Насосы с частотно-регулируемым приводом

Буровые насосы в случае роторного бурения служат для создания потока промывочной жидкости через вертлюг, бурильные трубы к забою скважины и через затрубное пространство к устью скважины. При этом поток жидкости способствует разрушению породы на забое и обеспечивает вынос на поверхность частиц разбуренной породы. При применении гидравлических забойных двигателей промывочная жидкость служит рабочим агентом для вращения забойного двигателя.

Оптимальный режим бурового насоса характеризуется постоянством развиваемой мощности, равной номинальной. Приближение к этому режиму при нерегулируемом приводе достигается применением цилиндрических втулок разного диаметра. Применение частотно-регулируемого электропривода обеспечивает уменьшение числа замен поршней при бурении скважин.

Более полное использование мощности бурового насоса при частотно-регулируемом электроприводе практически выражается в том, что при том же значении допустимого давления в нагнетательной системе подача бурового насоса будет больше, чем при нерегулируемом электроприводе. Благодаря этому при бурении всех видов скважин улучшается очистка забоя, что приводит к увеличению механической скорости бурения, а так же обеспечивается возможность повышения скорости бурения вследствие использования более высокой нагрузки на долото, так как уменьшается степень повторного разрушения породы. В результате увеличения проходки на долото сокращается суммарное время спуско-подъемных и ряда вспомогательных операций. При турбинном бурении, кроме того, возрастает механическая скорость бурения вследствие увеличения частоты вращения долота и подводимой к нему средней мощности.

Регулирование подачи бурового насоса необходимо также в осложненных условиях бурения. Ответственной операцией, особенно при бурении глубоких скважин, является восстановление циркуляции бурового раствора в гидравлической системе. В начале этой операции вязкость раствора и гидравлическое сопротивление в системе значительно выше, чем при рабочих режимах. Восстановление циркуляции значительно облегчается при возможности работы бурового насоса с пониженной подачей. Минимальная относительная подача при восстановлении циркуляции может составлять 0,1 от подачи в режиме бурения.

Таким образом, буровой насос целесообразно оснащать частотно-регулируемым электроприводом.

Частотно-регулируемый электропривод бурового насоса обеспечивает:- плавный пуск, а также возможность пуска бурового насоса под нагрузкой, что

уменьшает износ задвижек и облегчает труд буровой бригады;- длительную работу в заданном диапазоне изменения скорости и нагрузки;- торможение и останов;- защиту электрического и механического оборудования от аварийных режимов;- более широкие возможности ликвидации аварий, связанных с прихватами и

некоторыми другими аварийными ситуациями;- равномерность подачи, что позволяет отказаться от пневмокомпенсаторов и др.Частотно-регулируемый электропривод бурового насоса оказывает существенное

влияние на конструкцию насосной группы оборудования. При нерегулируемом электроприводе бурового насоса обязательно должна быть предусмотрена оперативная соединительная муфта между двигателем и буровым насосом, а также пусковая задвижка,

соединяющая выход насоса с открытой емкостью. Это позволяет двигатель запустить в холостую, затем проводится пуск насоса также вхолостую, затем пусковая задвижка плавно закрывается, и поток жидкости начинает поступать в линию высокого давления и циркулировать по рабочему контуру.

При наличии частотно-регулируемого привода оперативная муфта не устанавливается, а пусковая задвижка практически не используется.

Частотно-регулируемый электропривод является не только устройством экономического преобразования электрической энергии в механическую, но и эффективным средством управления технологическим процессом бурения скважин. Эффективность применения частотно-регулируемого электропривода бурового насоса обусловлена:

- высокими энергетическими показателями;- гибкой настройкой программными средствами параметров и режимов работы

электропривода;- развитым интерфейсом и приспосабливаемостью к различным системам

управления и автоматизации, в том числе высокого уровня;- простотой и удобством управления и обслуживания в эксплуатации;- высоким качеством статических и динамических характеристик, обеспечивающих

высокую производительность управляемого бурового насоса.Частотно-регулируемый электропривод бурового насоса построен на следующих

принципах.Силовая часть – преобразователь частоты выполнен на базе IGBT-модулей и

многообмоточного трансформатора.Система управления – микропроцессорная, формирует сигналы управления

преобразователем частоты.Управление электроприводом выполнено как местное, так и дистанционное – с

пульта насоса и пульта бурильщика. Дистанционное управление выполнено на базе внешней автоматической системы управления с промышленным контроллером OMRON.

Система защит включает защиты от:- токов недопустимой перегрузки и короткого замыкания;- замыкания на «землю»;- обрыва фазы;- перенапряжений на силовых элементах схемы;- недопустимых отклонений и исчезновения напряжения питающей сети;- недопустимого перегрева силовых элементов схемы;- неисправностей и сбоев системы управления;- недопустимых отклонений технологического процесса.Развитие техники и технологии бурения скважин требует постоянного

совершенствования буровых насосов в следующих направлениях: повышение мощности и давления, снижение неравномерности подачи и давления, уменьшение массы и габаритов, повышение надежности и долговечности, снижение трудоемкости и стоимости изготовления, улучшение транспортабельности, монтажеспособности, ремонтопригодности и удобства обслуживания.