Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

1. Электротехнический комплекс буровых установок с электроприводом переменного тока.

Буровая установка представляет собой комплекс сооружений, агрегатов, механизмов, обеспечивающих систем и  инструмента, предназначенных для  выполнения различных функций в  цикле строительства скважины. Процесс строительства можно разделить на три этапа: строительство наземных сооружений и монтаж бурового оборудования; бурение и крепление скважины; испытание продуктивных пластов. Основным этапом строительства является бурение и заканчивание скважины; при этом установка выполняет ряд технологических процессов, состоящих, в свою очередь, из многочисленных производственных операций.

Основные (ротор, буровые  насосы и спуско-подъемный агрегат) и вспомогательные механизмы буровой установки приводятся в действие силовым приводом, который может быть автономным (независимым от энергосистемы) и неавтономным (с питанием от сетей энергосистем). При автономном приводе основных механизмов (дизельный, дизель-электрический) вспомогательные механизмы оснащаются индивидуальными электроприводами. Основой для классификации является привод основных механизмов.

Электротехнический комплекс современной  буровой установки представляет собой совокупность подсистем, обеспечивающих выработку (при отсутствии центра изованного энергоснабжения), распределение, преобразование и использование электрической энергии, а также управление всеми указанными подсистемами для механизации и автоматического управления технологическим процессом проводки скважин.

 

 

 

2. Режимы работы, требования, предъявляемые к электроприводу буровых насосов.

Буровой насос служит для создания циркуляции промывочной  жидкости, очищающей забой и передающей энергию турбине при турбинном  способе бурения.

Оптимальный режим работы насосной установки характеризуется постоянством развиваемой насосами мощности, равной номинальной: pQ = const.

Приблизиться к режиму постоянства мощности можно следующим образом: 1)при нерегулируемом приводе – путем применения цилиндрических втулок разного диаметра. Этот режим работы характеризуется зависимостью подачи Q насоса от давления р на выходе и диаметра втулки; 2)при регулируемом приводе – использованием в начале бурения втулки малого диаметра при частоте вращения приводного вала больше номинальной, а затем по мере повышения давления путем снижения частоты вращения привода сохранить равенство pQ = const

 Регулирование подачи насоса  необходимо в осложненных условиях  бурения, а также при восстановлении  циркуляции. Таким образом, для  бурового насоса целесообразно применять регулируемый электропривод, причем регулирование следует выполнять при постоянном моменте, определяемом допустимым давлением в гидравлической системе буровой установки.

Таким образом, требуемый  диапазон регулирования частоты  вращения бурового насоса обусловлен следующими технологическими требованиями: 1)возможностью плавного пуска бурового насоса как при отсутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим работающим насосом; 2)возможностью работы в большей части интервала скважины в режиме максимального давления, соответствующем наиболее целесообразному технологическому процессу проводки скважины; 3)целесообразностью облегчения процесса восстановления циркуляции и операций по ликвидации аварий и осложнений; 4)возможностью снижения уровня пульсаций давления в нагнетательном трубопроводе.

Мощность приводного двигателя  насоса определяют по формуле

                                                                                                                                         (7.1)

где Q_T - максимальная теоретическая подача, м³/с; р - полное давление нагнетания при максимальной подаче, Па; φ_п – коэффициент подачи; η_н – полный КПД насоса; η_пн – КПД передачи между двигателем и насосом; а – коэффициент,  учитывающий возможность длительной перегрузки насоса.

Поскольку режим работы насоса продолжительный, двигатель насоса выбирают так, чтобы его номинальная мощность была несколько больше мощности, вычисленной по формуле (7.1).

В отечественной практике для буровых насосов, как правило, используют однодвигательный привод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Режимы работы, требования к электроприводу спуско-подъемного агрегата.

Кроме подъема или  опускания колонны бурильных  труб (КБТ) с помощью буровой лебедки часто осуществляют свинчивание и развинчивание труб, их перенос и установку, подъем и опускание незагруженного элеватора, подачу долота на забой и др. Так как все эти операции требуют различных мощности и характеристик электропривода, то в современных буровых установках для вспомогательных операций применяются отдельные механизмы с индивидуальным электроприводом. В этом случае буровая лебедка с электроприводом используется только для подъема и опускания КБТ, причем для подъема КБТ служат приводные двигатели, а для торможения при опускании -вспомогательные тормоза или приводные двигатели.

Кинематические схемы  привода буровой лебедки можно  классифицировать по числу скоростей  подъема, числу приводных двигателей, их номинальной частоте вращения и способу торможения.

В традиционной кинематической схеме буровой лебедки предусмотрена  обратная скорость (реверс) с оперативным (с помощью шинно-пневматической муфты) или неоперативным включением. На многих установках отбор мощности на ротор осуществляется от коробки перемены передач лебедки. Поэтому реверс необходим. На отечественных буровых установках с асинхронным электроприводом предусмотрен оперативный электрический реверс.

Подъем КБТ состоит  из отдельных циклов, число которых  равно числу свечей; за время одного цикла происходит подъем на высоту одной свечи (25-37 м), затем ее отвинчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяется. Таким образом, по мере подъема вес КБТ дискретно уменьшается и, следовательно, уменьшается момент статического сопротивления на валу приводного двигателя. Диапазон изменения момента статического сопротивления определяется отношением веса максимального груза к весу крюка с незагруженным элеватором и составляет от 14:1 до 20:1, причем больший диапазон относится к буровым лебедкам большей грузоподъемности. Так как время работы привода лебедки при подъеме КБТ перемежается паузами для отвинчивания, переноса и установки труб, а также спуска крюка с незагруженным элеватором,  режим работы привода лебедки - повторно-кратковременный с относительной продолжительностью включения 25-40 %.

При наличии уменьшающегося момента статического сопротивления на валу двигателя некоторой мощности ё наибольшая производительность лебедки (без учета времени переходных процессов) может быть достигнута, если по мере подъема труб скорость подъема увеличивается, т.е. если выполняется условие

(6.7) ,                                                         

где - момент сопротивления на валу барабана лебедки; - угловая скорость барабана лебедки; - КПД передач от двигателя к барабану лебедки.

Передаточные числа, число  передач и диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя выбирают обычно таким образом, чтобы механическая характеристика привода была близка к кривой постоянной мощности.

Изменять частоту вращения барабана лебедки (скорости подъема  груза) для выполнения условия (6.7) можно  ступенчато с помощью многоскоростных трансмиссий или бесступенчато с помощью электропривода с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Возможно также уменьшение числа ступеней механической передачи до 2 при наличии электропривода с ограниченным диапазоном регулирования частоты вращения.

При бесступенчатом изменении  скорости подъема упрощается конструкция и, следовательно, снижается стоимость лебедки, однако ее привод становится сложнее и дороже; при ступенчатом изменении повышаются сложность и стоимость лебедки, но уменьшается сложность и стоимость привода. Технико-экономическими расчетами установлено, что чем больше глубина бурения, тем эффективнее применение регулируемого электропривода.

Число приводных электродвигателей  определяется многими причинами (унификация применяемых электрических машин, удобство компоновки на ограниченной площади и др.), поэтому встречаются одно-, двух-, трех- и даже четырехдвигательные схемы. Появление трех- и четырехдвигательных схем объясняется стремлением к унификации применяемого на установках большой мощности электрооборудования. В отечественной и зарубежной практике широкое применение нашел двухдвига-тельный привод.

Такой привод обеспечивает работу с пониженной произво- дительностью в случае выхода из строя одного из двигателей, а также позволяет  отключить один из двигателей при  снижении нагрузки, что дает экономию электрической энергии. Однако два двигателя половинной мощности в 1,2 раза тяжелее и дороже, чем один двигатель большей мощности; требуется уст-ройство для равномерного распределения нагрузки между двумя двигателями, работающими на один вал и др.

Поэтому у современных  буровых лебедок основанием для  применения многодвигательного электропривода могут служить конструктивные причины (необходимость транспортировки  самолетом или вертолетом мелких блоков, исключение параллельной работы генераторов переменного тока, слишком большая масса одного двигателя). Для большей части буровых установок с электроприводом не существует конструктивных ограничений, исключающих однодвигательный вариант. Реализация основных преимуществ однодвигательного электроприво-да перед двухдвигательным (меньшие капитальные затраты, масса оборудования и занимаемая площадь, более высокий КПД, отсутствие необходимости в выравнивании нагрузки) обеспечивает значительный экономический эффект.

В вьшускавшихся ранее буровых установках электропривод лебедки осуществлялся асинхронными двигателями с фазным ротором. Применение асинхронных короткозамкнутых к синхронных двигателей для привода лебедок ограничивается тем, что эти двигатели не допускают большой частоты включений, необходимой для выполнения главных и вспомогательных операций при спуске и подъеме труб, а системы их управления не позволяют получать простыми и надежными средствами плавный разгон, реверсирование и снижение частоты вращения привода. Использование индивидуальных механизмов для вспомогательных операций при спуске и подъеме инструмента значительно упрощает требования, предъявляемые к приводу лебедки (сокращение частоты включений, устранение необходимости снижения частоты вращения и реверсирования двига-телей). Поэтому в ряде буровых установок для привода лебедки оказалось возможным использовать в сочетании с электромагнитными муфтами синхронные двигатели, работающие в режиме постоянного вращения.

Двигатели лебедки мощностью  до 200-250 кВт целесообразно выбирать на напряжение 380 или 660 В, так как для управления цепями статора этих двигателей можно применять кон-такторную аппаратуру напряжением ниже 1 кВ. При мощности двигателей более 250 кВт целесообразно выбирать их на напряжение   6  кВ,   что   позволяет   исключить   промежуточную трансформацию напряжения. В дальнейшем можно ожидать повышения рабочего напряжения двигателей буровой установки до 10 кВ.

Для электропривода буровой  лебедки в отечественных буровых  установках находят применение асинхронные двигатели с разным ротором серий АКБ и АКСБ.

В результате технико-экономического сравнения вариантов электропривода буровой лебедки наиболее целесообразным может оказаться электропривод  постоянного тока. Такой электропривод  можно выполнить безредукторным. Его применение позволяет существенно упростить конструкцию лебедки и исключить ряд звеньев (цепные передачи, подшипники, шинно-пневматические муфты), наиболее сильно подверженных износу. Благодаря связи приводного двигателя непосредственно с барабаном лебедки двигатель можно использовать и в качестве электротормоза. Электропривод постоянного тока для лебедок буровых установок весьма перспективен при использовании надежных и дешевых мощных тиристорных преобразователей, отвечающих требованиям электропривода буровых установок.

Электропривод спуско-подъемного агрегата при спуске КБТ и обсадных труб может осуществляться:

от приводного электродвигателя спуско-подъемного агрегата используемого  в режиме рекуперативного или  динамического торможения;

от индивидуального электромагнитного тормоза индукционного или ферропорошкового типа, установленного на подъемном валу лебедки (в зарубежной практике для легких установок электромагнитный тормоз применяют с ускоряющей передачей).

В случае применения электродвигателя постоянного тока можно получить вполне удовлетворительные характеристики системы торможения при условии полного использования его регулировочных свойств и допустимых перегрузок. Поскольку потери на трение в талевой системе и подшипниках подъемно го вала составляют значительную величину, мощность, необходимая для торможения КБТ при сопоставимой скорости пере метцения, значительно меньше мощности, расходуемой на подъем.

К основным параметрам привода  относятся максимальная и минимальная  частоты вращения при спуске. Однако, полагая что электродвигатель выбран из условия подъема КБТ, эти параметры также не могут быть независимыми.