обеспечиваемой множеством механизмов, такие силовые установки включают 15-20 двигателей. Но их мощность невелика: суммарное значение составляет до 400 кВт.

Важный критерий – тип двигателей. Их объединяют в 2 категории по принципу автономности.

• ДВС (дизельные, газотурбинные и т. д.). Независимы от энергосетей. Благодаря этому актуальны для разведочных и эксплуатационных работ в отдаленных, неосвоенных районах. В последнее время с необходимостью освоения новых месторождений потребность в таких приводах возросла.
• Электрические. Применение таких силовых установок требует наличия электросетей. Целесообразность определяется стоимостью электроэнергии. В СССР такие приводы начали использовать в 20 гг. Их распространению способствовало появление ГЭС, АЭС и ТЭС, а также внедрение электросети в европейской части страны. В настоящее время на долю электрических приходится примерно половина буровых установок. Применение электроприводов расширилось с появлением автономных газотурбинных и дизель-электрических электростанций. Такие установки используются преимущественно на море.

К тому же в систематике учитывают характер распределения энергии.

• Групповые. Предполагают подключение основных узлов (ротора, лебедки, насосов) к одной силовой установке. В таком случае требуется меньше двигателей, однако общий КПД невелик, а конструкция сложная ввиду множества трансмиссий. Ввиду очередности работы основных узлов буровой установки групповой привод применим при условии мощности лебедки равной совокупному показателю ротора и насосов. Такое соотношение характерно для установок, рассчитанных на бурение до 5 тыс. м. Чаще групповой привод используется на дизельных вариантах.
• Индивидуальные. Каждый узел оснащен собственной силовой установкой. Такая схема отличается упрощенной трансмиссией, обуславливающей компактность и высокий КПД. К тому же отдельные приводы позволяют подбирать оптимальные обороты для каждого узла. Ускорены запуск и торможение. Обычно индивидуальные приводы применяют на электрических буровых.
• Смешанные. Предполагают использование комбинированного привода в совокупности с индивидуальным. Последний приводит основной или дополнительный буровой насос. На дизельных установках такая схема актуальна при введении второго насоса, когда не хватает на него мощности группового привода. На электрических буровых обычно изначально объединяют лебедку и ротор групповым приводом, а насосы оснащают индивидуальной силовой установкой.

Еще один критерий – количество двигателей.

• Однодвигательные. Такая компоновка характерна для индивидуальных приводов ротора и бурового насоса. Групповые приводы лебедки электрических установок имеют одно- либо двухдвигательную компоновку.
• Многодвигательные. Это дизельные групповые приводы. Несмотря на сложность конструкции надежны. Это обусловлено тем, что при поломке одного из двигателей возможно функционирование силовой установки на оставшихся. К тому же такая схема экономична ввиду возможности отключения части двигателей при отсутствии потребности в полной мощности.

Наконец, силовые установки подразделяют по характеристикам: приводной и структурной мощности механическим особенностям. Эта классификация наиболее сложная.

Вспомогательные механизмы буровой обычно оснащают индивидуальными электрическими силовыми установками. Вблизи устья, где использование таких приводов ввиду пожароопасности исключено, применяют пневматические механизмы для бурового ключа, раскрепителей бурильных замков, клиновых захватов ротора, системы управления. Гидроприводы не распространены.
К тому же учитывается тип трансмиссии. Для буровых установок применяют механические, электрические, гидродинамические варианты и их сочетания: электромеханические и гидромеханические.
Путем объединения типов двигателей и силовых передач создана интегральная классификация буровых установок.

• Дизельные.
  
  • С механической трансмиссией.
  • С гидромеханической трансмиссией.
  • С гидравлической трансмиссией.
• Электрические.
  
  • Переменного тока.
    • С механической трансмиссией.
    • С электромеханической трансмиссией.
  • Постоянного тока с электромеханической трансмиссией.
• Дизель-электрические постоянного тока с электромеханической трансмиссией.
• Бензиновые с механической трансмиссией.

Устройство

Дизельные приводы. К этой же категории относят прочие силовые установки с двигателями внутреннего сгорания: газовые, бензиновые. Обычно используются в групповой схеме с 3-4 двигателями с механической клиноременной, цепной или гидродинамической трансмиссией. К преимуществам этой схемы относят надежность, экономичность и автономность. Первые 2 фактора обусловлены многодвигательной схемой: для функционирования установки не всегда обязательно задействовать их все.

Электроприводы

Подразделяют на варианты переменного и постоянного тока, регулируемые и нерегулируемые. В сравнении с ДВС электромоторы имеют 2 обратно направленных режима работы. Конструкция таких приводов проще за счет того, что в них обычно не используют более 2 двигателей. Электрические силовые установки надежнее, экономичнее, лучше контролируемы, более эффективны, лучше в плане условий труда. Надежность обусловлена простотой конструкции, экономичность – отсутствием затрат на снабжение топливом. Лучшие условия труда определяются тишиной работы и отсутствием выбросов.