ТехОптим™

Выбор типа привода буровой установки. Преимущества гидропривода

Принцип работы буровой установки

Работа буровой установки складывается из двух основных движений: вращение бурового инструмента и перемещение бурового инструмента параллельно мачте (вверх и вниз). В результате на буровую установку действуют две рабочие нагрузки: крутящий момент (сопротивление породы вращению бурового инструмента) и усилие подачи (сопротивление породы на заглубление или извлечение инструмента и вес инструмента). Усилие подачи и крутящий момент зависят от параметров инструмента (вид и размер), параметров скважины (свойства породы, глубина) и находятся во взаимном влиянии друг на друга. Оператор буровой установки должен, исходя из выше указанных параметров и технических характеристик

 буровой установки, подбирать максимально эффективное сочетания крутящего момента, частоты вращения и усилия подачи для достижения максимальной скорости бурения. При этом далеко не всегда повышение усилия подачи или крутящего момента, частоты вращения приводит к ускорению проходки. Наиболее удачное сочетание рабочих нагрузок - это такое сочетание, при котором наиболее полно используются возможности буровой установки для обеспечения максимально эффективного процесса разрушения породы в забое долотом и транспортирование разрушенной породы на поверхность при помощи шнеков, воздуха или бурового раствора.

Сущность механического привода и гидропривода

В буровой установке с механическим приводом вращение от приводного двигателя (бензинового, дизельного, электрического) передается на буровой инструмент через механические передачи (зубчатые, цепные, карданные валы, и т.д.). Вал приводного двигателя жестко связан через механические передачи с буровым инструментом. Основные преимущества механического привода: низкая стоимость и более высокий К.П.Д. Привод подачи может быть механический, гидравлический или посредством элекромотор-редуктора. В буровой установке с гидравлическим приводом приводной двигатель приводит во вращение насос (или насосный агрегат), который создает поток рабочей жидкости под давлением. Рабочая жидкость (гидравлическое масло) через регулирующее устройство - гидрораспределитель - направляется к соответствующим гидродвигателям: гидроцилиндрам и гидромоторам, которые в свою очередь приводят в движение буровой инструмент. Так же в состав гидропривода могут входить различные элементы для регулирования скорости, ограничения нагрузок, индикации нагрузок. Современные гидрораспределители позволяют плавно и точно управлять гидродвигателями, производить его запуск под нагрузкой  и плавно останавливать. Основные преимущества гидравлического привода: плавные пуско-тормозные режимы, плавное регулирование, снижение пиковых нагрузок, ограничение максимальных нагрузок, более высокая надежност.

Влияние особенностей привода буровой установки на ее работу

При постоянном режиме бурения нет разницы между механическим и гидравлическим приводом, но все дело в том, что земля, в которой собственно и бурится скважина, не является однородной средой. По мере продвижения бурового инструмента может происходить изменение разрушаемой породы, что приводит к изменению действующих на буровой инструмент нагрузок. Зачастую эти изменения могут происходить внезапно, что приводит к ударам, вибрации и заклиниванию инструмента. От оператора буровой установки требуется своевременное изменение режимов бурения для обеспечения эффективной работы. Удары, вибрации и заклинивание инструмента очень негативно сказываются на механическом приводе. При резком изменении нагрузки оператор должен быстро отсоединить приводной двигатель от трансмиссии или поднять буровой инструмент от забоя, или переключиться на другую передачу, если таковая имеется. Не всегда конструкция механического привода позволяет выполнить все вышеперечисленные действия. Удары, резкие остановки и разгоны разрушают механический привод, так как приводят к высоким пиковым нагрузкам. Элементы, ограничивающие пиковые нагрузки, для механического привода не всегда эффективны и надежны, поэтому на практике их зачастую блокируют, и ограничения пиковых нагрузок не происходит. Гидравлический привод более устойчив к резким изменениям нагрузок. В конструкции гидропривода нет жесткой связи приводного двигателя и бурового инструмента. Гидравлическая жидкость в некоторой степени сжимаема, рукава высокого давления деформируются под нагрузкой – все это создает дополнительный упругий элемент в приводе. В данном случае речь идет о сравнительно малых отличиях модулей упругости по сравнению с чисто механическим приводом, однако между временем торможения в 0,05 секунды и 0,1 (что для человека практически неразличимо) пиковые нагрузки примерно удваиваются. Вдобавок, гидропривод должен в обязательном порядке быть оснащен предохранительной аппаратурой, которая ограничивает максимальные нагрузки. На деле это выглядит следующим образом:  происходит резкое изменение крутящего момента на буровом инструменте, оператор не успевает отреагировать, при этом:

  • в механическом приводе происходит удар, глохнет приводной двигатель или начинает проскакивать муфта (если таковая имеется), затем нужно суметь запустить двигатель и запустить вращение бурового инструмента под нагрузкой;
  • в гидроприводе удар проходит более плавно, резкое нарастание давления ограничивает предохранительный клапан, приводной двигатель продолжает работать, рабочая жидкость сливается через предохранительный клапан. Оператор изменяет режим работы и продолжает бурение.

Для малогабаритных буровых установок особенно актуален вопрос максимально полного использования всей мощности приводного двигателя. Так как производительность любого технологического процесса определяется прилагаемой мощностью и эффективностью применения прилагаемой мощности, следует сделать вывод, что при одинаковых условиях и способах бурения более производительным будет то оборудование, которое позволяет направлять максимальную мощность на выполнение технологического процесса. Работа с нагрузками, близкими к максимальным, на буровой установке с механическим приводом требует большого опыта и внимания, что приводит к повышенной утомляемости оператора и, как следствие, к ошибкам и поломкам оборудования.

Напротив, буровая установка с гидроприводом позволяет без последствий корректировать неудачные действия оператора без каких либо затрат времени и сил. В качестве примера можно рассмотреть следующую ситуацию: Скважина либо пробурена на значительную глубину, либо бурится в тяжелых геологических условиях. Буровой инструмент вращается с крутящим моментом, близким к максимальному. Допустим, нет резких изменений породы и условий бурения, но при работе с нагрузками, близкими к максимальным, даже их небольшое изменение приводит к перегрузке приводного двигателя. В буровой установке с механическим приводом это будет приводить к остановке приводного двигателя, и чтобы продолжить бурение, нужно отсоединить двигатель от трансмиссии (если конструкция привода это позволяет), поднять буровой инструмент от забоя, запустить двигатель и провести запуск вращения бурового инструмента под нагрузкой - все это не так просто.

В буровой установке с гидроприводом появление нагрузок, превышающих максимально допустимые, приводит к нарастанию давления в гидроприводе. Давление ограничивается предохранительным клапаном, приводной двигатель продолжает работать, рабочая жидкость сливается через предохранительный клапан. Оператор изменяет режим работы (изменение усилия на забой, подъем инструмента, и т.д.) и продолжает бурение. Запуск вращения бурового инструмента под нагрузкой буровой установкой с гидроприводом не представляет сложностей - плавного перемещения рычага гидрораспределителя для этого вполне достаточно. Так же наличие манометров, однозначно информирующих оператора о действующих нагрузках, позволяет своевременно корректировать режимы бурения, не дожидаясь остановки бурового инструмента. Вдобавок, как привило, гидропривод позволят реализовывать несколько рабочих скоростей с возможностью их переключения под нагрузкой без остановки вращения.

Практические выводы

Все вышеизложенное говорит в пользу выбора малогабаритных установок именно с гидроприводом при намерении профессионального их использования. Гидропривод позволит уберечь буровую установку от перегрузок, позволит более эффективно выбирать режимы бурения. Эти факторы позволят увеличить суммарную производительность буровой установки за сезон работы и, - что является целью любой предпринимательской деятельности -  увеличить прибыль владельца.

Вы здесь: Домашняя Статьи Сравнение типов привода буровой установки