Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

18
18
 СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ БУРОВЫХ 
УСТАНОВОК
Под 
силовым приводом понимается комплексное устройство, 
осуществляющее преобразование электрической энергии или энер-
гии топлива в механическую и обеспечивающее управление преоб-
разованной механической энергией.
В качестве привода бурового оборудования различного назна-
чения (буровые установки и станки, маслостанции, глиномешалки, 
насосы, компрессоры и т.д.) применяют электропривод, привод от 
двигателей внутреннего сгорания и гидропривод или разные соче-
тания перечисленных приводов.
Силовой привод является составной частью буровой установки. 
Мощность привода используется, главным образом, для вращения 
бурильной колонны, спускоподъемных операций и осуществления 
циркуляции промывочной жидкости. Кроме этого, требуется мощ-
ность на различные вспомогательные операции.
Силовой привод буровой установки определяет технико-эконо-
мические показатели ее работы. Основные требования, предъяв-
ляемые к двигателям силового привода, — гибкость их характе-
ристики. Под гибкостью характеристики понимают способность 
двигателей автоматически или при помощи бурильщика (дизели-
ста, электрика) быстро приспосабливаться к изменяющимся в про-
цессе работы нагрузкам и скоростям движения исполнительных 
механизмов (лебедки, ротора, буровых насосов), обеспечивая наи-
более эффективное использование мощности. 
Гибкость характеристики определяется диапазоном регулиро-
вания и коэффициентом собственной приспособляемости k, кото-
рый, кроме того, характеризует перегрузочную способность:
k = 
M
max
,
(18.1)
M
ном
где M
max
— наибольший развиваемый двигателем крутящий мо-
мент при устойчивом режиме работы; M
ном
— номинальный кру-
тящий момент.

---

230 
III. Буровые установки
Величина k показывает, в какой степени может увеличиваться 
крутящий момент в пределах рабочих скоростей вращения. Этот 
коэффициент характеризует степень приспособляемости двигате-
ля к увеличению нагрузки без применения коробок передач и дру-
гих устройств. 
Диапазон регулирования
R = 
n
max
,
(18.2)
n
min
где n
max 
— наибольшая скорость вращения вала в рабочем диапазо-
не; n
min 
— наименьшая скорость вращения вала, при котором двига-
тель может устойчиво работать под нагрузкой.
На рис. 18.1 показаны внешние характеристики различных 
двигателей, определяющие их коэффициент приспособляемости 
и диапазон регулирования. Наибольший коэффициент приспосо-
бляемости у паровых машин, электродвигателей постоянного тока 
и двигателей внутреннего сгорания с турботрансформаторами.
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
200 400 600 800
n, об./мин
1
2
3
4
5
М
кр
, Н м
×
Рис. 18.1. График внешних характеристик различных двигателей:
1 — двигатель внутреннего сгорания; 2 — паровая машина; 3 — двигатель 
внутреннего сгорания с турботрансформатором; 4, 5 — электродвигатель 
соответственно постоянного и переменного тока 
Таким образом, наилучшие результаты можно получить при 
обеспечении сериесной характеристики привода (способность дви-
гателя при перегрузках автоматически уменьшать скорость вра-
щения и, наоборот, при уменьшении нагрузки повышать ее) в ре-

---

18. Силовые приводы буровых установок 
231
зультате использования электродвигателя постоянного тока или 
введения в него специальных устройств (турботрансформаторов), 
позволяющих автоматически менять скорость в зависимости от на-
грузки.
Кроме того, двигатель для привода лебедки и ротора должен об-
ладать:
‰
значительным пусковым моментом, потому что при пуске 
двигатель должен преодолевать инерцию массы подвешенной ко-
лонны бурильных труб, а также огромные силы трения колонны 
бурильных труб о стенки скважины;
‰
плавностью запуска, так как при больших ускорениях неиз-
бежны громадные динамические нагрузки в колонне труб, которые 
могут вызвать аварию;
‰
возможностью реверса, т.е. способностью изменять направ-
ление вращения;
‰
большой перегрузочной способностью, так как при спуско-
подъемных и аварийных операциях возможны периодические 
кратковременные перегрузки. 
Двигатель должен быть прост по конструкции и надежен в ра-
боте, он должен мгновенно останавливаться, что необходимо при 
несчастных случаях и авариях, а также быть безопасным в пожар-
ном отношении и экономичным.
Двигатели для привода буровых насосов могут не обладать 
большим пусковым моментом, так как насосы запускают при от-
крытой пусковой задвижке и нагрузка подается при постепенном 
закрытии. Нет необходимости и в реверсивности. В остальном дви-
гатели для буровых насосов должны удовлетворять тем же требо-
ваниям, что и двигатели для ротора и лебедки.
Наибольшее распространение в буровом деле имеют трехфаз-
ные асинхронные электродвигатели, гораздо реже используются 
синхронные двигатели.
Выпускаются следующие модификации асинхронных двигате-
лей А2 и АЩ2: 
‰
АП2 и АОП2 — с короткозамкнутым ротором и повышенным 
пусковым моментом, предназначенные для механизмов, пуск кото-
рых происходит при большой нагрузке; пусковой момент этих дви-
гателей составляет 1,7–2,0 номинального момента;

---

232 
III. Буровые установки
‰
АС2 и АОС2 — с короткозамкнутым ротором и повышенным 
скольжением, предназначенные для механизмов с большими махо-
выми массами и ударным характером нагрузки (поршневые ком-
прессоры и насосы) или с частым пуском и реверсом (механизмы 
для свинчивания и развинчивания бурильных труб).
Обозначения типов двигателей единой серии А2 и АО расшиф-
ровываются следующим образом: А — асинхронный, О — обдувае-
мый, Л — в алюминиевой оболочке, 2 — индекс, характеризующий 
новую серию, первая цифра после первого дефиса означает поряд-
ковый номер наружного диаметра сердечника статора (габарит), 
вторая цифра — порядковый номер длины двигателя, цифра после 
второго дефиса — число полюсов.
Обозначение двигателей серии 4А расшифровывается следую-
щим образом: 4 — порядковый номер серии, А — асинхронный, Н — 
обозначение двигателей защищенного исполнения, А — станина и 
щиты из алюминия, Х — станина из алюминия и чугунные щиты, 
56–355 мм — высота оси вращения, М — установочные размеры по 
длине корпуса, А, В — обозначение длины сердечника (первая дли-
на — А, вторая — В), 2, 4, 6, 10, 12 — число полюсов, У — климатиче-
ское исполнение, З — категория размещения.
Для выработки переменного тока в буровом деле применяются 
синхронные генераторы.
Синхронные генераторы переменного тока серии ГАБ исполь-
зуются в бензоэлектрических станциях.
Синхронные генераторы серий СГ и С используются в пере-
движных или стационарных электростанциях типов ПЭС, ЖЭС и 
ДЭС; серии ДГС и ГС — в передвижных электростанциях типа ЭДС 
и ЭСДА.
Синхронные генераторы серии ЕС с механическими выпрями-
телями применяются на дизель-электрических агрегатах ДЭС-30, 
ДЭС-40М, ДЭС-50 и др.
Самовозбуждающиеся синхронные генераторы серии ЕСС с пи-
танием обмотки возбуждения от компаундирующего трансформато-
ра и полупроводниковых выпрямителей применяются как на пере-
движных, так и на стационарных дизель-электрических агрегатах.
При проведении буровых работ в неэлектрифицированных 
районах основным источником энергии являются стационарные и 
передвижные электростанции.

---

18. Силовые приводы буровых установок 
233
Используемые сокращения типов стационарных электростан-
ций расшифровываются следующим образом: АСДА — агрегат 
стационарный дизельный автоматизированный; ДГА — дизель-ге-
нератор автоматизированный; АС — автоматизированная дизель-
электрическая станция; Г — генераторная станция.
Сокращения названия передвижных электростанций расшиф-
ровываются так: АД — агрегат дизельный; ЭСД — электростанция 
дизельная передвижная; ДЭА — дизель-электрогенератор автома-
тизированный; ЭСДА — электростанция дизельная автоматизиро-
ванная; ДЭС — дизель-электрическая станция.
Двигатели внутреннего сгорания применяются для различного 
бурового оборудования. К ним относятся как дизельные, так и кар-
бюраторные ДВС.
В приводе буровых установок глубокого бурения в комбинации 
с дизельным ДВС часто используют гидротрансформатор, кото-
рые объединяют в один блок, называемый дизель-гидравлическим 
агрегатом. Наличие гидротрансформатора предохраняет ДВС от 
перегрузок в процессе спускоподъемных операций.