Унифицированные системы тиристорного электропривода постоянного тока наземных буровых установок

1. УДК 6 2 -8 3 :6 2 2
РГ 4 5 .4 1 .3 3 .3 1
М.Г.Юньков, Б.И.Абрамов, А.И.Коган,
B.С.Кознов, Б.И.Моцохейн, Б.М.Парфенов,
C.В.Сахаров, В.М.Скрипник
В настоящем обзоре, который явняется продонх<ением
обзора "Унифицированные системы тиристорного энектро-
привода переменного тока наземных буровых установок"
тех х<е авторов, рассматриваются системы эдектропривода
постоянного тока и технико-экономические предпосылки
выбора электроприводов буровых установок. Приведены так­
же основные технические данные электрооборудования на­
земных буровых установок с электроприводами как посто­
янного, так и переменного тока.
Подведены основные итоги ряда научно-исследователь­
ских и опытно-конструкторских работ по созданию элект­
рооборудования для наземных буровых установок. Особое
внимание уделено рассмотрению новых технических решений,
полохсенных в основу унифицированных систем электропри­
вода главных буровых механизмов.
Редакторы: Д.Б.Белодедова, Э.Г.Дьячкова
Техн.редактор В.В.Максимова
Корректор Д.Б.Соловьев
Сдано в набор 0 8 .0 2 .8 5 Подписано в печать 0 6 .0 3 ,8 5 Т -0 0 0 5 8
Формат 6 0 x 9 0 1 /1 6 Бумага офсетная Печать офсетная
Усп,печ.п.3,5 У ч.-изд.п.4,2 J.
Тираж 2 8 5 0 экз. Заказ 759 Цена 84 коп.
1 0 5 8 5 6 , ГСП, Москва, Е -3 7 , Информэлектро
Отпечатано в отделе полиграфии с опытным производством
Москва, Е -1 2 3 , ул.Плеханова, За

2. ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ
И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Серия 08. Комплектные устройства управления
электроприводами. Электропривод
О Б З О Р Н А Я И Н Ф О Р М А Ц И Я
УНИФИЦИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ПОСТОЯННОГО ТО КА
НАЗЕМНЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
ВЫПУСК 2
МОСКВА
1985
ВВЕДЕНИЕ
Поставленная партией и правительством задача - увеличить добычу
нефти в стране - требует увеличить объем эксплуатационного и разве­
дочного бурения нефтяных и газовых скважин. При этом количество
выпускаемых буровых установок возрастет незначительно, т.е. рост
объемов бурения должен быть обеспечен главным образом за счет по­
вышения производительности буровых установок. Особенностями разви­
тия буровых работ на ближайшую перспективу являются: увеличение
средних глубин бурения; смещение нефтегазодобывающих предприятий
в труднодоступные районы Западной Сибири, в восточные и северные
районы страны; дальнейшее развитие нефтегазодобывающей промышлен­
ности на континентальном шельфе. Все эти задачи решаются в условиях
ограниченности трудовых ресурсов, необходимых для выпуска буровых
установок и их эксплуатации. Поэтому требуется техническое перево­
оружение буровых работ, обеспечивающее резкое повышеше производи­
тельности труда Б бурении.
Задачи электротехнической промышленности при создании новых бу­
ровых установок заключаются не только в обеспечении этих установок
необходимым электрооборудованием, но и в повышении их производитель­
ности за счет разработки и реализации прогрессивных технических ре­
шений Б части электропривода. Основным средством повышения произ­
водительности установок является применение регулируемого электро­
привода главных буровых механизмов - лебедки, насосов и ротора.
В настоящее время главные механизмы ряда буровых установок ос­
нащаются частично регулируемым электроприводом переменного тока
f l] . Однако наиболее полно отвечает технологическим требованиям
глубоко регулируемый электропривод постоянного тока. Такая система
электропривода является и наилучшей силовой основой автоматизации
© ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1985 1

3. технологических процессов. Вместе с тем применение регулируемш'о
электропривода вызывает дополнительные капитальные, а в ряде случа­
ев и эксплуатационные затраты, что определяет необходимость тщатель­
ного технико-экономического обоснования выбора вида привода.
В данном обзоре рассматриваются системы электропривода посто­
янного тока и основные технико-экономические предпосылки выбора
электроприводов буровых установок. Здесь приведены также основные
технические данные электрооборудования наземных буровых установок
с электроприводами как постоянного, гак и переменного тока.
Основы применения регулируемого электропривода на отечественных
буровых установках были рассмотрены в работе К.А.}1<еваго, Т.З.Порг-
ного, Б.М.Школьникова, вышедшей вторым изданием в 1 9 6 4 г. [2],
В семидесятых годах изучены основные вопросы использования тири­
сторных преобразователей в условиях бурения, начато широкое приме­
нение тиристорных систем возбуждения. Системы электропривода буро­
вых установок, продолжающих выпускаться до настоящего времени,
и применяемое на них электрооборудование достаточно подробно рас­
смотрены в [3]. Ряд усовершенствований в системах электропривода
и автоматического управлешя предложен b [4 -6 J .
В настоящее время основные параметры электроприводов главных
буровых механизмов выбираются с учетом требований государственно­
го стандарта на буровые установки [ 7 ] . Сведения о конструктивных
параметрах буровых установок приведены в fS -lO j. Системы электро­
привода зарубежных буровых установок рассмотрены в f l l - 1 3 j , си­
стемы автоматизации - в [ 1 4 ] . Основные направления развития элек­
тропривода буровых установок на предстоящие годы показаны в [1 ,
5, 12, 1 5 ].
Первые отечественные буровые установки с регулируемым электро­
приводом выполнягшсь по системе Г-Д постоянного тока[2, 5 ]. Благо­
даря отличным регулировочным характеристикам и упрощению кинема­
тики установок электропривод постоянного тока обеспечил значитель­
ное повышение производительности и надежности оборудования. Однако
установки с таким электроприводом не получили широкого распростра­
нения в связи со сложностью и значительными габаритами преобразо­
вательных электромашинных агрегатов. В 7 0 -х годах были разработа­
ны и введены в эксплуатацию первые отечественные буровые установки
с тиристорным электроприводом постоянного тока по системе ТП-Д.
В те же годы такие установки начали выпускаться за рубежом. Тири­
сторный электропривод постоянного тока чрезвычайно быстро показал
свои преимущества применительно к специфическим условиям буровых
установок, и в настоящее время практически все буровые установки
с электроприводом постоянного тока как в нашей стране, так и за
рубежом оснащаются тиристорными выпрямителями переменного тока
в постоянный. Вместе с тем вопрос о применении такого вида привода
должен решаться для каждого типа установки отдельно путем технико-
эксдномического расчета и сравнения вариантов.

4. Экономический эффект системы автоматизированного электропривода
буровой установки формируется, в основном, за счет следующих факто­
ров:
повышение производительности благодаря регулированию главных
механизмов;
повышение надежности как электрооборудования, гак и механическо­
го оборудования;
увеличение КПД;
сокращение эксплуатационных расходов;
облегчение и оздоровление трудового процесса.
Как правило, для выявления экономического эффекта система элек­
тропривода должна рассматриваться не изолированно, а в совокупности
механизмов и металлоконструкций, составляющих буровую установку.
Например, на установках глубокого бурения, несмотря на увеличение
стоимосТ'И электрооборудования при тиристорном электроприводе, до­
стигается большой технико-экономический эффект благодаря сокраще­
нию механического оборудования, повышению его надежности, увеличе­
нию производительности установки в основных технологических режи­
мах (на 15-20% ), снижению аварийности буровых работ.
В [1 ] и настоящем обзоре подведены основные итоги ряда научно-
исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию элек­
трооборудования для наземных буровых установок. Особое внимание
уделено рассмотрению новых технических решений, положенных в ос­
нову унифицированных (для нескольких групп буровых установок) си­
стем электропривода главных буровых механизмов.
Системы электропривода уникальных и морских буровых установок,
производство которых носит единичный характер, в обзоре не рассмат­
риваются. Однако следует иметь в виду, что в настоящее время на­
метилось сближение систем электропривода уникальных и серийных
буровых установок, что стало возможным благодаря применению уни­
фицированных средств тиристорного электропривода постоянного тока.
Таким образом, приведенные в обзоре данные характеризуют практиче­
ски все технические решения, реализуемые на отечественных буровых
установках.

5. 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД п о СИСТЕМЕ ТИРИСТОРНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - ДВИГАТЕЛЬ (ТП-Д)
1 .1 . Основы выбора тиристорных преобразователей ,
1 . 1 . 1 . О с н о в н ы е э л е к т р и ч е с к и е
п а р а м е т р ы т и р и с т о р н ы х
п р е о б р а з о в а т е л е й
Электротехническая промышленность выпускает тиристорные преоб­
разователи (ТП) в широкой номенклатуре различных конструкций
и комплектности.
При выборе преобразователя для электропривода буровой установки
по системе ТП-Д учитываются следующие основные электрические па­
раметры и характеристики ТП:
1. Напряжение и частота питающей сети. В случае питания ТП от
высоковольтной сети в его составе (или дополнительно) предусматри­
вается понижающий трансформатор на соответствующие напряжения
и мощность. В случае питания ТП непосредственно от сети должны
быть предусмотрены сетевые токоограничивающие реакторы,
2. Напряжение и частота цепи питания собственных нужд ТП - си­
стемы импульсно-фазового управления, устройств защиты и сигнализа­
ции. Частота напряжения питания СИФУ должна совпадать с частотой
силовой цепи, кроме того, должна соблюдаться однозначная взаимо­
связь по фазе напряжения питания силовой части и СИФУ. Необходимо
учитывать также допустимые отклонения напряжения и частоты от их
номинальных значений. Обычно для собственных нужд используется пе­
ременное напряжение 3 8 0 В, 5 0 Гц и постоянное 1 1 0 или 2 2 0 В.
3 . Номинальное выпрямленное напряжение V и диапазон его
изменения, в том числе возможность изменения полярности. Номиналь­
ное выпрямленное напряжение силового ТП должно быть на несколько
процентов больше номинального напряжения якоря двигателя
Ч » - < 1,02;-1,05)
Излишний запас по напряжению приведет к необходимости работы
ТП при неполном открытии вентилей и соответствующему снижению ко­
эффициента мощности, при этом будут также увеличены искажения на­
пряжения питающей сети.
4 . Номинальный выпрямленный ток При циклическом режиме
работы электропривода, так же как при выборе других элементов элек­
тропривода, должно соблюдаться условие выбора по эквивалентному
(среднеквадратичному) току
/ ^ IJ .
экв d н

6. 5 . Допустимая величина и длительность кратковременной перегрузки
по току (при определенной длительности режима перегрузки)
Ь ^ I / l , ^ 5 ,
кр £? н доп
где 6^^^ - допустимая кратковременно относительная перегрузка.
В ТП, предназначенных для электропривода, эта перегрузка со­
ставляет обычно 5доп ~ 2 ,0 h 2 ,5 за время 1 0 -1 5 с, т.е, имеет при­
близительно такую же величину, как и для двигателей постоянного тока.
6 . Коэффициент полезного действия, который обычно составляет
95-97% .
7 . Коэффициент мощности в номинальном режиме. Для трехфазного
мостового выпрямителя номинальный коэффициент мощности составля­
ет обычно 0 ,7 - 0 ,8 .
8 . Возможность работы в инверторном режиме и дополнительные
требования к питающей сети для нормального протекания данного режи­
ма. (Во избежание аварийных режимов, напряжение питания не должно
быть ниже допустимого значения).
9 . Величина сигнала управления ТП в номинальном режиме. В боль­
шинстве серийных ТП, с учетом широкого применения унифицированных
систем регулирования, предусматривается сигнал управления с унифици­
рованными уровнями: напряжение постоянного тока не более 10 В,
ток не более 5 мА. Кроме того, для каждого типа ТП оговаривается
допустимое содержание переменной составляющей в сигнале управления.
1 0 . Степень вгшяния ТП на питающую сеть, зависящая от силовой
схемы ТП, числа фаз, способа управления вентилями, индуктивности ре­
акторов и т.д. ТП вызывает искажения формы напряжения питающей
сети, т.е. вызывает появление высших гармоник в напряжении сети.
Поскольку искажения зависят от параметров ТП и сети, данный вопрос .
решается как комплексная задача соответствуюищми расчетами j|l8 ,
20, 2 lJ . Искажения формы напряжения сети в соответствии со стан­
дартом- на качество напряжения характеризуются коэффициентом неси-
нусоидапьности напряжения
К =
2 и-
НС ’
который отражает содержание в напряжении высших гармоник по отно­
шению к первой гармонике. В соответствии с действующими стандарта­
ми на качество напряжения допускается для общепромышленных сетей
К 5%, для автономных сетей К 6 10%.
НС „ НС
1 1 . Возможность работы выбираемого ТП при конкретных парамет­
рах питающей сети с учетом провалов напряжения в период коммутации
тиристоров (от самого тиристорного преобразователя или от любых
759-2 5

7. других ПРИЧИН, в том числе от влияния других подкпючонных к данной
сети ТП). Условие работоспособности ТП с этой точки орпшя выража­
ется через величины фактического и допустимого произведошы глуби­
ны провала Д С/ в % на его длительность у в электрических граду­
сах
Д[/.У (ДС/-У )
' доп
Для наиболее совершенных из серийных ТП допустимое значешю
этой величины составляет 400%*эд.град. Иногда этот показатель из­
меряют в вольт-секундах (В*с) и называют вопьт-секундной площадью
провала [ 1 8 ] .
12. При выборе ТП следует также решить вопрос о необходимости
использования совместно с ТП фильтрокомпенсирующих устройств для
уменьшения колебаний напряжения и искажений в сетях соизмеримой
мощности, а также для повышения коэффициента мощности системы
электропривода.
Вопросы взаимного влияния ТП и питающей сети (см.пп.Ю , 11, 1 2 )
являются наиболее сложными, но вместе с тем и весьма важными, по­
скольку системы электропривода буровых установок следует рассмат­
ривать как системы с ограниченной (или соизмеримой) мощностью ис­
точника питашя. Электрооборудование установок с централизованным
электроснабжением питается, как правило, от длинных радиальных ли­
ний. Электрооборудование установок с автономным электроснабжением
питается от электростанции, мощность которой по экбномическим сооб­
ражениям должна быть минимально необходимой.
Взаимное влияние ТП И питающей сети в системах соизмеримой
мощности может быть зачастую настолько значительным, что здесь
требуется применение специальных СИФУ с повышенной устойчивостью
к колебаниям и искажениям напряжения, тщательный выбор индуктив­
ностей реакторов и т.д. Кроме того, становится необходимым примене­
ние фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) для компенсации реактив­
ной энергии и повышения коэффициента мощности и для фильтрации вы­
сших гармоник Б напряжении сети. Несмотря на сложность этих ’проб­
лем они могут быть разрешены при комплексном рассмотрении указан­
ных выше взаимосвязанных технических вопросов методами, изложен­
ными Б f l 8 , 2 0 - 2 4 ] . Эффективность указанных методов подтверждена
успешными результатами эксплуатации системы ТП-Д мощностью до
1 0 0 0 кВт в единице на морских буровых установках П Б У 6 0 0 0 /6 0
и П П Б У 6000/200.
1 .1 .2 , У с т р о й с т в а з а щ и т ы
и с и г н а л и з а ц и и ТП
В каждом комплектном ТП имеются внутренние устройства защиты,
действие которых следует учитывать при использовании ТП в системе
электропривода [ l8 , 2 4 ] .

8. Прежде всего имеются устройства защиты от перегрузок по току.
В силовых ТП используется, как правило, несколько включенных парал­
лельно тиристоров в каждом плече выпрямительного моста. Для защи­
ты тиристоров последовательно с каждым из них включаются бы­
стродействующие плавкие предохранители. Кроме того, обычно имеется
блок токовой защиты, реагирующий на перегрузку по току в общей вы­
ходной цепи. В случае, если в составе ТП имеется собственный авто­
матический выключатель питания, блок защиты воздействует на его
отключение. Если используется внешний выключатель питания, то необ­
ходимо обеспечить соответствующее воздействие блока защиты на этот
выключатель. Кроме того, часто предусматриваются электронные уст­
ройства, обеспечивающие по сигналу блока защиты снятие ("блокиро­
вание") управляющих импульсов или перевод их в инверторную зону,
благодаря чему ток главной цепи снижается до нуля, В техническом
описании на конкретный ТП содержатся сведения о защите, необходи­
мые для проектирования общей схемы электропривода и для обеспече­
ния необходимой селективности действия защитных устройств.
В ТП, предназначенных для использования не только в выпрямитель­
ном, но и в инверторном режиме, предусматривается автоматический
выключатель в цепи выпрямленного тока, так как другие средства за­
щиты не могут предотвратить выход ТП из строя при авариях в инвер­
торном режиме. Для этих цепей используются специальные быстродей-
ствуюище токоограничиваюище выключатели [ 2 4 ] .
Предусматриваются также средства защиты от различных других
аномальных режимов работы ТП: защита от внешних и внутренних (ком­
мутационных) перенапряжений; защита от исчезновения щш недопусти­
мого отклонения напряжения собственных нужд, а также выходных на­
пряжений блоков питания; защита от опрокидывания инвертора; контроль
действия системы охлаждения; контроль перегрева тиристоров; контроль
сопротивления изоляции цепи выпрямленного тока; при наличии несколь­
ких параллельных ветвей - защита от сгорания двух предохранителей
в одном плече (при сгорании одного предохранителя подается предупре­
дительный сигнал). Перечисленные устройства в зависимости от конкрет­
ной конструкции ТП воздействуют либо на отключение питания ТП,
либо на устройства сигнализации, либо на то и другое,
В ТП предусматривается световая сигнализация наличия питания
основных составляющих узлов, их исправности, срабатывания защитных
и блокировочных устройств. Аварийно-предупредительные сигналы могут
быть трех видов:
1) предупредительные, не требуюище немедленного отключения ТП
и предупреждаюище оператора о необходимости при первой возможно­
сти отключения и ревизии соответствуюищх устройств (желтые сигналь­
ные пампы);
2) аварийно-предупредительные, подающие команду оператору о не­
обходимости экстренного отключения ТП (красные сигнальные пампы.
Звуковой сигнал); после подачи такого сигнала через короткое время
происходит автоматическое отключение ТП;

9. 3 ) аварийные, которые подаются одновременно с автоматическим
отключением ТП и служат для обнаружения причин аварии.
При построении схемы электропривода следует учитывать, что от­
ключение ТП без острой необходимости может нарушить технологиче­
ский процесс. С учетом этого к 3-й группе следует относить сигналы
лишь о таких ситуациях, когда авария ТП может быть предотвращона
только немедленным его отключением.
Таким образом, в самом ТП имеется достаточно полная информация
о работе всех его устройств. Кроме того, предусматриваются обобщен­
ные сигналы о том, что имеются какие-то нарушения в работе всего
ТП или отдельных групп его устройств. При проектировании схемы
электропривода следует предусматривать вывод на внешние устройства,
пульты управления и других обобщенных сигналов о работе ТП.
В ТП обязательно имеются приборы для измерения выпрямленного
тока и напряжения, а иногда и других параметров, характериауюищх
его работу.
1 .1 .3 . К о н с т р у к т и в н ы е х а р а к т е р и с т и к и ТП
Развитие конструкшй ТП по климатическому исполнению происходит
Б двух напрдэлениях:
применение всех элементов схемы ТП, допускающих работу при ко­
лебании температуры в широких пределах (от +50 до - 5 0 С) и при
повышенной влажности, использование шкафов закрытого типа с цепью
установки ТП в частично закрытых помещениях, под навесом и т.п.;
применение ТП открытой конструкции, встраиваемьк вместе с дру­
гими шкафами электрического управления в контейнеры с внутренними
устройствами обогрева, вентиляции, освещения и т.д.
Контейнерное исполнение электрооборудования представляется весь­
ма перспективным для передвижных буровых установок, поскольку при
этом не только вьшопняются указанные выше требования, но и дости­
гается высокая степень заводской готовности, удобство монтажа, де­
монтажа и транспортирования электрооборудования.
На морских буровых установках, где впервые стали применяться
тиристорные электроприводы, важным фактором является способ охлаж­
дения ТП. В настоящее время используются силовые ТП с водяным
охлаждением. Здесь ТП устанавливаются в закрытом отапливаемом по­
мещении и поэтому не возникает проблем в работе системы охлажде­
ния при отрицательных температурах. Водяное охлаждение повышает
надежность работы тиристоров при резко переменных нагрузках. Вме­
сте с тем системы водяного охлаждения достаточно сложны и требуют
квалифицированного Обслуживания, применения специальных систем под­
держания уровня сопротивления изоляции, контроля изоляции и т.д.
На наземных буровых установках более целесообразно использование
воздушного (принудительного или естественного) охлаждения ТП.
На буровых установках часто ТП устанавливаются в зонах, где на­
блюдается повышенная вибрация от работающих механизмов. Кроме то­
8

10. го, буровые установки, особенно предназначенные для сравнительно
небольших глубин бурения, часто транспортируются с одной точки на
другую, а при транспортировке возможно возникновение вибрационных
и ударных нагрузок. В связи с этим при использовании серийных ТП
необходимо обеспечивать ограничение воздействующих на ТП механи­
ческих нагрузок; при разработке новых ТП для буровых установок сле­
дует предусматривать специальные средства для повышения их устой­
чивости к механическим воздействиям.
Для всех промышленных ТП обычно широко используются блочные
конструкции, обеспечивающие, высокий уровень ремонтопригодности
и малое время восстановления (ремонт производится в большинстве
случаев путем замены блоков). Для буровых установок это требова­
ние является особенно важным, так как ТП эксплуатируются вдали
от ремонтных баз и зачастую при отсутствии высококвалифицированно­
го обслуживающего персонала. В связи с этим повышается необходи­
мость развитых средств диагностики и специальных устройств (стен­
дов, наладочных блоков и т.п.) для проверки отдельных узлов ТП не­
посредственно в условиях объекта.
1 .2 . Электропривод буровых лебедок
При построении схем электроприводов буровых лебедок необходимо
прежде всего исходить из технических требований к приводу лебед­
ки, определяемых основными параметрами подъемной системы, огово­
ренными ГОСТ 1 6 2 9 3 -8 2 [7]: грузоподъемность номинальная и мак­
симальная, условная глубина бурения, мощность, развиваемая на валу
барабана лебедки, максимальная скорость подъема талевого блока,
тормозной момент вспомогательного тормоза.
При разработке новых систем электропривода буровой лебедки сле­
дует считать допустимыми некоторые отклонения от указанных
с ГОСТе значений параметров, если при этом обеспечиваются более
высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели.
С учетом указанных требований и решались вопросы рационального
проектирования электроприводов буровых лебедок применительно к на­
земным установкам.
Система двухзонного подчиненного регулирования скорости с зависи­
мым управлением током возбуждения, используемая в приводе лебедки,
состоит из двух каналов управления: током якоря и током возбуждения-
и практически принципом действия ничем не отличается от описанной
в [ 1 9 ] .
В приводе лебедки скорость подъема колонны должна изменяться
в зависимости от массы таким образом, чтобы мощность, развиваемая
приводом, оставалась постоянной (аналогичная зависимость должна
быть и при спуске), т.е.
Р - = М_ • со- = const
б о б

11. где Pg, Mg - мощность и момент, развиваемые на валу барабана;
Wg - угловая скорость барабана.
Для обеспечения постоянства мощности необходимо регулировать
скорость в зависимости от момента, определяемого усилием на крюке,
Б соответствии с выражением
со, ■= Р -/М ,,
б б б
Момент на валу двигателя зависит от величины усилия на крюке
и от параметров талевой системы и лебедки. Величина момента при
подъеме вычисляется исжодя из следующих зависимостей:
G- К
f погЕ_ .
б 2i . Д ’
тс тс
F * D
м = — = ^Р.. .бр ,
Дв
где к , Л - соответственно коэффициент погружения и коэффи-
погр тр циент трения колонны о стенки скважины;
F - усилие на крюке;
G - масс» колонны и подвижных частей талевой системы;
с -V ЧИСЛО работающих двигателей;
i , i - передаточное отношение талевой системы и привода ле­
те л ,
бедки;
п , П - КПД талевой системы и привода лебедки;
ТС п
Dgp - расчетный диаметр барабана лебедки.
Установившуюся скорость вращения двигателя лебедки в зависимо­
сти от усилия на крюке можно представить в виде
« = К V f ,
дв 1 кр
где - принятая постоянная величина .
Требуемая величина частоты вращения обеспечивается двухзонным
регулированием посредством системы автоматического управления.
Для автоматического поддержания постоянства мощности привода
в схеме рис.1 предусмотрен регулятор мощности РМЛ, содержаищй
функциональные узлы нелинейности УН и ограничения мощности ОМЛ,
10

12. 3 § а '
а s я 03а 3 о
J й-i=t л 1
Wmсо а
!
1о& '»ri е
п mн ..
S к & ^
S §■ i
g “ g i
. я о a-
g S I §
e I ®1S | ! |
&1ЛX Й « ^ 9U * G>. Й
2 &
Л, S H
ОS H
§• S
Ч
-sо
J,
l a '
|* e
3 СЦ
Оc( СЦ
§ 5 ё r .cf СЦ>> a t:
s ^
S 1 s ^ ^
(0 ••
§ “
^ ss aH X
9. У
i г
IS
i|
I?^S5CO
11

13. которые управляются от датчика веса ДВ. Узлы нелинейности являют­
ся по существу функциональными преобразователями, создающими тре­
буемую нелинейную зависимость выхода УН от сигнала ДВ. Узел
ограничения мощности (ОМЛ) находится в прямом канале управления.
Его выходное напряжение зависит от задающего сигнала V
скп
но
ограничивается г.о максимальному уровню в зависимости от выходного
сигнала узла нелинейности ^ун„. При максимальном задающем сигнале
------------------- и _напряжение выхода
омл
огр’аничивается с увеличением веса таким
образом, что сигнал задания скорости, подаваемый на регулятор ско­
рости и убудет уменьшаться, благодаря чему мощность привода со­
храняется постоянной, т.е. будет обеспечиваться необходимая форма
механической характеристики на участке от номинальной до максималь­
ной скорости. Зависимость
на рис. 2.
и
ун.
и
омл
от представлена
а
Рис.2 . Зависимость U (а)
ун^
при раз-и и (б) от
омл
и
дв
личных режимах работы
1 - при однодвигательном
приводе; 2 - при двухдвига-
тельном приводе
12

14. в системе регулирования привода лебедки для снижения влияния
помех все цепи разделены на три группы, каждая из которых получает
питание от своего источника и не связана гальванически с другими
группами:
регулятор скорости, регулятор мощности и связанные с ним задаю­
щие узлы и датчики;
регулятор тока якоря и связанные с ним датчики;
регулятор тока возбуждения и ЭДС и связанные с ними датчики.
В процессе работы электропривода лебедки возможны аварийные
режимы, при которых происходит неожиданное увеличение нагрузки при­
вода Б результате увеличения усилия на крюке в случае затяжки или
прихвата колонны в скважине. В подобных случаях система управления
электроприводом обеспечит увеличение тока якоря только до величины
стопорного тока, определяемого уровнем ограничения выхода РСП,
Рис.З. Механические характеристики электродвигателя типа
П 2 -8 0 0 -1 7 7 -8 У 2 в электроприводе лебедки
1 - пусковая характеристика; 2 - рабочая характеристика
7sq- ч
13

15. а скорость привода упадет до нудя. Механические характеристики эдек-
гродвигагепя в электроприводе лебедки приведены на рис.З.
При спуске колонны в скважину торможение может осуществляться
в динамическом режиме торможения- либо рекуперативном режиме ра­
боты двигателя (IY квадрант механических характеристик).
В режиме рекуперативного торможения силовой ТП будет работать
в инверторном режиме. Поскольку полярности статического момента,
тока возбуждения и тока якоря при этом остаются неизменными, режим
рекуперации может быть осуществлен при нереверсивном силовом ТП,
Система двухзонного регулирования скорости действует при этом почти
аналогично режиму подъема с той лишь разницей, что задающий сигнал
меняет полярность на обратную. Механическая характеристика привода
лебедки при этом представляет собой зеркальное отображение кривой
механической характеристики при подъеме.
1 .3 . Система динамического торможения
Система динамического торможения в общих чертах характеризует­
ся следующим. Двигатель при спуске колонны работает как генератор,
нагруженный на сопротивление динамического торможения. Управление
моментом и скоростью осуществляется путем регулирования тока воз­
буждения.
В режиме спуска, как и при подъеме, рациональной статической ха­
рактеристикой является кривая постоянства мощности. Моменты и уси­
лия в приводе лебедки при спуске меньше, чем при подъеме, на величи­
ну КПД. Рациональная установившаяся скорость двигателя определя­
ется так Же, как и при подъеме, а ее величина обеспечивается систе­
мой регулирования скорости электропривода в режиме динамического
торможения.
Структурная схема системы динамического торможения приведена
на рис.4. Система регулирования динамическим торможением состо­
ит из трех контуров. Первый (внутренний) - это контур регулирования
тока возбуждения, в котором используется регулятор тока возбуждения
тот же, что и Б режиме подъема. Второй - контур регулирования тока
якоря, или, как он называется, регулятор тока спуска. Третий (глав­
ный) - контур регулирования скорости.
На вход регулятора скорости спуска РСС задаюищй сигнал подается
по двум каналам: в основном режиме (разгон на спуск и движение на
установившейся скорости) по каналу обратной связи по скорости,
в режиме замедления - по каналу форсировки торможения.
По первому каналу задание скорости спуска подается автоматиче­
ски в функции веса. Сигналом задания скорости в принятой схеме
является по существу величина запирающего напряжения, формируемая
Б узле запирания. Для обеспечения требуемых статических и -динамиче­
ских характеристик сигнал главной обратной связи от датчика скорости
ДС подвергается преобразованиям в узлах: запирания УЗ, коррекции
УК и перемножения УП, на которые подаются сигналы от датчика ско-
1 4

16. ffl е
•й Ф I
С2 СО '
2
I DQ
S о и*
§
I S
. 'О
'^ 4 1 '
о « о
8 » | е
a s .
ь a
m
1
§
T ( J |
H 5
0
1
8
i •:о i I
О S ^ X
65?: Гg ё
S 8
a §
a; Ц g fe
, e
't Ч
и .
.« U b g- g
15

17. рости ДС и датчика веса ДВ. Регулятор РСС выдает задание тока
якоря на регулятор тока спуска РТС,
При управлении по первому каналу производится разгон системы
на спуск и автоматический выход на оптимальный установившийся ре­
жим работы.
По второму каналу оператор управляет режимом замедления систе­
мы в конце цикла спуска или в любой желаемый момент времени. Уп­
равление по второму каналу осуществляется от сепьсинного командо-
аппаратаСКТ. При этом обеспечивается форсированное нарастание тока
возбуждения и динамического тормозного момента. Сигнал от СКТ
подается на отдельный вход РСС согласно с сигналом обратной связи
по скорости. Сигнал форсировки является преобпадаюищм, т.е. после
его подачи сигнал первого канала уже незначительно влияет на вели­
чину скорости.
Для ограничения тока возбуждения,' напряжения и тока якоря в лю­
бых режимах (при управлении на всех скоростях и по любому каналу)
служит узел ограничения возбуждения УОВ и вспомогательный узел
нелинейности УН. Характеристики устройств управления системой дина­
мического торможения приведены на рис.5,
Расчет и построение характеристик динамического торможения обла­
дают рядом особенностей [ 5 ] . Характеристики двигателя в режиме
динамического торможения при постоянном сопротивлении нагрузки
представляют собой семейство прямых, соответствуюищх разным зна­
чениям потока возбуждения.
Ток якоря определяется соотношением
/ = E / R ^ ,
где ° ^а ^ ~ общее сопротивление якорной цепи при торможе­
нии;
R - сопротивления якоря двигателя;
- сопротивление сборки резисторов (включая сопротивления
проводов).
При выборе сопротивления должно быть найдено компромиссное
решение, удовлетворяющее требованиям высокой производительности,
интенсивного замедления и достаточно малой конечной скорости спу­
ска. Максимальная величина сопротивления соответствует режиму пре­
дельной скорости и может быть определена из выражения при макси- '
мапьном значении ЭДС и потока [5] :
Где т а х “ максимальное сопротивление;
- коэффициент увеличения ЭДС или напряжения;
16

18. Use
UyH
/
/
V
Udc
/
/
Uyot
Uc8
VV
ч
Udc
Рис.5. Характеристики устройств управпения системой динамическо­
го торможения
/ г - [/,/ (с/ ); в - {/‘ дс ук уов
ф
М
- коэффициент увеличения потока;
- относительная величина заданного момента;
- номинальное сопротивление двигателя;
К - величина запает по напряжению,
а
При выборе величины сопротивления ^ ^ д в и г а т е л ь нельзя
полностью использовать по" напряжению и потоку, что явно нерацио­
нально. R . определяется как
т. mm
17

19. сч
>2
00
I
г-
Г-
тН
1
О
О
00
I
CNJ
С
ф
о
2
а
оЕн
CJ о
S
I S
§. I
^ ?rt
^ й
а §
•S, ^
со I
& «
18

20. 2 s l a 2 l b
v.min K . , * n
M Д Н
Величина тока, ЗДС и потока в основной (рабочей) точке можно
выразить;
, ^ ^3 ”дсо I .
Ку.
Ео = 1 Г ^ н ^ ' ^ о = т т ; ^ -
о 3 дсо
После выбора и расчета основных параметров могут быть постро­
ены характеристики, представленные на рис.6 в виде зависимости
п (1 )и п (М ) при разных постоянных значениях потока возбужде-
Д я д д " "
ния. Для расчета характеристик следует пользоваться формулами:
^я^т
1 2
М = — 'С ■ с^'п ф .
д J. е М Д
Статические "рабочие" характеристики системы, соответствующие
регулированию по закону постоянства мощности, представляют собой
прямую I =/,, = const и гиперболу М • = М • п = const,
я О д д дсо дсо
Ограничение по току в переходных режимах выражается прямой
^ ~ ^к, ~ const в правой части диаграммы.
я М
1 .4 . Электропривод буровых насосов и ротора по системе ТП-Д
1 .4 .1 . Э л е к т р о п р и в о д
б у р о в ы х н а с о с о в
При построении схемы электропривода буровых насосов исходят
из основных технических требований, предъявляемых к насосу условия­
ми технологии бурения - плавное, глубокое регулирование частоты
вращения (числа двойных ходов) и многоступенчатое ограничение раз­
виваемого момента, что обеспечивает работу в оптимальных техноло­
гических режимах. Более полное использование мощности насосов
улучшает очистку забоя, повышает проходку на допото, т.е. увеличива­
ет производительность бурешя.
19

21. к электроприводу буровых насосов предъявляются дополнительные
требования:
электродвигатели выбираются с учетом того, что они питаются от
одних источников, обпщх с электродвигателями буровой лебедки и ро­
тора;
система регулирования должна обеспечивать полную регулировочную
способность двигателей, плавный пуск, необходимую стабильность ста­
тических и динамических характеристик.
В отличие от электропривода лебедки к электроприводу буровых
насосов предъявляются значительно меньшие требования по режимам
работы: не требуются реверс и скорость выше основной, т.е. не тре­
буется ослабление поля. Поэтому для электропривода насоса выбира­
ется наиболее простая структурная схема однозонного регулирования,
двухконтурная. Внутренним является контур регулирования тока яко­
ря, а внешним - контур регулирования ЗДС двигателя.
Функциональная схема системы регулирования насоса показана
на рис.7. Во всех системах ТП-Д внутренним контуром, который
подлежит первоочередному расчету, является контур тока, образованный
регулятором тока РТ, тиристорным преобразователем ТП, датчиком
тока ДТ и звеном, представляющим двигатель. Этот контур стандарт­
ный и его расчет не отличается от обычного [ ю ] .
Система урегулирования скорости в первой зоне с регулятором ЗДС
(Р З) применяется обычно для электроприводов с нерегулируемым по­
током возбуждения. В этой системе точность поддержания скорости
несколько меньше, чем в системе с обратной связью по скорости, од­
нако отсутствие тахогенератора значительно упрощает схему и повы­
шает ее надежность. Регулятор РЗ служит здесь по существу регуля­
тором скорости. Несколько меньшая точность регулирования скорости
возможна в связи с нестабильностью потока возбуждения.
Величина ЗДС измеряется косвенным методом (как разность на­
пряжения на якоре и падения напряжения в якорной цепи) на основании
выражения
Е Р = и Р - /R ,
дв ^^дв '" а ’
где Е^^, - ЗДС двигателя и напряжение на якоре;
R - сопротивление якорной цепи двигателя между точками
“ измерения напряжения.
В системе регулирования насоса используется блок регулирования
БРН и блок датчиков. Блок БРН включает в себя ячейку фазочувст­
вительного выпрямителя ФВ, ячейку задатчика интенсивности ЗИ,
регулятор скорости (ЗДС) РЗ и регулятор тока РТ. Блок датчиков
содержит датчики тока ДТ и напряжения ДН. Воздействуя на преобра­
зователь якоря, производят регулирование скорости двигателя от нуля
до основной. Регулирование задания осуществляется сельсинным ко-
мандоаппаратом СКН, расположенным на пульте управления буровым
20

22. а о
Xся rzi
g .
J3 J3
e с
g ^о Ф
S CQ
3 О
CO CO
a ^>2 D. CC
«-Ю to
о
CO 0)
D ,
П s
ro
2ai
I
©
U
Sо
о
к f
.. -я
Я s Л
ё 8 S
а§ g
э ч
ё i
о со
§*
S S
8
а
I
6 - м ,
aag
§ I ^
I lfc
g e o "
s. 2 CL
и 5
a» s
WSo, 3
§ “
“ s * 1
Й о « a
Л ё о ё^ mЬ ф
^ я g
f'’ ' s s
о 3=§ Й
7 5 9 - i 21

23. насосом. При постоянном токе возбуждешя скорость двигателя про­
порциональна ЭДС. Сигнал обратной связи по скорости (ЗДС) обра­
зуется путем алгебраического суммирования сигналов V с датчи-
осн
ка напряжения и с датчика тока якоря (с обратным знаком) .
При таком способе выделения сигнала по ЗДС в цепи задания ЗДС
(сигнал t/gjj ) и в цепи обратной связи по напряжению (сигнал
и ) включаются фильтры Ф (ячейка Яф). Защита двигателя от пе-
регрузок, явдяющаяся также ограничением момента насоса, осущест-
вляется путем ограничения выхода регулятора Р З. Выбор уставки
(р и с.8)’ ограничения момента электропривода осуществляется опера­
тором с пульта управпения. Устойчивость системы регулировашя от
помех обеспечивается питанием от отдельного источника и гальваниче­
ской развязкой общей точки.
%5
/- '2 ^3 ^0
0,5 f,0 1,25 7 /
'Чв
10
0,5
- 7 -2 -3 7
0,5 1,0 1,25 Мде*
Рис.8 . Характеристики внешняя (а) и механическая (б) электропри­
вода бурового насоса
1 ...4 - уставки стопорного момента соответственно 0 ,5 ; 0 ,7 5 ; 1,0;
1 ,2 5 от номинального
22

24. 1 .4 .2 , Э л е к т р о п р и в о д р о т о р н о г о с т о л а
Требования к системе регулирования роторного стола аналогичны
требованиям к системе регупировашя бурового насоса, но имеются
некоторые отличия.
Особенностью электропривода роторного стола является необходи­
мость мягкой характеристики в зоне ограничения момента с целью
улучшения динамических характеристик. Функциональная схема системы
электропривода роторного стола (рис.9) в отличие от схемы бурово­
го насоса имеет узел ограшчения мощности УО, обеолечивающий мяг­
кую "экскаваторную" характеристику в зоне ограничения.
Система регулирования обеспечивает автоматическое поддержание
заданной скорости привода в диапазоне от нудя до максимальной при
помощи регулятора РЭ. Поток возбуждения при этом остается посто­
янным. Узел регулятора ограничения УО тока ротора содержит уст­
ройство, воздействующее на уровень задания регулятора тока,
В случае, если выбранный электродвигатель при номинальной ча­
стоте вращения не обеспечивает необходимую частоту вращения ро­
торного стола, применяют ступенчатое ослабление поля двигателя. При
этом с помощью контактора вводится сопротивление в обмотку возбуж­
дения. Управление контактором производится с пульта управления.
При этом электропривод ротора должен обеспечивать заданную мощ­
ность в диапазоне от номинальной до максимальной частоты вращения.
Применяется упрощенная схема регулирования, обеспечивающая линей­
ную зависимость напрялсения от тока и скорости от момента. Характе­
ристики на рабочем участке достаточно близки к кривой Р = const.
Для получения требуемой внешней характеристики привода исполь­
зуется схема с автоматическим регулированием уровня токоог-
раничения в зависимости от напряжения якоря. 1'рафики, иллюстрирую­
щие работу УО, показаны на рис. 1 0 ,а. При уменьшенном токе возбуж­
дения внешняя характеристика не изменяется, а механическая характе­
ристика, сохраняя форму, изменяется таким образом, что скорости
увеличиваются, а моменты уменьшаются.
23

25. " я
t: S
3 o.
O' I
' H
6 «
№
a. §
0 i
§ Ia g.
§ §
° ^
g g
l |
I I
1 ■
в
S ®
О «
h 3
ё
8X
CQ
bО
g
0) h Йp.
g 4 о
о д" a с
o.>=t 3га
Q)
a
§ b.
w a ls о
>5g §
11^h I n -i-
XX
3^ Оч
b h
a g
Ф X
Оч
I I
s e
Г0
Ч® ' g
о Д O'
s Д S
a<и 3

26. Р ис.10. Характеристики входа (а) и выхода (б) узла ограничения
и - сигнал смещения;
см
ния якоря электродвигателя
Gyjjp ~ сигнал управления; и - напряже-
Я
2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВЫБОРА
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НОВЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
2 .1 . Основные факторы формирования экономической
эффективности новых буровых установок средствами
электропривода
Применение тиристорных электроприводов переменного и постоянно­
го тока на буровых установках обусловлено высокой экономической
эффективностью принимаемых технических решений. Эта эффективность
обусловлена как некоторыми общеизвестными положениями (например,
преимуществами системы ТП-Д по сравнению с системой Г-Д), так
и специфическими особенностями использования силовых тиристорных
преобразователей на буровых установках, причем для установок разных
классов и в различных условиях эксплуатации влияние отдельных фак­
торов формирования экономического эффекта на суммарные показатели
совершенно различно.
Накопленный опыт анализа экономической эффективности перспектив­
ных систем электропривода для различных буровых установок позво­
ляет указать следующие основные факторы, обусловливающие получение
экономического эффекта:
увеличение производительности основных технологических процессов
(бурение, спуско-подъемные операции) за счет увеличенного диапазона
регулирования привода и улучшенной управляемости;
сокращение массы буровой установки благодаря улучшенной компо­
новке и уменьшению числа механических трансмиссий;
25

27. сокращеше эксплуатационных затрат, в том числе за счет повыше­
ния надожности и долговечности работы системы электропривода (пу­
тем замены контактной аппаратуры бесконтактной) и механического
оборудования в целом (за счет улучшенной динамики привода);
сокращение времени монтажно-демонтажных работ при частых транс­
портировках на новые точки бурешя (за счет улучшенной компоновки,
снижения массы транспортируемых узлов, применешя быстросъемных
сЬединешй);
сокращеше энергетических затрат благодаря повышению производи­
тельности буровых работ и КПД прообразовашя энергии.
Для’буровых установок, эксплуатируемых в неэлоктрифицированных
районах, решающим эксплуатационным показателем, обусловливающим
внедреше дизель-электрического привода по системе "тиристорный
преобразователь - двигатель постоянного тока", являются энергетиче­
ские затраты. Злектромашинная передача от первичного двигателя
(дизель) к исполштельному мехашзму имеет более высокий КПД,
а сам дизель, работая с оптимальной частотой вращешя, потребляет
меньше топлива, чем при дизель-гидравлической передаче; система об­
щих шин позволяет оперативно регулировать распределеше нагрузки
и подключенную мощность дизель-генераторов.
Отмеченные факторы существенны для большинства буровых устано­
вок как в о*гечественной, так и в зарубежной практике [2 7 ], Наряду
с ними в специфических случаях выявляются и другие преимущества:
например, на установках БУ1 5 0 0 0 при замене машинных преобразова­
телей тиристорными сокращены затраты на фундаменты, в помещеши
энергетического блока отпала необходимость установки кран-балок для
смены электрических машин. На иных буровых установках применение
электротормоза ТЭП-45У1 позволило исключить из комплекта регуля­
тор подачи долота активного типа. Дополнительные возможности повы­
шения производительности буровых работ связаны с внедрешем систем
автоматизащш электроприводов.
Обычно экономическая эффективность новой разработки не может
быть достаточно точно оценена на стадии техшческого проектировашя:
такую оценку производят ориентировочно, только по некоторым (основ- •
ным) показателям. В ряде случаев оценка эффективности может быть
произведена только по результатам опытно-промышленной эксплуата­
ции. Поэтому выполняемые на стадии проектировашя предварительные
расчеты экономической эффективности носят условный характер и, как
правило, не позволязот получить точную оценку. Однако проведеше та­
ких расчетов целесообразно, так как они помогают сформулировать ка­
чественные преимущества нового техшческого решешя; обоснованно
и полно составить программу промышленных испыташй опытного образ­
ца, выявить пути совершенствовашя и доводки опытного образца.
факторы, определяющие техшко-экономические преимущества новой
буровой установки с электрическим приводом, можно разделить на две
основные группы:
1) факторы, которые будучи обусловлены применяемой системой
26

28. электропривода, существенно влияют на конструкцию буровой установки
в целом (повышенная монтажная способность и транспортабельность,
возможность и удобство кустового бурения, свободное размещение
оборудования на буровой, возможность снижения коэффициентов запаса
и пр.) и поэтому участвуют в формировании суммарного экономического
эффекта от создашя новой установки. При необходимости доля системы
электропривода в таком суммарном эффекте выделяется путем эксперт­
ной оценки;
2 ) факторы, полностью зависящие от примененной системы электро
привода, причем реализация предложенных технических решений мало
связана с конструкцией, массо-габаритными и другими показателями
установки.
В обзоре во внимание принимаются, в основном, факторы второй
группы, позволяющие отнести полученный экономический эффект пол­
ностью за счет системы электропривода и автоматизации буровой уста­
новки.
2 .2 . Повышение производительности буровых механизмов
Производительность' буровых работ на новых установках увеличивает­
ся за счет роста механической скорости, проходки на долото, сокраще­
ния времени спуско-подъемных операций, вспомогательных работ, испы­
таний, потерь времени на ликвидацию аварий. На цикловую скорость бу­
рения влияет также время монтажа, демонтажа и транспортировки.
Одним из способов максимального использования всех технических
и технологических возможностей повышения эффективности глубокого
бурения, в первую очередь наиболее распространенного турбинного бу­
рения, является внедрение .регулируемого электропривода буровых на­
сосов. Анализу технических и экономических преимуществ регулируемо­
го электропривода буровых насосов на основе оценки влияния регулиро­
вания производите71ьности насосов на показатели бурения, а также
и других преимуществ регулируемого электропривода буровых насосов,
посвящен ряд исследований, в которых отмечены следующие особенно­
сти регулируемого привода:
наилучшее использование установленной мощности насосов и работа
на оптимальных режимах, обусловливающих сокращение времени меха­
нического бурешя;
в турбинном бурении - увеличение скорости вращения долота и сред­
ней мощности, подводимой к долоту;
возможность пуска насоса под нагрузкой, что сокращет износ за­
движек и облегчает работу буровой бригады;
облегчение восстановления циркуляции, сокращение затрат времени
на промывку скважины до и после бурения;
сокращение времени спуско-подъемных, а также ряда вспомогатель­
ных и подготовительно-заключительных операций благодаря уменьшению
числа рейсов в связи с увеличением средней проходки на долото;
повышенная возможность ликвидации аварий, связанных с прихвата­
ми и некоторыми другими аварийными ситуациями;
уменьшение опасности гидроразрыва пласта.
27

29. Пере число иные преимущества характерны как для асинхронного элек­
тропривода буровых насосов по схеме вентильного каскада, так и для
электропривода постоянного тока по системе ТП-Д. Однако в полной
мере они реализуются только при глубоко регулируемом приводе (си­
стема ТП-Д); для привода по схеме вентильного каскада диапазон ре­
гулирования числа двойных ходов насоса ограничивают величиной 50%
вниз от номинальных, что обеспечивает основной технологический про­
цесс, но недостаточно при заканчивании скважин^вспомогательных опе­
рациях и аварийных работах.
Количественная оценка экономии производительного времени (или
стоимости) бурения, связанной с применением регулируемого электро­
привода бурового насоса, зависит от глубины и конструкции скважины
и бурильного инструмента, типа долота и забойного двигателя, типа
и мощности подъемной системы и т.д. Поэтому экономия, обеспечива­
емая применением регулируемого привода,будет различной для каждой
скважины, и при технико-экономическом обосновании следует ориенти­
роваться на некоторые усредненные данные применительно к конкрет­
ному типу буровой установки (количество и тип насосов, характери­
стика подъемной системы, средняя глубина бурения) и конкретному
району бурения (типовая конструкция скважины, условный график про­
ходки, зависимость механической скорости бурения от глубины сква­
жины). '
Рекомендуемый порядок определения экономии времени на проходку
интервала скважины при применении регулируемого электропривода бу­
ровых насосов изложен в [ 2 8 ],
При исследовании привода бурового насоса по системе асинхронно­
го вентильного каскада в Долинском управлении буровых работ объеди­
нения "Укрнефть" [28] несмотря на повышенную осторожность, прояв­
ляемую в глубоком бурении с целью предотвращения аварийных ситу­
аций, применение регулируемого привода обеспечило увеличение проход­
ки на долото на 12%; время восстановления циркуляции сократилось
в 2 ,5 раза, а количество пусков привода при восстановлении циркуля­
ции - в 2 ,2 раза. Внедрение регулируемого электропривода роторного
стопа обеспечивает при роторном бурении повышение механической
и рейсовой скорости бурения.
Многообразие факторов, связанных с процессом взаимодействия до­
лота с породой, в том числе изменение свойств породы, которое во­
обще незакономерно, сложность и взаимозависимость этих факторов
исключают возможность получения точной математической модели бу­
рения, пригодной для инженерных расчетов. Однако учет особенностей
технической вооруженности современной буровой установки и сопоста­
вительный характер исследования позволяют ввести ряд принципиальных
упрощений, приближающих расчеты к общему решению.
Серия расчетов, проведенных для различных конкретных условий
бурения, показала, что бесступенчатое регулирование скорости враще­
ния роторного стола является важнейшим средством увеличения произ­
водительности глубокого рЦ'
ние механической скорости
28
торного бурения, обеспечивающим увеличе-
бурения до 30% и рейсовой скорости - до

30. 20%. Дополнительное увеличение механической и рейсовой скорости
обеспечивается за счет возможности вести бурение в любом интерва­
ле с максимально допустимой скоростью и в отдельных случаях до­
стигает 20-30% .
Увеличение производительности роторного бурения при регулируемом
приводе должно обеспечиваться как за счет изменения, от допблешя
к долблению в функции глубины скважины, начальной скорости вращения
долота, так и за счет увепичешя, в функции износа долота, времеш
долбления или мощности на забое, скорости вращения долота в тече­
ние одного долбления.
Высокая эффективность индивидуального регулируемого электропри­
вода роторного стопа обусловливает техническую и экономическую це­
лесообразность применения такого привода на современных буровых
установках для глубокого бурения всех классов. Применение электри­
ческого регулятора подачи долота позволяет за счет поддержания по­
стоянной (заданной) величины нагрузки на допото в режиме бурения
увеличить стойкость долота на 6% и механическую скорость бурения -
на 10% [2 9 ].
Таким образом, внедрение регулируемых электроприводов основных
технологических механизмов позволяет в результате правильного вы­
бора и поддержания в процессе каждого долбления рациональных осе—
вых нагрузок, числа оборотов долота и параметров промывки увели­
чить рейсовые скорости проводки глубоких скважин на 20-40% . Даль­
нейшие возможности повышения производительности связаны с внедре­
нием систем автоматизации, обеспечивающих оперативную оценку па­
раметров режима и изменение их в ходе долбления, а также исключение
влияния психофизиологических данных, условий труда и квалификации
персонала."
Основная экономия времени спуско-подъемных операций обусловлена
сокращением расхода долот при проводке скважины: при этом про­
порционально снижаются затраты времени как на машинные, так и на
вспомогательные операции по спуску и подъему инструмента. Экономия
формируется также за счет возможности при регулируемом приводе
выбирать оптимальную форму диаграммы скорости крюка для каждого
цикла подъема или спуска свечи. В полной мере это преимущество ре­
ализуется при автоматическом управлении машинными операциями.
Возможность оперативно регулировать в широких пределах в соот­
ветствии с технологическими требованиями скорость спуска инструмен­
та появляется при электроторможении буровой лебедки приводным элек­
тродвигателем (в режиме рекуперативного или динамического тормо­
жения) или электродинамическим тормозом порошкового или индукци­
онного типа. Повышение надежности тормозного устройства позволяет
увеличить и средние скорости спуска инструмента.
Экономия машинного времени при электроторможении существенно
зависит от конкретных условий. В некоторых случаях технологические
ограничения вообще не позволяют увеличить скорости спуска; в других
достигается сокращение машинного времени в 1 ,5 -2 ,0 раза. В сред­
нем сокращение машинного времени цикла при применении электротор-
29

31. моза принято оценивать в 10 с/цикп [зо] . Интенсификация темпов
выполнения машинных операций оказывает определенное влияние и на
продолжительность ручных и машинно-ручных операций; эта экономия
времени в расчетах обычно не учитывается.
Результаты испытания порошкового тормоза Т ЗП -45У 1 показали,
что за счет рациональной диаграммы спуска достигается увеличение
средней скорости спуска на 10%.
Продолжительность вспомогательных работ за цикл бурения обычно
пропорциональна числу рейсов; поэтому косвенным эффектом сокраще­
ния расхода долот на скважину является сокращение затрат времени
на вспомогательные и подготовительно-заключительные операции.
Сокращение количества аварий и осложнений на скважине связано
с техническим совершенствованием бурового оборудования, в первую
очередь, с широким диапазоном регулирования частоты вращения ис­
полнительных механизмов, при котором устраняются такие характерные
недостатки, как недопустимо высокая скорость ротора, невозможность
обеспечения малых расходов промывочной жидкости, высокие скорости
спуска инструмента и т.п. Анализ поинтервальной трудоемкости буре­
ния показывает, что затраты времени на ликвидацию аварий и ослож­
нений резко возрастают с увеличением глубины скважины.
Для расчетов принимают среднестатистические оценки возможного
сокращения'времени аварий и осложнений (например, для установок
4 -го класса при внедрении регулируемого электропривода - 10%).
На время монтажа, демонтажа и транспортировки влияет масса
и компоновка оборудования. Злектромашинная передача исключает не­
обходимость в центровке валов, расположенных на различных транс­
портных блоках. По данным [27] , на монтаж буровой установки с элек­
троприводом затрачивают на 1 -2 дня меньше времени. Чем на монтаж
дизельной установки.
2 .3 . Сокращение эксплуатационных затрат
Возможности сокращения затрат на эксплуатацию буровой установ­
ки многообразны и зависят от конкретных особенностей и назначения
установки, а также от специфики создаваемого электрооборудования.
Рассмотрим наиболее характерные ситуации.
Надежность системы электропривода. Перспективные системы
электропривода характеризуются заменой релейно-контакторной аппара­
туры бесконтактной, а машинных преобразовательных агрегатов - ста­
тическими, использованием аппаратуры с улучшенными эксплуатацион­
ными характеристиками, созданием специальных климатических испол­
нений электрооборудования, внедрением системы заводских испытаний
и наладки. В отдельных случаях повышение надежности предусматрива­
ется схемными решениями. В результате достигается существенное
увеличение наработки на отказ.
Стоимость убытков от отказа системы электропривода буровой
установки исчисляется по формуле
30