close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

- Ухтинский государственный технический университет

код для вставкиСкачать
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ухтинский государственный технический университет»
(УГТУ)
Кафедра электрификации и автоматизации технологических процессов
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
БУРОВОГО НАСОСА
Методические указания к лабораторной работе для магистров направления
140400.68«Электроэнергетика и электротехника»
Ухта, УГТУ, 2014
УДК 622.242.6.001.5(075.8)
ББК 32.96 я7
Ч-12
Чаадаев, К. Е.
Ч-12
Исследование режимов работы бурового насоса [Текст] : метод. указания / К. Е. Чаадаев. – Ухта : УГТУ, 2014. – 23 с.: ил.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы
по дисциплине «Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности» магистрами направления 140400.68 – Электроэнергетика и электротехника.
В методических указаниях приведены теоретические сведения о режимах работы бурового насоса, порядок выполнения работы и контрольные вопросы.
Содержание указаний соответствует учебной программе.
УДК 622.242.6.001.5(075.8)
ББК 32.96 я7
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ЭАТП, пр. №01 от
31.01.2014, и рекомендованы к изданию Советом специальности 140400.68.
Рецензент: А. Э. Cтарцев, доцент кафедры ЭАТП УГТУ, к.т.н.
Редактор: С. В. Полетаев, старший преподаватель кафедры ЭАТП УГТУ.
Корректор и технический редактор: К. В. Коптяева.
В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.
План 2014 г., позиция 104.
Подписано в печать 31.03.2014. Компьютерный набор.
Объем 23 с. Тираж 100 экз. Заказ №283.
© Ухтинский государственный технический университет, 2014
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.
Типография УГТУ.
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.
1. Цель работы: изучение режимов работы бурового насоса.
2. Краткие теоретические сведения
2.1 Буровой насос создаёт циркуляцию промывочной жидкости, очищающей забой и при турбинном способе бурения передающей энергию турбине.
В бурении в основном применяются поршневые насосы, имеющие сменные цилиндровые втулки, позволяющие в определённых пределах изменять подачу насоса при постоянном числе ходов поршней в минуту.
2.2 Режим работы бурового насоса
2.2.1 Идеальная характеристика
При неизменных: глубине бурения, конструкции скважины и бурильной
колонны и качестве бурового раствора момент на приводном валу бурового насоса связан параболической зависимостью с частотой вращения этого вала. Постоянная параболы зависит от конструктивных данных насоса, диаметра применяемой втулки, параметров бурового инструмента и качества прокачиваемой
жидкости.
В начале бурения скважины давление, создаваемое насосом, невелико.
Однако по мере углубления скважины, вследствие увеличения гидравлического
сопротивления труб, увеличивается и давление, p , на выходе насоса, которое
ограничено прочностью деталей насоса. Поэтому, начиная с определённой глубины скважины, подачу насоса приходится ограничивать. Допустимый режим
работы насосной установки характеризуется постоянством развиваемой насосами мощности, равной номинальной:
p ⋅ Q = const .
График данной зависимости (рис. 1) ограничен: по оси p (отрезок ДС) –
величиной максимально допустимого давления; по оси Q (отрезок ВА) – максимальной подачей. Кривая АВСД является идеальной механической характеристикой насоса.
В реальных условиях существуют два режима работы бурового насоса: с
регулируемым и нерегулируемым приводом. В обоих случаях можно только
приблизиться к кривой АВСД.
2.2.2 Схемы включения электроприводов и их описание.
Нерегулируемый привод буровых установок.
3
В электрифицированных буровых установках для нерегулируемого привода буровых насосов применяются синхронные двигатели, рассчитанные для
эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой при температуре окружающего воздуха ± 40°С и относительной влажностью 90% при
20°С (исполнение У2). Исполнение двигателей – брызгозащищённое с влагостойкой изоляцией, горизонтальное, с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках со свободным концом под шкив для клиноременной передачи. На
верху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной
передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателей – 6 кВ, номинальная частота вращения – 750 об./мин.
Обмотка статора двигателя соединена в звезду, ротор с явно выраженными полюсами, пусковая обмотка в виде латунных стержней, расположенных в
башмаках полюсов. Двигатель снабжён грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время.
Так как условия пуска двигателя бурового насоса сравнительно лёгкие
(момент статического сопротивления на валу двигателя составляет примерно
20% номинального момента двигателя, время разгона – 3-4 с, мощность сетей,
как правило, достаточная), в схеме предусмотрен его прямой пуск с наглухо
подключённым возбудителем.
Для повышения устойчивости двигателя насоса при снижениях напряжения предусмотрено форсирование возбуждения двигателя. Контроль за напряжением осуществляется с помощью реле напряжения, которое срабатывает при
снижении напряжения до 0,85U н , и замыкает свой контакт в цепи катушки контактора форсирования магнитного поля. После восстановления напряжения сети до номинального значения форсирование возбуждения автоматически снимается.
Защита двигателя от перегрузок и асинхронного режима осуществляется с
помощью токовых реле.
Наличие в описанном приводе бурового насоса электромашинного возбудителя, имеющего щёточный контакт, а также колец и щёток для токоподвода к
обмотке возбуждения двигателя приводит к снижению надёжности привода.
Кроме того, двигатели СДЗ, СДЗБ и СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому были разработаны бесщёточные синхронные
двигатели типа СДБО-99/42-8 и СДБО- 99/49-8ХЛ2, предназначенные как для
привода бурового насоса, так и для привода буровой лебёдки.
В двигателе применена бесщёточная система возбуждения (рис. 1), которая состоит из синхронного возбудителя ВбС, вращающегося преобразователя
4
ПбВ и устройства бесконтактного измерения тока ротора. Система возбуждения обеспечивает генерацию энергии возбуждения, её бесконтактный подвод к
обмотке ротора и измерение. Устройство управления электродвигателя обеспечивает его пуск и остановку, защиту от перенапряжений при пуске и других переходных процессах. Управление возбудителем ВбС производится от сети собственных нужд буровой установки с помощью согласующего трансформатора,
Tp1 , и статического управляемого однофазного выпрямителя с нулевым выводом, ПбС.
Рисунок 1 – Функциональная схема управления бесщеточным двигателем
Для обеспечения необходимого пускового момента и защиты от перенапряжений вентилей ПбВ и ротора двигателя в схеме предусмотрено пускозащитное устройство ПЗУ. В качестве ПЗУ применён тиристор, подключённый
встречно-параллельно к одному из вентилей ПбВ. Открытие тиристора происходит под действием отрицательной полуволны ЭДС, наведённой в роторе полем статора двигателя с помощью стабилитронов, включённых в цепь управляющего электрода тиристора. Последовательно с тиристором включён разрядный резистор, обеспечивающий быстрое гашение поля ротора и закрытие пускового тиристора по окончании пуска. Так как момент подачи возбуждения
может оказать существенное влияние только на синхронизацию двигателей с
большим моментом сопротивления и значительной инерционной электромеха5
нической постоянной времени, в схеме применено полупроводниковое реле
времени пуска РВП, обеспечивающее подачу возбуждения в конце пуска или
после вхождения двигателя в синхронизм. В схеме предусмотрена защита от
коротких замыканий во вращающемся преобразователе ЗКЗ. Защита реагирует
на пульсации тока возбуждения возбудителя, которые в случае аварии во вращающемся преобразователе достигают значительной величины, при этом происходит срабатывание сигнализации и отключение двигателя. Управление возбуждением возбудителя, а следовательно, и двигателя осуществляется с помощью автоматического регулятора АРВ по заданному закону.
В основу работы регулятора положен принцип запоминания сигналов тока
и напряжения статора в каждый период напряжения сети. Таким образом, с динамической точки зрения регулятор обладает характеристикой импульсного
элемента с периодом квантования 0,02 с, что обеспечивает его высокое быстродействие и малые пульсации выходного сигнала.
В состав системы автоматического управления возбуждением двигателя
входят датчики тока и напряжения ДНТ, формирователь сигнала управления
ФСУ, импульсное устройство ИУ, сумматор сигналов управления ССУ, ограничитель тока ротора ОТР, источник питания ИП, электронагреватели, Эн1 − Эн 6 ,
пусковая аппаратура, ПА, автоматические выключатели, ВА1 − ВА 2 , контактор,
К, измерители тока возбуждения, Кн1 − Кн 3 .
Регулируемый привод буровых установок.
Для привода буровых насосов установок, рассчитанных на средние глубины бурения, используют систему электропривода с частичным регулированием скорости по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК), обеспечивающего экономичное регулирование скорости в основных рабочих режимах в
пределах от 100 до 50% номинальной, причём энергия скольжения возвращается в электрическую сеть. При этом под частично регулируемым понимают
электропривод, обеспечивающий плавный пуск и кратковременное или в ограниченном диапазоне экономичное регулирование скорости.
Асинхронный вентильный каскад (рис. 2) состоит из асинхронного двигателя, М, приводящего в движение буровой насос, БН; трёхфазного выпрямительного моста, UZ1, преобразующего энергию скольжения двигателя в
энергию постоянного тока; инвертора, UZ2, с помощью которого энергия постоянного тока преобразуется в энергию переменного тока, возвращаемую через трансформатор, ТV3, и разъединитель, QS2, в сеть. Регулирование скорости
двигателя осуществляется изменением противо-ЭДС инвертора, UZ2.
6
Двигатель подключается к сети при введении в цепь ротора пускового резистора, R п , с одновременным введением в цепь ротора максимального значения противо-ЭДС инвертора. При этом разгон двигателя до половины номинальной скорости осуществляется изменением противо-ЭДС инвертора, после
чего контактор, КМ, шунтирует пусковой резистор. Дальнейший разгон двигателя происходит по схеме вентильного каскада.
Скорость регулируется сельсинным командоаппаратом, СК, сигнал от которого поступает на задатчик интенсивности, ЗИ, формирующий темп нарастания скорости двигателя.
В системе управления электроприводом предусмотрены обратные связи
по скорости (тахогенератор, ВR) и току (трансформатор тока, ТА, датчик тока,
ДТ, блок нелинейной обратной связи по току, НОСТ), с помощью которых формируются требуемые механические характеристики.
Значение скорости двигателя, при которой производится шунтирование
пускового резистора, устанавливается задатчиком, U с1 , а тока отсечки – U с 2 .
Выходной сигнал блока сравнения сигналов ССС1 (ССС2) в первом случае воздействует на релейно-контакторную схему РКС, а во втором – на автоматический выключатель, QF1. Управление инвертором осуществляется блоками системы импульсно-фазового управления, СИФУ, и формирования импульсов, ФИ.
Рисунок 2 – Функциональная схема электропривода по системе АВК
7
Схема управления АВК имеет надёжную защиту от коротких замыканий с
помощью автоматических выключателей QF2, QF3, и от перенапряжений блоками БЗП1 и БЗП2.
Питание устройств системы управления АВК осуществляется от блока
питания БП. Схема (см. рис. 2 ) позволяет осуществить длительный плавный
пуск электропривода, отвечающий технологическим требованиям при восстановлении циркуляции промывочной жидкости и ликвидации аварий.
Электромеханические характеристики электропривода по системе АВК
приведены на рисунке 3.
Рисунок 3 – Электромеханические характеристики электропривода по системе АВК
(на базе электродвигателя АКСБ-15-54-6ХЛУ2)
Сплошной линией показаны регулировочные характеристики, пунктиром –
пусковые характеристики, β – угол отпирания тиристоров инвертора; I d – выпрямленный ток в цепи преобразователя.
Система управления электроприводом реализована в комплектном устройстве ЩДГ-6704, которое предназначено для пуска и регулирования скорости электродвигателей АКСБ мощностью 630, 800 и 1000 кВт. В комплектном
устройстве принят индивидуальный регулируемый электропривод каждого бурового насоса.
Вариант АВК реализован на буровых установках БУ-3200 ЭУК-2М.
В буровых установках для бурения скважин глубиной 6,5-10 км для электропривода буровых насосов типа У8-7 используются двигатели постоянного тока, управляемые по системе тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д)
(рис. 4).
8
Рисунок 4 – Функциональная схема электропривода по системе ТП-Д
Система управления электроприводом построена по принципу подчинённого управления и включает в себя контур регулирования ЭДС двигателя и
подчинённый ему контур регулирования тока. Регулятор ЭДС – пропорциональный (П-регулятор), тока – пропорционально-интегральный (ПИрегулятор). В системе управления электроприводом используется блок регуляторов БР и блок датчиков. Блок регуляторов включает в себя гальваническую
развязку, РГ, фазочувствительный выпрямитель, ФВ, задатчик интенсивности,
ЗИ, регулятор ЭДС, РЭ, и регулятор тока, РТ. Блок датчиков содержит датчик
тока, ДТ, и датчик напряжения, ДН. Управление электроприводом осуществляется с пульта управления насосом сельсинным командоаппаратом, СК. Воздействуя на систему управления тиристорным преобразователем, ТП, плавно регулируют скорость двигателя, М. В некоторых электроприводах буровых насосов
регулирование скорости осуществляется ослаблением магнитного потока двигателя. В этом случае в цепь обмотки возбуждения двигателя, LМ, включается
устройство регулирования тока возбуждения.
Механические характеристики электропривода по системе ТП-Д приведены на рисунке 5. Регулирование предельного момента осуществляется изменением уставки узла ограничения регулятора ЭДС. Буровыми насосами с регулируемым электроприводом по системе ТП-Д оснащаются буровые установки БУ-2500ЭП, БУ-6500ЭП и установки морского бурения.
9
Рисунок 5 – Механические характеристики электропривода по системе ТП-Д
Рисунок 6 – Функциональная схема управления вентильным электродвигателем
бурового насоса
Регулируемый электропривод бурового насоса может быть также реализован на базе вентильного двигателя (рис. 6). Электропривод состоит из преобразователя частоты, ПЧ, со звеном постоянного тока 3 и синхронного двигателя 5.
Для управления инвертором 4 используется бесконтактный датчик положения
ротора двигателя 7. Выпрямленное напряжение через сглаживающий реактор,
РФ, подаётся на вход инвертора, тиристоры которого отпираются импульсами,
вырабатываемыми системой управления 9 в зависимости от сигналов датчика
положения ротора. Ток возбуждения вентильного двигателя регулируется с по10
мощью возбудителя 6. В системе управления предусмотрены обратные связи по
току, подаваемые от датчика тока, ДТ, в блоки 9 и 10 систем импульснофазового управления выпрямителем и инвертором. Для стабилизации скорости
используется обратная связь от тахогенератора 8. Защита от КЗ осуществляется
с помощью автоматического выключателя 1, а для ограничения тока используются реакторы 2. Управление электродвигателем осуществляется с пульта 11.
Регулировочные свойства электропривода аналогичны свойствам электропривода постоянного тока. Диапазон регулирования скорости – 1 : 20 .
Перспективным для электропривода буровых насосов является регулируемый электропривод по системе преобразователь частоты – асинхронный короткозамкнутый двигатель.
В результате исследования регулируемого электропривода бурового насоса У8-6М установлено, что при регулируемом электроприводе механическая
скорость и проходка на долото увеличиваются на 20% , число рейсов сокращается на 20% . Эти преимущества реализуются во всех вариантах регулируемого
электропривода. Общее сокращение длительности вспомогательных операций в
результате применения регулируемого электропривода составляет 12% , а время
организационных простоев сокращается на 16,5% .
Преимущества регулируемого электропривода буровых насосов в значительной степени проявляются при турбинном способе бурения скважины и заключаются в следующем:
-наилучшее использование установленной мощности буровых насосов,
работа на оптимальных режимах для каждого интервала бурения при различных типах забойных двигателей, что обеспечивает сокращение времени механического бурения;
-увеличение скорости вращения долота и средней мощности, подводимой
к долоту; при необходимости увеличение гидравлической мощности по мере
износа забойного двигателя;
-возможность пуска насоса под нагрузкой, что уменьшает износ задвижек
и облегчает работу буровой бригады;
-сокращение времени на промывку скважины до и после бурения;
-сокращение времени спускоподъемных, а также ряда вспомогательных и
подготовительно-заключительных операций, обусловленное уменьшением числа рейсов вследствие увеличения средней проходки на долото;
-более широкие возможности ликвидации аварий, связанных с прихватами и некоторыми другими аварийными ситуациями,
11
-равномерность подачи бурового насоса, что позволяет отказаться от
пневмокомпенсаторов и др.
2.2.3 Работа бурового насоса при нерегулируемом электроприводе
При нерегулируемом электроприводе приблизиться к режиму постоянства мощности возможно путём применения цилиндровых втулок различного
диаметра.
Этот режим работы характеризуется кривой зависимости производительности, Q , насоса от давления на выходе, p , и диаметра втулки, d (рис. 7).
Точки 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 на графике определяют предельное давление, допустимое из условия прочности деталей насоса при различных диаметрах втулок, и соответствуют наиболее полному использованию мощности привода. Предположим, что бурение начинается в точке 1 при давлении на нагнетательном патрубке p < p8 втулкой диаметром d8 . Продолжать работу с втулкой диаметром d8 выше точки 2 нельзя, так как давление поднимается выше p8
(что недопустимо), и, кроме того, будет перегружен привод. Поэтому в точке 2
необходимо заменить втулку диметром d8 на втулку диаметром d 7 . Тогда
уменьшится подача насоса и пропорционально квадрату подачи снизится давление насосов. При замене втулки в точке 2 давление снизится скачком до давления, соответствующего точке 3.
Если начать бурение с втулкой диаметром d 7 , то по мере углубления
скважины давление в точке 4 достигнет p7 , т. е. предельной величины, при которой необходимо заменить втулку диаметром d 7 на втулку диаметром d 6 и т. д.
Следовательно, в случае нерегулируемого привода насосов и периодической
замены втулок процесс будет протекать по отрезкам вертикальных прямых 1-2,
3-4, 5-6, 7-8, 9-10, 11-12, 13-14 и 15-16. Увеличивая число типоразмеров втулок,
можно только приблизиться к кривой p ⋅ Q = const , но при этом мощность привода будет использована не полностью.
2.2.4 Работа бурового насоса при регулируемом электроприводе
При регулируемом приводе путём использования в начале бурения втулки малого диаметра при частоте вращения приводного вала, больше номинальной, а затем по мере повышения давления путём снижения частоты вращения
привода, можно сохранить равенство p ⋅ Q = const . Однако увеличение частоты
вращения приводного вала насоса не всегда приводит к увеличению его подачи,
так как при этом уменьшается коэффициент подачи насоса. Практически невозможно обеспечить работу насосной установки в режиме постоянной мощности посредством изменения угловой скорости привода в широком диапазоне
12
без принятия специальных мер. Для получения наибольшей гидравлической
мощности потока нужно всегда стремиться прокачивать через трубы максимальное количество жидкости, которое позволяют номинальная мощность приводных двигателей и механическая прочность насоса.
Усилие, действующее на шток бурового насоса, прямо пропорционально
произведению давления на площадь сечения втулки. Давление на выходе насосов повышается по мере углубления скважины и увеличения количества прокачиваемой жидкости. Поэтому, чтобы не превысить при заданном диаметре
втулки допустимого усилия на шток, нужно работать с постоянным давлением,
равным предельно допустимому. Так как усилие на шток определяет значение
необходимого вращающего момента для привода насоса, регулировать подачу
насосной установки следует при постоянном моменте.
Рисунок 7 – График работы бурового насоса
13
Режим работы регулируемого привода буровых насосов с постоянным моментом на валу можно проследить по графику (рис. 7). Как и в первом случае,
предположим, что бурение началось при давлении на выходе насоса, p , диаметре втулки d8 и номинальной скорости привода (точка 1). По мере углубления скважины давление повышается и достигает значения p8 (точка 2). Продолжать работу с втулкой диаметром d8 и номинальной скоростью привода
нельзя, так как при этом давление поднимается выше p8 .
Как указывалось ранее, при нерегулируемом приводе по достижении давления p8 (точка 2) втулки менялись. При регулируемом же приводе менять
втулку при давлении p8 нет необходимости, так как с этого момента привод по
мере углубления скважины начинает работать с постепенно уменьшающейся
частотой вращения при номинальном моменте на валу. Вследствие этого подача насоса будет уменьшаться, а давление останется неизменным, равным допустимому для данной втулки. Такой режим продолжается до точки 3' . Дальнейшее снижение скорости, т. е. подачи насосов, нерационально, и в точке 3'
целесообразно заменить втулку d8 на втулку d 7 . Установив втулку d 7 , можно
увеличить угловую скорость привода до номинальной. По мере углубления
скважины давление будет повышаться и в точке 4 достигнет p7 , которое для
втулки d 7 является предельным. В точке 4 привод работает с номинальной скоростью, однако по мере углубления скважины угловую скорость привода
уменьшают до достижения точки 5 ' , после чего втулку заменяют. В дальнейшем процесс повторяется. Следовательно, подача насоса и давление при регулируемом приводе изменяются по графику:
1 − 2 − 3 ' − 4 − 5 ' − 6 − 7 ' − 8 − 9 ' − 10 − 11' − 12 − 13 ' − 14 − 15 ' − 16 .
На рис. 8 приведён график изменения давления при бурении условной
скважины, где: I – давление при регулируемом приводе, II – частота вращения
при регулируемом приводе, III – давление при нерегулируемом приводе, IV –
частота вращения при нерегулируемом приводе. При регулируемом приводе
втулки заменяют на глубинах L 2, L 4, L6, L8, при нерегулируемом приводе – на
глубинах L1, L3, L5, L7 .
14
Рисунок 8 – Изменение давления на выходе бурового насоса и скорости привода
при регулируемом и нерегулируемом приводах
2.3 Более полное использование мощности насосов при регулируемом
приводе практически выражается в том, что при том же максимально допустимом давлении в нагнетательной системе подача насосов в большинстве рейсов
может быть выше, чем при нерегулируемом приводе. Благодаря этому при всех
видах бурения улучшается очистка забоя, что ведёт непосредственно к увеличению механической скорости бурения, а также создаётся возможность дальнейшего увеличения скорости вследствие применения более высокой нагрузки
на долото. Одновременно возрастает проходка на долото, поскольку уменьшается степень повторного разрушения породы. В результате увеличения проходки на долото сокращается число спускоподъёмов, а следовательно, и время,
идущее на спускоподъемные, вспомогательные и подготовительнозаключительные операции. При турбинном бурении, кроме того, механическая
скорость растёт вследствие увеличения частоты вращения долота и средней
мощности, подводимой к долоту.
Регулирование подачи насоса необходимо в осложнённых условиях бурения, а также при восстановлении циркуляции. Таким образом, для бурового насоса целесообразно применять регулируемый электропривод, причём регулирование следует выполнять при постоянном моменте, определяемом допустимым
давлением в гидравлической системе буровой установки.
Так как отношение диаметров соседних типоразмеров втулок составляет
0,85-0,9 между двумя заменами втулок, то регулирование скорости приводного
двигателя должно быть не менее 20-30% в сторону уменьшения от номинальной.
Таким образом, требуемый диапазон регулирования частоты вращения
бурового насоса обусловлен следующими технологическими требованиями:
15
-возможностью плавного пуска бурового насоса как при отсутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим работающим насосом;
-возможностью работы в большей части интервала скважины в режиме
максимального давления, соответствующем наиболее целесообразному технологическому процессу проводки скважины;
-целесообразностью облегчения процесса восстановления циркуляции и
операций по ликвидации аварий и осложнений;
-возможностью снижения уровня пульсаций давления в нагнетательном
трубопроводе.
Поскольку режим работы насоса продолжительный, двигатель насоса выбирают так, чтобы его номинальная мощность была несколько больше мощности, необходимой для приводного двигателя насоса. Номинальная частота вращения двигателя определяется кинематикой насоса и клиноременной передачи.
Для существующих поршневых насосов она составляет 750 или 1000 об./мин.
В отечественной практике для буровых насосов, как правило, используют
однодвигательный привод, за рубежом – двухдвигательный (известны также
случаи использования трёхдвигательного привода). Целесообразность решения
в данном случае зависит от условий унификации приводных электродвигателей
всех основных исполнительных механизмов.
3. Описание установки
3.1 Установленная в лаборатории станция комплексного управления бурением СКУБ-03 предназначена для управления и контроля основных технологических параметров при бурении скважин:
-веса бурового инструмента;
-осевой нагрузки на забой скважины;
-частоты вращения ротора;
-момента на машинном ключе;
-расхода бурового раствора на выкиде насосов и выходе из скважины;
-давления бурового раствора на выкиде насосов;
-температуры бурового раствора;
-уровеня раствора в приёмных ёмкостях.
3.2 Важнейшие параметры промывки скважины – расход бурового раствора и давление на выкиде насосов.
Технические характеристики комплекса СКУБ-03 позволяют производить
его подключение для контроля и управления работой бурового насоса с максимальной подачей до 100 л/с и максимальным давлением до 25 МПа.
16
Для установки СКУБ-03, установленной в лаборатории, построена электронная модель бурового насоса У8-6МА2. Технические характеристики бурового насоса У8-6МА2:
-гидравлическая мощность 500 кВт;
-мощность на трансмиссионном валу насоса 585 кВт;
-максимальная подача/давление 51 л/с / 10,0 МПа;
-максимальное давление/подача 25 мПа /19,7 л/с.
4. Порядок выполнения работы
4.1 Подготовка к работе:
Установить органы управления электронной модели бурового насоса в
следующее положение:
- ручку потенциометра Р1 «Регулировка» в крайнее левое положение;
- ручку переключателя «Режим» в положение «1»;
- ручку переключателя « № втулки» в положение «8»;
- включить станцию СКУБ в сеть;
- дать прогреться комплексу 20 минут, после чего можно приступать к
работе.
4.2 Работа бурового насоса У8-6МА2 с нерегулируемым и регулируемым
приводом характеризуема применением восьми сменных цилиндровых втулок
разного диаметра.
Для электронной модели бурового насоса зависимость максимальных значений подачи и давления для каждого диаметра втулок приведена в таблице 1.
Таблица 1
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Внутренний
диаметр
цилиндровой
втулки (мм)
130
140
150
160
170
180
190
200
Подача, л/с
Давление,
МПа
20,0
22,4
26,3
30.7
35,0
40.0
45,0
50,0
25,0
22,3
19,0
16.3
14,3
12,5
11,1
10,0
17
4.3 Снятие идеальной характеристики p ⋅ Q = const бурового насоса У86МА2.
4.3.1 Привести переключатели «РЕЖИМ» в положении «1»: «№ ВТУЛКИ» положение «8». Ручку потенциометра Р1 «РЕГУЛИРОВКА» повернуть
против часовой стрелки до упора.
4.3.2 Зафиксировать в таблицу показания приборов ППД и ТЦР.
4.3.3 Плавно перемещая ручку регулятора Р1 по часовой стрелке, довести
значение давления до 10,0 МПа, показания приборов также занести в таблицу.
4.3.4 Продолжая плавно перемещать ручку Р1, изменять расход на 2,55 л/с, записывая показания ТЦР и ППД в таблицу.
4.3.5 Измерения продолжать до тех пор, пока ручка регулятора Р1 не
займёт крайнего правого положения, сделав по всей шкале поворота 8-15 измерений.
4.3.6 Для каждой i -ой точки измерений на интервале между точками
(50 л/с – 10 МПа) и (20 л/с – 25 МПа) найти значения гидравлической мощности насоса по формуле:
Pi = pi ⋅ Qi ,
где
pi , МПа – давление в точке измерения на участке p ⋅ Q = const ;
Qi , л/с – расход в точке измерения на участке p ⋅ Q = const .
Результаты занести в таблицу.
4.3.7 Привести регулятор Р1 в исходное положение (крайнее против часовой стрелки). Пример снятия идеальной характеристики бурового насоса приведён в таблице 2.
Таблица 2
Расход Q , л/с
4,5
20
25
30
35
40
45
49,1
50
Давление p ,
МПа
24,7
24,5
19,6
16,2
13,8
12,3
11,1
10,0
0,5
490
490
492,8 486,6
492
499,5
491
Гидравлическая
мощность, Р, кВт
4.4 Изучение работы бурового насоса У8-6МА2 с нерегулируемым приводом (режим 2).
4.4.1 Проверить положение органов управления (переключатели: «РЕЖИМ» – в положении «1»; «№ ВТУЛКИ» – в положении «8»; ручка Р1 потенциометра «РЕГУЛИРОВКА» – в крайнем левом).
18
4.4.2 Перевести переключатель «РЕЖИМ» в положение «2».
4.4.3 Плавно поворачивать ручку потенциометра Р1 «РЕГУЛИРОВКА»
до того момента, пока не загорится индикатор «ПЕРЕГРУЗКА». Это означает,
что давление для втулки диаметром d8 = 200 мм достигло максимально допустимого значения и нужно переключиться на втулку d 7 , меньшего диаметра.
4.4.4 Записать показания приборов ППД и ТЦР в таблицу. Показания ППД
поместить в Графе « pмах » для втулки №8.
4.4.5 Перевести переключатель «№ ВТУЛКИ» в положение «7». При реальном процессе бурения скважины это будет означать, что в насосе установлена цилиндровая втулка диаметром d 7 = 190 мм.
4.4.6 Снять показания приборов ППД и ТЦР и записать в таблицу. Показания ППД поместить в графе « pмin » для втулки №7.
4.4.7 Плавно поворачивать ручку потенциометра Р1 «РЕГУЛИРОВКА» по
часовой стрелке до того момента, пока вновь не загорится индикатор «ПЕРЕГРУЗКА».
4.4.8 Повторять операции пунктов 4.4.4-4.4.7, записывая значения Q ,
pмах , pмin в графы для соответствующих диаметров втулок, пока не будет достигнуто максимальное давление на втулке №1.
4.4.9 Привести ручку потенциометра Р1 «РЕГУЛИРОВКА» в исходное
положение (крайнее, против часовой стрелки), а переключатель «№ ВТУЛКИ» –
в положение «8».
4.4.10 Найти для каждой втулки значения pмах , pмin .
Пример снятия характеристики работы бурового насоса с нерегулируемым
приводом приведён в таблице 3.
Таблица 3
№ втулки
1
2
3
4
5
6
7
8
Расход Q , л/с
19,7
22,2
26,1
30,3
34,7
40,1
46,1
49,3
Давление
pмах , МПа
24,7
22,3
18,7
16,0
14,4
12,2
11,0
10,0
Гидравлическая
мощность,
Pмах , КВт
486, 6
495
488
484,8
489,3
489,2
507
493
Давление,
pмin , МПа
20,2
15,5
13,6
12,5
11
10,1
9,2
0,5
Гидравлическая
мощность,
Pмin , КВт
398
344
355
378,8
382
405
424
19
4.5 Изучение работы бурового насоса У8-6МА2 с регулируемым приводом (режим 3).
4.5.1 Проверить положение органов управления переключателя: "Режим"– в положении "2"; “№ ВТУЛКИ" – в положении "8"; ручка Р1 потенциометра "РЕГУЛИРОВКА" – в крайнем левом.
4.5.2 Перевести переключатель "РЕЖИМ" в положение "3". При этом загорится индикатор "ПЕРЕГРУЗКА", что для данного положения органов управления является нормальным. Блок сигнализации отслеживает превышение значения напряжения, управляющего давлением, над напряжением, управляющим
расходом. При крайнем левом положении ручки потенциометра Р1 "РЕГУЛИРОВКА" в режиме "3", при втулке диаметром d8 давление уже имеет какое-то
фиксированное значение (U у давления больше "0"), а расход максимален (U у
расхода равно "0").
4.5.3 Плавно перемещать ручку потенциометра Р1 "РЕГУЛИРОВКА" до
того момента, пока не погаснет индикатор "ПЕРЕГРУЗКА". Это означает, что
модель вышла на участок 2-3 характеристики работы бурового насоса с регулируемым приводом (рис. 7).
4.5.4 Записать показания приборов ППД и ТЦР в таблицу. Показания
ТЦР поместить в графе " QМАХ " для втулки №8.
4.5.5 Плавно перемещая ручку потенциометра Р1 "РЕГУЛИРОВКА", довести показания ТЦР до значения расхода, равного предельно допустимому для
втулки №7 (табл. 1).
4.5.6 Перевести переключатель "№ ВТУЛКИ" в положение "7". При реальном процессе бурения скважины это будет означать, что в насосе установлена цилиндровая втулка диаметром d 7 = 190 мм.
4.5.7 Плавно перемещая ручку потенциометра Р1 "РЕГУЛИРОВКА"
вправо-влево, найти положение, когда индикатор "ПЕРЕГРУЗКА" гаснет. Это
будет соответствовать точке 4 на характеристике работы насоса с регулируемым приводом (рис. 7).
4.5.8 Снять показания приборов ППД и ТЦР и записать в таблицу. Показания ТЦР поместить в графе " QМIN " для втулки №8 и " QМАХ " – для втулки №7.
4.5.9 Повторять операции пунктов 4.5.5-4.5.8, записывая значения p ,
QМАХ , QМIN в графы для соответствующих диаметров втулок, пока не будет достигнут минимальный расход на втулке №1.
4.5.10 Привести ручку потенциометра Р1 "РЕГУЛИРОВКА" в исходное
положение (крайнее, против часовой стрелки), переключатель “№ ВТУЛКИ" – в
положение "8", переключатель "РЕЖИМ" – в положение "1".
20
4.5.11 Найти для каждой втулки значения Pмах и Pмin .
Пример снятия характеристики работы бурового насоса с регулируемым приводом приведён в таблице 4.
Таблица 4
№ втулки
Давление, P , МПа
1
24,7
2
22,1
3
18,6
4
16,0
5
14,0
6
12,25
7
11.0
8
10,0
Расход, QМАХ , л/с
19,7
22,1
26,1
30,2
34,5
40.0
45.4
50,3
486,6
488,4
485,5
483,2
483
490
499,4
503
4,4
19,7
22,1
26,1
30,2
34,5
40
45,4
435,4
411
422,8
422,6
440
440
454
Гидравлическая
мощность, Pмах , кВт
Расход, QМIN , л/с
Гидравлическая
мощность, Pмin , кВт
4.6 По данным таблиц 2, 3, 4 построить графики работы бурового насоса:
- идеальную характеристику;
- при нерегулируемом приводе;
- при регулируемом приводе.
21
Контрольные вопросы:
1. Назначение бурового насоса.
2. Двигатели, применяемые для привода бурового насоса.
3. Режимы работы буровых насосов:
а) идеальная характеристика;
б) с нерегулируемым приводом;
в) с регулируемым приводом.
22
Библиографический список:
1. Меньшов, Б. Г. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности / Б. Г. Меньшов, М. С. Ершов, А. Д. Яризов. – М. :
Недра, 2000.
2. Меньшов, Б. Г. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности / Б. Г. Меньшов, И. И. Суд. – М. : Недра, 1984.
3. Блантер, С. Г. Электрооборудование предприятий нефтяной и газовой
промышленности / С. Г. Блантер, И. И. Суд. – М. : Недра. 1984.
23
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа