1369
.pdfдля эксплуатационного и разведочного бурения глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважин;
для передвижных и полупередвижных наземных установок (глубина бурения 2000—3500 м);
для всех видов бурения во внешних и внутренних водоемах (морские и озерные баржи, плавучие основания, платформы и пр.);
для бурения на пересеченной местности и в густонаселенных районах.
AS
привода переменно-постоянного тока
101
На американских буровых установках с глубиной бурения 4000 м и более доля электропривода к концу 1975 г. превысила 40 %, а в бурении на море — 82 %. Большая часть таких уста новок имеет дизель-электрический привод постоянного тока. Электродвигатели постоянного тока привода основных механиз мов питаются обычно от генераторов постоянного тока. В» многих режимах работы буровой установки действуют одновре менно несколько главных механизмов, поэтому необходимо на личие нескольких генераторов (обычно четыре — шесть) и сило вой коммутационной аппаратуры.
На отечественных буровых установках применение регули руемого электропривода (дизель-электрического) основных ме ханизмов до настоящего времени было весьма ограниченным. В 1960—1963 гг. были построены и прошли испытания экспери ментальные дизель-электрические установки «Уралмаш-11ДЭ». С 1965 г. используют дизель-электрические установки «Урал- маш-ЗООДЭ». В этих установках электропривод всех основных механизмов выполнен по системе генератор — двигатель по стоянного тока.
Энергетический блок установки «Уралмаш-ЗООДЭ» -содер жит три дизель-электрических агрегата постоянного тока, со стоящих из дизеля 5Д-100, главного генератора 1350 кВт и вспомогательного генератора 300 кВт. Главный генератор пред назначен для питания трех приводных двигателей буровых на сосов по 950 кВт или двух приводных двигателей буровой ле бедки по 1150 кВт. Вспомогательный генератор питает привод ной двигатель ротора 370 кВт во время роторного бурения или буровой лебедки во время вспомогательных операций. В энер гетическом блоке также установлены три дизель-электрических: агрегата переменного тока (два мощностью по 400 кВт и один мощностью 100 кВт) для питания электродвигателей вспомога тельных механизмов. При спуске бурильных или обсадных труб применено динамическое торможение приводных двигателей: буровой лебедки.
На плавучих буровых установках, буровых суднах и полупо-
гружных |
платформах применен дизель-электрический |
привод,. |
I (рис. 41). |
В этом приводе дизели Д1—Д5 вращают |
главные |
генераторы переменного тока Г1—Г5, работающие на общиесекционированные главные шины ГШ 6 кВ. Генераторы Г1—ЛГ имеют тиристорные возбудители ВГ1—ВГ5. Вспомогательные генераторы Гб и Г7, вращаемые дизелями Д6 и Д7, питают шины 0,4 кВ переменного тока, которые через трансформаторы связаны с шинами 6 кВ. Большое число выключателей обеспе чивает возможность присоединения любого из генераторов-, к любой системе шин.
Электродвигатели буровой лебедки ДЛ1 и ДЛ2, буровых и- цементировочных насосов ДН1—ДН4 и ДЦН1, ДЦН2 и ротора ДР получают питание от реверсивных и нереверсивных тири сторных преобразователей. Таким образом, привод основных:
1021
механизмов буровой установки осуществляется на постоянном токе. Двигатели гребных винтов ДВ1—ДВ4 и винтов динамиче ского позиционирования корабля ДВ5—ДВ9 — асинхронные с короткозамкнутым ротором. Пуск этих мощных асинхронных двигателей производят поочередно, присоединяя их к пусковым шинам ПШ, д которым на время пуска подключают один из главных генераторов. Такая схема пуска позволяет избежать влияния пусковых токов на работу остальной системы привода.
Наличие двигателей постоянного и переменного тока при мерно одинаковой установленной мощности, но работающих не одновременно, позволяет при такой системе привода умень шить установленную мощность генераторов переменного тока.
Управление главными электроприводами осуществляется в цепях управления тиристорных преобразователей; релейно контакторная аппаратура используется только для подготовки схемы к работе и обеспечения требуемых защит и блокировок.
10. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МОРСКИХ
БУРОВЫХ УСТАНОВОК
Скважины на море бурят с морских эстакад, с установок с самоподъемными опорами, с полупогружных платформ, с за топляемых оснований, а также с буровых судов, ведущих бурение на плаву. В случае бурения с морских эстакад при меняются серийные буровые установки с электроприводом. Электроснабжение таких установок осуществляется кабель ными линиями 35 и 6 кВ, проложенными по эстакадам, а комп лект электрооборудования такой же, как и для установок бу рения на суше.
При бурении с индивидуальных морских оснований приме няют буровые установки с автономным приводом (чаще всего дизельным). Электродвигатели привода вспомогательных меха низмов получают питание от дизель-генераторов напряжением 0,4 кВ, расположенных на основании.
Плавучие и полупогружные буровые установки (платформы, баржи, суда), как правило, снабжаются дизель-электрическим приводом переменно-постоянного тока. В зависимости от усло вий— глубины бурения и глубины моря — число силовых агре гатов, их мощность, число и мощность приводных электродви гателей основных и вспомогательных механизмов могут быть различными. Однако техническое решение, согласно которому для привода основных механизмов применяют двигатели по стоянного тока, а для привода вспомогательных механизмов — асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, является неизменным как в плавучих буровых установках типа «Бакы»
и |
«Шельф», так и в буровых установках зарубежных фирм. |
, |
Применение тиристорных преобразователей переменного |
тока в постоянный вместо коллекторных генераторов постоян ного тока повышает надежность привода. Следует учитывать
103
еще ряд преимуществ системы привода переменно-постоянного тока. Свобода в выборе числа и мощности первичных двигате лей позволяет унифицировать преобразовательные агрегаты для установок разного назначения и использовать первичные двигатели лучших моделей. Создается возможность полностью унифицировать конструкцию установок, предназначенных для питания от автономных электростанций и от электрических се тей при переводе буровых установок с одного вида электро снабжения на другой, что очень важно при освоении новых районов бурения.
Буровые установки с самоподъемными опорами — наиболее распространенный вид передвижных буровых установок для бу рения во внешних и внутренних водоемах. Для перемещения опор используются приводные узлы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями 18,5 кВт, 1740 об/мин фланцевого ис полнения. Двигатель рассчитан на работу при повышенной влажности с высоким содержанием солей в атмосфере. Для обогрева в двигатель встроены нагревательные элементы. Элек тродвигатель комплектуется электромагнитным дисковым тор мозом.
Управление электроприводами перемещения опор осущест вляется с центрального пульта. Группы приводов каждой опоры питаются от отдельного фидера.
Электромашинная передача переменно-постоянного тока с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока для привода основных механизмов впервые в отечествен ной практике применена на морской плавучей буровой уста новке самоподъемного типа ПБУ-6000/60. Источником питания буровой является дизель-электростанция с четырьмя синхрон ными генераторами мощностью по 1000 кВт каждый, работаю щими на общие сборные шины напряжением 380 В. Для повы шения качества напряжения на сборных шинах переменного тока к ним подключены конденсаторные батареи. (
Электродвигатели постоянного тока питаются от неревер сивных тиристорных преобразователей.) Путем переключений на главном распределительном щите к каждому тиристорному преобразователю можно подключать разные электродвигатели основных механизмов. Для обеспечения всех технологических режимов работы буровой установки предусмотрены четыре ти ристорных преобразователя, из которых при работе двух дви гателей лебедки используются два. Возможность оперативного переключения преобразователей на схему резервного питания обусловливает надежное электроснабжение привода буровой
лебедки.
Принятая система обеспечивает, кроме того, электроснабже ние всего электрооборудования переменного тока, присоединяе мого к единым сборным шинам переменного напряжения 380 В. Это позволяет выравнивать нагрузку дизелей при повторно кратковременном режиме работы буровой лебедки, включать
104
в работу необходимое число дизель-генераторов в зависимости от потребляемой мощности при подъеме бурильной колонны и тем самым обеспечивать самый оптимальный режим эксплуа тации дизелей. Все это выгодно отличает систему электрома шинкой передачи переменно-постоянного тока от системы гене ратор— двигатель постоянного тока.
В приводе подъемной лебедки установлены два электродви гателя постоянного тока мощностью по 630 кВт каждый. С уче том повторно-кратковременного режима работы лебедки при подъеме коэффициент перегрузки по току в установившемся
режиме принят равным |
1,4. |
Исходя |
из того что |
вес буриль |
ной колонны изменяется |
в |
широких |
пределах, |
предусмотрен |
одно- и двухдвигательный вариант его работы. Система уп равления электроприводом лебедки (рис. 42), построенная по принципу подчиненного регулирования на базе элементов УБСР, предусматривает двухзонное регулирование скорости электродвигателей.
Частота вращения электродвигателей регулируется измене нием напряжения раздельно в цепи якоря и цепи возбуждения. Напряжение на якоре при номинальном потоке возбуждения меняют с помощью двухконтурной системы подчиненного регу лирования с регуляторами тока РТ и напряжения PH для каждого двигателя. Система регулирования в цепи возбужде ния, общая для обоих двигателей, включает в себя контуры токов возбуждения и якоря с использованием регуляторов РТВ и РТЯ. Она поддерживает постоянный ток в якоре при номи нальном напряжении на двигателе, благодаря чему полнее ис пользуется мощность привода в режиме подъема бурильной колонны как при одновременном действии двух двигателей, так и при включении какого-либо одного из них. Специфика ра боты этой схемы заключается в том, что в процессе подъема бурильной колонны и с переходом от однодвигательного вари анта к двухдвигательному существенно изменяется электроме ханическая постоянная времени привода. Экспериментально ус тановлено, что в процессе подъема колонн различного веса электропривод обеспечивает работу буровой лебедки, причем однодвигательный и двухдвигательный варианты привода имеют удовлетворительные характеристики.
Изучение работы лебедки с двумя двигателями в режиме подъема позволило выявить некоторые особенности, связанные с работой узла выравнивания токов якорей двигателей. Си стема выравнивания основана на непрерывном измерении тока в якорях обоих двигателей и определении их разности на вы ходе датчика выравнивания ДВТ. При рассогласовании сигнал разности токов поступает на вход регулятора напряжения PH каждого двигателя, где алгебраически складывается с сигна лом задания скорости. Выравниваются токи на установившейся скорости при любых нагрузках, а в период разгона барабана лебедки регулятор напряжения находится под ограничением.
105
Поэтому сила тока в цепи якоря каждого двигателя определя ется уровнем ограничения только своего регулятора напря жения.
На самоходных плавучих буровых установках применяют судовые винты с поворотными и фиксированными лопастями. В первом случае регулирование винта обеспечивается измене нием угла наклона лопастей, для привода используются асин-
ГРЩ |
|
|
|
|
|
|
|
3~50Гц, 690В |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
\ |
|
7 |
|
7 7---- |
7 |
|
|
|
|||||
|
ДрА |
|
ДрА |
|
ДрА |
|
|
ДРА |
|
|
ДРА |
|
|
||||
|
О |
тп |
|
О |
|
А |
|
А |
|
|
|
О |
|
|
|
||
|
|
|
\ 7 ^ |
|
з 7 |
7/7 |
|
3 ^ 7 7 7 |
|
|
|
\ 7 11ТП |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Д р к |
Дрк, |
{ |
Дрк |
[ |
Дрк |
|
|
ДрК |
|
||||||
Г*- |
[800В |
В! |
Г |
|
32 [ |
|
33 |
\ |
|
|
ВЧ |
\ |
|
*£П |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
\КН1 |
\V/1/J/OYZJКЦ2JKH3 JМЦЗ J/f7> |
|
JК Ц К Ц 1 |
|
ЛMAZ |
||||||||||||
|
|
|
ПТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\КТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m пт \ \ { ШШ |
mm шнз) |
Щ |
(мр) |
|
Quh ш |
нт\\(мм |
||||||||||
Рис. |
42. |
Функциональная |
|
схема |
управления |
электроприводом |
буровой |
||||||||||
|
|
лебедки в режиме подъема колонны бурильных труб: |
|
||||||||||||||
311 — |
задатчик |
интенсивности: |
PH — регулятор |
напряжения; |
Я Г — регулятор тока: |
||||||||||||
РТВ — регулятор тока возбуждения; |
ЯГЯ — регулятор |
тока |
якоря; |
ДН — датчик на |
|||||||||||||
пряжения; |
ДГ — датчик тока |
якоря; ДТВ — датчик |
тока |
возбуждения; |
ДВТ — датчик |
||||||||||||
выравнивания токов; |
СФУ, СФУВ — системы |
фаэоимпульсного |
|
управления; |
ТП — сило |
||||||||||||
вой нереверсивный тиристорный |
преобразователь; |
|
TUB — нереверсивный |
тиристорный |
|||||||||||||
|
|
|
|
преобразователь возбуждения |
|
|
|
|
|
|
|
хронные двухскоростные двигатели 270/630 кВт, 585/1185 об/мин, 6 кВ, 60 Гц, а для привода стабилизационных винтов — двигатели 175/405 кВт, 580/1180 об/мин.
Привод винтов с фиксированными лопастями регулируется от электродвигателей постоянного тока, которые питаются от тиристорных преобразователей. Поскольку технологические ме ханизмы и судовые винты работают не одновременно, двига тели этих приводов могут питаться от тех же тиристорных пре образователей.
В силовых агрегатах зарубежных морских буровых устано вок применяются синхронные генераторы мощностью 1300— 3125 кВ-А с частотой вращения 900, 1200 или 1800 об/мин со
106
статической или бесщеточной системой возбуждения. Регуля торы возбуждения поддерживают напряжение генератора в пре делах ±0,5 % от номинального значения при раздельной ра боте и ±2,5 % при параллельной работе генератора.
Вопрос унификации электрообрудования главных технологи ческих механизмов — важнейшая задача на современном этапе создания МБУ. Основной предпосылкой для такой унификации является применение унифицированного технологического комп лекса для бурения скважин глубиной до 6500 м. Централь ное место в этой задаче занимает разработка унифицированной схемы силовых цепей главных технологических электроприводов (рис. 43).
Электроприводы главных механизмов каждой МБУ полу чают питание от единой электростанции с синхронными гене раторами и выполняются по системе тиристорный преобразова тель— двигатель постоянного тока (ТП—Д). Технологический комплекс включает 10 электродвигателей главных механизмов. Все электродвигатели разделены на пять групп, причем в каж дой группе может одновременно работать только один элек тродвигатель.
При разделении электродвигателей по группам учтены тех нологические требования по одновременности работы механиз мов. Тот или иной электродвигатель в группе может включаться дистанционно с помощью контакторов.
Каждая из пяти групп получает питание от одного или другого силового тиристорного преобразователя, переключение питания необходимо только в случае выхода из строя одного из 777 или одного из главных электродвигателей. Поэтому здесь могут быть использованы силовые переключатели с руч ным приводом. Цепи выхода ТП и переключателей В1—В5 со единены в кольцевую схему, таким образом каждый ТП явля ется условно основным источником питания для одной группы электродвигателей и резервным — для другой. Схема силовых цепей (см. рис. 43) обладает высокой степенью резервирования при минимальном числе силовых переключающих аппаратов и тиристорных преобразователей. При такой схеме переключений все шкафы переключений полностью унифицированы (каждый шкаф содержит два контактора и один переключатель). В даль нейшем предполагается вместо переключателей с ручным при водом применять специально разработанные переключатели с дистанционным управлением и моторным приводом; каждая пара контакторов также может быть заменена одним переклю чателем нового типа; общая структура схемы остается такой же, как и на рис. 43. В связи с достаточно малыми габари тами новых переключателей, появляется возможность встроить их в силовые тиристорные преобразователи, как на многих зарубежных МБУ. Кроме того, унификация электрооборудова ния главных технологических механизмов для всех типов МБУ позволит разработать унифицированную систему управления,
107
PH-1 |
P T - I |
c v y -l ТП - 1 |
M-l |
|
|
% |
\ |
|
|
|
t i t |
|
|
Ф и л ь т р |
ДН-1 |
|
|
- и |
U |
зи |
-/ |
|
Д В Т |
u< |
|
||
W |
- |
|
|
|
P H - Z |
Р Г - Z |
с ф у - ъ |
|
• V |
l t |
\ |
u. tl |
ДГ-t \\ |
- И - Л
тп-z h
1Д Т -г
~I7 MZ
-ъ-
OB-Ml
U B - M Z
\
\
\
\
\
\ -
Т П В |
С Ф У В |
к
'/
- ф — 1П“
ДТВ
1в
и
F T Я
I,ЛЗ
|
\ |
\ |
Фильтр ДН~£ |
\ |
|
---------- ИН & — |
|
\ |
|
4 |
|
|
|
|
Puc. 43. Принципиальная схема силовых цепей главных |
электроприводов морской буровой |
P T B
I,B3
установки:
ГРЩ — главный распределительный |
щит; ДрА — реакторы токоограннчпвающис; ТП — тиристорные преобразователи; ДрК — реакторы сгла |
||
живающие; В1—В5 — переключатели |
силовых цепей; КН1—КНЗ; КЛ1, КЛ2, КЦ1—КЦ4, КР. |
КТ — силовые контакторы; МН1—МНЗ — элек |
|
тродвигатели буровых насосов; МЛ1, |
МЛ2 — электродвигатели |
буровой лебедки; МЦ1—МЦ4 — электродвигатели цементировочных -насосов; |
|
М Р — электродвигатель ротора; RТ — резисторы динамического |
торможения электродвигателей |
буровой лебедки |
контроля и регулирования электроприводов, а это связано с унификацией комплекта шкафов и комплектных устройств управления. В свою очередь, такая унификация позволит раз работать унифицированные чертежи расположения электрообо рудования и прокладки кабелей в электротехнических помеще ниях и создать единый для всех МБУ электротехнический блок, что в условиях современной технологии блочно-модульного строительства МБУ имеет большое значение.
Унификация электрооборудования МБУ связана с примене нием повышенного напряжения (690 В) для электроэнергети ческих установок МБУ всех типов. В связи с этим в качестве источников питания будут установлены синхронные генераторы мощностью по 2000 кВт и напряжением 3x50 Гц, 690 В. При менение повышенного"'напряжения требует создания нового электрооборудования, новой эффективной технологии его изго товления, ремонта и технического обслуживания на МБУ Вме сте с тем разработка технологического электрооборудования, применяемого на МБУ, упростится в связи с его частичной симплификацией, т. е. часть электрооборудования не потребует ка ких-либо технических усовершенствований.
В морских буровых установках возможно образование взры воопасной зоны вокруг наружных установок в нормальных ус ловиях эксплуатации буровой установки при циркуляции в си стеме промывочной жидкости, содержащей до 10 % добавок нефти. Опасность возникновения взрывоопасных смесей с воз духом нефтяных паров существует также в закрытых помеще ниях буровых и цементировочных насосов и в помещениях для хранения бурового раствора.
По классификации взрывоопасных смесей пары нефти от носятся к категории Па и группе ТЗ, а помещения морских бу ровых установок могут быть отнесены:
к категории 1а — зоны расположения желобной системы, приемных емкостей и других открытых установок, ограничен ные расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где расположены емкости для бурового раствора;
к категории Па — район расположения устья скважины, оп ределяемый пространством, ограниченным цилиндром радиусом 15 м от оси скважины, высотой 3 м над полом буровой и до 9 м — под полом буровой; район расположения дегазаторов, пескоотделителей и других закрытых наружных установок, оп ределяемый пространством, ограниченным расстоянием до 3 м во всех направлениях от указанных установок; помещения, где располагаются буровые, цементировочные насосы (взрывоопас ным пространством является объем всего помещения).
В соответствии с изложенным, электрооборудование, уста новленное стационарно, должно быть следующего исполнения: взрывозащищенное с уровнем взрывозащиты не ниже взрывобез
109
опасного — в помещениях и открытых пространствах категории 1а; взрывозащищенное с любым уровнем взрывозащиты в по мещениях и открытых пространствах категории Па.
11. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Независимо от типа электропривода главных механизмов привод большей части вспомогательных механизмов осущест вляется асинхронными двигателями с короткозамкнутым рото ром напряжением 380 В с дистанционным управлением. Элек тропривод компрессора низкого давления после его пуска уп равляется автоматически в зависимости от давления сжатого воздуха. После увеличения давления до 0,8—0,9 МПа реле дав ления отключает электропривод, при снижении давления до 0,6—0,7 МПа вновь включает его.
В схемах управления предусмотрены различные блокировки, обеспечивающие требуемую последовательность включения вспомогательных и главных механизмов. Все двигатели вспо могательных механизмов имеют нулевую защиту, защиту от коротких замыканий, перегрузки и однофазного включения, осуществляемую расцепителями установочных автоматов и теп ловыми реле пускателей. Все аппараты сосредоточены на соот ветствующих станциях и пультах управления.
В установках с неавтономным приводом главных механиз мов питание электроприводов вспомогательных механизмов по дается от электрической сети через трансформатор 6000/400 В. От этого же трансформатора питаются цепи освещения. При перерывах в электроснабжении буровой установки вспомога тельные механизмы питаются от резервной дизель-генераторной электростанции. В установках с автономным приводом (ди зельных или дизель-электрических) независимо от рода тока электроприводов главных механизмов двигатели вспомогатель ных механизмов питаются от дизель-генераторной электростан ции переменного тока мощностью 100 кВт. Для автоматического регулирования напряжения этой электростанции применена схема регулятора с фазным компаундированием типа УБК0, подробное описание которой приведено в гл. 9.
Современные буровые установки оснащены комплексом ме ханизмов для автоматизации спуско-подъема АСП, позволяю щим совмещать развинчивание, свинчивание и перестановку свечей с перемещением порожнего элеватора. В качестве при вода тележки и стрелы механизмов АСП применены асинхрон ные двигатели с короткозамкнутым ротором МТК-Ш-6 (3,5 кВт, 380 В, 870 об/мин при ПВ = 25 %)•
Напряжение на цепи управления подается через автомати ческий выключатель А2 (рис. 44). Перемещением тележки или стрелы управляют постановкой соответствующего командоаппарата (ККТ или ККС) в нужное положение («вправо» и «влево», «назад» или «вперед»). Остановка полностью зависит
ПО