Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

необходимой величины, которая зависит от длины токоподвода к двигателю электробура (рис. 7.6). У применяемых для этой цели трансформаторов имеются отводы на первичной и вторич­ ной обмотках; необходимое напряжение устанавливают при помощи переключателей, смонтированных внутри трансформа­ тора.

Вторичную обмотку трансформатора СТ присоединяют ка­ белем к пинцетам разъединителя Р камеры станции управле­ ния. В этой камере кроме разъединителя смонтированы транс­ форматоры напряжения ТН1 и ТН2 и тока ТТ1—ТТ5, питаю­ щие цепи защиты, измерения и автоматики, контактор Л, при помощи которого подается напряжение к щеткам кольцевого токоприемника, и предохранители П 1—ПЗ.

Одну фазу цепи питания заземляют путем замыкания на корпус нижнего кольца в токоприемнике; в нижней части ко­ лонны бурильных труб присоединяют одну из фаз обмотки дви­ гателя через погружной разъединитель КП. Этот разъедини­ тель предназначен для отключения заземленной фазы обмотки двигателя электробура от колонны бурильных труб и для из­ мерения сопротивления изоляции двух других фаз во время спуска электробура на забой скважины.

Включающим аппаратом разъединителя КП является мас­ лонаполненный электромагнитный контактор на ток 175 А, с электромагнитами которого связаны два открытых парал­ лельно соединенных контакта. При включении электробура ток двух фаз протекает через катушки электромагнитов контактора и последний замыкает на колонну бурильных труб одну фазу обмотки статора двигателя. Отключение электробура вызывает автоматическое отсоединение обмотки двигателя от колонны бурильных труб.

Чтобы разъединитель КП включался при отсутствии тока в заземленной фазе, т. е. контакты разъединителя КП не вклю­ чали пусковой ток двигателя, последовательно с контактом кон­ тактора Л в заземленной фазе включены контакты кон­ тактора К. Этими контактами замыкается цепь тока заземлен­ ной фазы, поскольку контактор К включается с некоторой выдержкой времени после включения контактора Л.

Включению двигателя электробура предшествует включе­ ние разъединителя и масляного выключателя в ячейке комп­ лектного устройства высокого напряжения, разъединителя Р и автоматического выключателя А (см. рис. 7.6). Эти операции приводят к тому, что на силовые цепи и цепи управления по­ дается напряжение, а также замыкаются контакты КСА-М и КСА-Р в цепи катушки контактора Л. ,

В результате подачи напряжения на цепи управления в ка­ тушках реле РП2, РВ1 и РВЗ, питаемых постоянным током от выпрямителя ВС, будет протекать ток. Якори этих реле притя­ нутся, и реле мгновенно закроют свои замыкающие контакты

251

В схеме предусмотрена сигнализация положения контак­ тора Л и причин его отключения. При отключенном контак­ торе Л горит зеленая лампа ЛЗ, при включенном — красная лампа ЛК. Если контактор отключил реле РМ1, РМ2, РМП или РМЗ, загорается желтая лампа ЛЖ. Срабатывание этих реле вызывает также включение соответствующих сигнальных реле PCI, РС2 или РСЗ, поэтому обслуживающий персонал может узнать, какой защитой отключен электробур. Белая лампа ЛБ служит для освещения станции управления электробуром.

Токи всех трех фаз двигателя электробура измеряются ам­ перметрами Al, А2 и АЗ, а напряжение — вольтметром В. Воз­ можно также включение ваттметра для измерения мощности, потребляемой электробуром (ваттметр в схеме не показан). Для определения времени работы двигателя электробура слу­ жит счетчик (в схеме не показан). Трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 питают схему автоматического регулятора подачи долота АВТ1 или АВТ2, которые описаны в § 37.

В схеме предусмотрены блокировки, исключающие ошибоч­ ные действия персонала и его прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Так, при открывании двери ячейки высокого напряжения станции управления дверной выключатель ВД1 отключает мас­ ляный выключатель в комплектном распредустройстве. Выклю­ чатель ВД2 отключает контактор Л, если открыта дверь ка­ меры включения радъединителя Р. Предусмотрены механиче­ ские блокировки, исключающие включение разъединителя Р при включенном контакторе Л и открывание двери ячейки вы­ сокого напряжения при включенном разъединителе Р.

На кафедре электрооборудования и электрических машин МИНХ и ГП им. Губкина был разработан погружной бескон­ тактный отделитель, схема которого показана на рис. 7.7, а. Со­ гласно этой схеме, в фазу А обмотки двигателя включены не­ управляемый полупроводниковый диод НВ и тиристор УВ, со­ единенные по встречно-параллельной схеме. При подведении к токоподводу электробура переменного рабочего напряжения f/раб в течение одного полупериода открыт диод НВ, а в течение второго полупериода открыт тиристор УВ, так как на него по­ дается управляющий сигнал от устройства управления УУ Это устройство может получать питание от фазных проводов токо-

подвода может быть присоединен источник измерительного на­ пряжения £/Изм (см. рис. 7.7) постоянного тока. Измерительный ток будет определяться сопротивлением изоляции. Источником измерительного тока и прибором для измерения сопротивления изоляции является ламповый мегомметр, к которому при

253

помощи пробника во время спуско-подъемных операций присое­ диняют фазы токоподвода. При наличии бесконтактного отде­ лителя не нужны контактор К и реле времени РВЗ и РВ4, по­ казанные на рис. 7.6.

'изм

Рис. 7.7. Схема (а) и конструкция (б) бесконтактного отделителя

В корпусе 1 погружного бесконтактного отделителя (рис. 7.7, б) монтируется кон­ тейнер 4 с коммутирующим узлом 3. Жила кабеля, соединяющая фазу обмотки с бу­ рильной трубой, вводится в контейнер 4 посредством герметичного ввода 5. По­ лость контейнера не заполнена жидкостью для выравнивания давления, поскольку гер­ метичный ввод может противостоять дав­ лению, превышающему 50 МПа.

Для улучшения условий охлаждения вентилей коммутирующего узла 3 послед­ ние расположены в верхней части контей­ нера 4, которая наиболее интенсивно ох­ лаждается промывочной жидкостью, за­

качиваемой в скважину. Для упрощения монтажа вентилей по­ следние укреплены в переходной детали 2 из материала, обла­ дающего высокой теплопроводностью. Длина отделителя в кор­ пусе составляет 2190 мм, наружный диаметр 170 мм, номиналь­ ный ток 200 А.

При бурении глубоких скважин электробуром, когда время, затрачиваемое на спуско-подъемные операции, велико, целесо­

254

образно стремиться к увеличению проходки на долото даже ценой некоторого снижения механической скорости бурения. Экспериментами установлено, что понижение частоты враще­ ния долота (вала двигателя электробура) с 680 до 375 об/мин при глубине бурения 4 000 м дало повышение рейсовой скоро­ сти на 40—50%- Частоту вращения долота можно уменьшить, понижая частоту питающего тока, для чего на поверхности земли устанавливается преобразователь частоты.

от которого через станцию управления и токоподвод Т пита­ ется двигатель электробура ЭБ.

Системой генератор — двигатель обеспечиваются необходи­ мые пределы регулирования частоты вращения синхронного ге­ нератора СГ, частота тока которого устанавливается вручную регулятором РЧ цепей возбуждения двигателя Д и генератора Г системы генератор — двигатель.

Система автоматического регулирования предусматривает режим автоматического поддержания напряжения на зажимах двигателя электробура ЭБ. Необходимое напряжение задается задатчиком напряжения ЗН. Сигнал обратной связи снимается с выхода датчика обратной связи ДОС, который измеряет на­ пряжение на зажимах двигателя электробура ЭБ. Датчик об­ ратной связи ДОС' работает по наземным параметрам, вводи­ мым с трансформаторе тока ТТ и напряжения ТН. Сравнение сигналов ЗН и ДОС происходит на входе предварительного

255

полупроводникового усилителя ППУ. Выходной магнитный уси­ литель МУ питает обмотку возбуждения возбудителя синхрон­ ного генератора ВСГ (29 кВт, 84 В, 1460 об/мин).

Для регулирования частоты вращения электробуров можно применять тиристорные преобразователи частоты.

С целью повышения технико-экономических показателей электробурения предусматривается создание электробуров, пи­ таемых по схеме один провод — труба с одножильным кабелем и одноконтактными соединениями, простейших по конструкции электровибробуров, а также электробуров на шлангокабеле.

Ч Ъ л 37. Автоматические регуляторы подачи долота

Под подачей долота понимают последовательное опускание верхней точки бурильной колонны в процессе разрушения по­ роды. В установившемся режиме бурения скорость подачи до­ лота должна быть равна скорости разбуривания породы. Если скорость подачи долота будет превосходить скорость разбури­ вания породы, то нагрузка на забой будет расти, что может повлечь за собой искривление ствола скважины или поломку бурильных труб. Если скорость подачи долота будет ниже ско-

iрости разбуривания, нагрузка на забой будет уменьшаться, что приведет к уменьшению скорости бурения.

ские регуляторы называются пассивными) или не только опу­ скать, но и приподнимать колонну (такие регуляторы называ­ ются активными). Применение наземных автоматических регу­ ляторов подачи долота по сравнению с ручной подачей обеспе­ чивает увеличение механической скорости бурения и проходки на долото на 5—15%, что полностью окупает затраты на их из­ готовление и обслуживание.

256

Автоматический регулятор РПДЭ-3 (рис. 7.9) предназначен для поддержания режимов бурения скважин турбобуром и ро­ тором. Этот регулятор входит в комплект всех серийных буро­ вых, а также вновь разрабатываемых установок. Регулятор РПДЭ-3 обеспечивает режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке) — основной режим; режим поддержания заданного значения скорости по­ дачи или подъема инструмента — вспомогательный режим.

Рис. 7.9. Упрощенная электрическая схема регулятора РПДЭ-3

Регулятор состоит из следующих основных частей: рессорного датчика веса ДВР-26, устанавливаемого на не­

подвижном конце талевого каната и служащего для измерения веса на крюке; датчик состоит из рессор и сельсина СД;

узла уставки веса и скорости, состоящего из сельсина-при­ емника СП уставки веса и задающего сельсина СЗ уставки скорости; оба сельсина связаны через зубчатую передачу с об­ щей рукояткой управления, расположенной вместе с универ­ сальным переключателем УП на пульте управления регуля­ тором;

станции управления с реверсивным магнитным усилителем СМУ, состоящим из двух магнитных усилителей МУ1 и МУ2, для усиления сигнала (усилитель питает обмотки возбуждения генератора ОВГП) и с предварительным полупроводниковым фазочувствительным усилителем ППУ-1, служащим для усиле­ ния управляющего сигнала;

двигатель-генератора (двухмашинного агрегата), состоя­ щего из приводного асинхронного двигателя АДГ и генератора постоянного тока ГП, который управляет двигателем ДП\

гателя электробура, причем бурильщик может устанавливать два заданных значения уставки — осевой нагрузки на долото и тока электробура. Однако при этом всегда будет поддержи­ ваться близким к заданному только один из параметров: в ма­ лоэнергоемких породах — нагрузка на долото, а в более энер­ гоемких — ток двигателя электробура. Второй параметр будет

Р П Д Э -З

Рис. 7.10. Схема автоматического регулятора подачи долота АВТ2

в этом случае всегда меньше заданного. Регулятор АВТ1 также может работать в режиме поддержания постоянной скорости подачи или подъема инструмента.

Параметры отдельных частей схемы подобраны так, что в установившемся режиме отклонение силы тока электробура не превышает ±5% номинальной, а отклонение усилия, дей­ ствующего на забой, — не более 20 кН. Основные узлы регу­

260

лятора АВТ1 (датчик веса, силовой узел, двигатель — генера­ тор) такие же, как и в автоматическом регуляторе РПДЭ-3.

При бурении малоэнергоемких пород целесообразнее исполь­ зовать в качестве параметра регулирования активную состав­ ляющую тока двигателя электробура. Поэтому в регуляторе АВТ2 имеется узел, вводящий в схему сигнал, пропорциональ­ ный активной составляющей тока двигателя электробура. Принципиальная схема регулятора АВТ2 показана на рис. 7.10. В датчике 3 по току и’напряжению, снимаемым с трансформа­

тробура. Сигнал U\ сравнивается с сигналом U2 задатчика 4. Разностный сигнал через ограничитель 5 поступает в модуля­ тор 6 и далее на сумматор 7 и вход ППУ-1 регулятора РПДЭ-3. В датчике 8 вырабатывается сигнал, отражающий изменение осевой нагрузки на долото. Этот сигнал сравнивается с сигна­ лом задатчика 9. Разностный сигнал поступает на фазочувстви­

датчика осевой нагрузки не поступает на сумматор, и подача долота осуществляется в функции активной составляющей тока статора.

Если процесс бурения характеризуется небольшим удельным моментом, то значение активной составляющей невелико — и регулятор повысит осевую нагрузку на долото. При повышении активной составляющей тока до уровня его ограничения на­ пряжение на выходе ограничителя 5 и, следовательно, напря­ жение Ua будет поддерживаться постоянным со знаком, соот­ ветствующим подаче долота. Если осевая нагрузка достигнет установленного значения, на выходе фазочувствительного уси­ лителя 10 появится сигнал Up, препятствующий дальнейшему повышению осевой нагрузки.

При переходе на бурение с большими значениями удельного момента регулятор вновь начнет поддерживать заданное значе­ ние активной составляющей тока статора, а контур осевой на­ грузки автоматически отключится.

В буровых установках, оборудованных электромагнитными порошковыми тормозами (ТЭП), последние используются во время бурения в качестве пассивных регуляторов подачи до­ лота. Тормозной момент, развиваемый ТЭП, постоянен и не за­ висит от частоты вращения вала, причем значение тормозного момента почти однозначно определяется током возбуждения тормоза и на рабочем участке характеристики связано с ним линейной зависимостью.

261

!винчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повто-

Lжительностью включения 25—40%.

"При уменьшающемся моменте статического сопротивления на валу двигателя некоторой мощности Р может быть достиг-

262