Види, вимоги і характеристики

Лекція 19. СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ БУРОВОЮ УСТАНОВКОЮ

План

19.1. Види, вимоги і характеристики

19.2. Виконавчі механізми системи пневматичного управління

19.3. Керуючі механізми системи пневматичного управління

19.4 Пристрої живлення системи пневматичного управління

19.5 Схема пневматичного управління буровою установкою Уралмаш-3Д

Література: Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы. – Москва: Недра, 1989. – С. 281 – 313.

Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование: под общей ред. А.М. Гусмана, К.П. Порожского. – Екатеринбург: УГГГА, 2002. – С.433 – 440.

Види, вимоги і характеристики

Бурова установка являє собою комплекс складних і потужних машин та агрегатів, і ефективність їх роботи в значній мірі залежить від чіткості, маневреності і оперативності керування.

Чіткість і швидкість взаємодії механізмів бурової установки значною мірою визначають її продуктивність при бурінні і залежать від конструкції системи керування. Конструкція системи керування в значній мірі впливає також на працездатність бурової установки.

Керування буровою установкою зводиться до пуску двигунів, зміни і регулювання їх роботи, з’єднування чи роз’єднування обертових валів, гальмування і зупинки виконавчих механізмів і агрегатів.

Системи управління бурових установок забезпечують взаємодію, маневреність усіх механізмів і виконують наступні функції:

1) пуск і зупинку двигунів;

2) включення і виключення трансмісій, блокуючих двигуни передаючих потужність га бурові насоси, ротор чи лебідку;

3) включення і виключення бурових насосів, лебідки, ротора, механізму подачі, регулюючого гальма (гідравлічного чи електричного) і інших пристроїв;

4) змінення швидкості обертання барабану лебідки і ротора;

5) гальмування і розгальмовування барабану лебідки;

6) включення і виключення пристроїв для згвинчування і відгвинчування бурильних труб;

7) керування роботою клинів і інших механізмів при відгвинчуванні і установці свічок в магазин в процесі спуску і підйому колони;

8) включення і виключення компресора, допоміжної лебідки чи насосу, освітлювальної установки , пристрою для очищення і приготування промивної рідини і інших допоміжних механізмів .

Керування майже усіма пристроями здійснюється з пульта бурильника чи з місця їх включення.

У бурових установках застосовуються різні системи управління: механічні, пневматичні, гідравлічні, електричні і комбінації цих систем.

Механічне управління

Систему механічного управління використовують в тих випадках, коли зусилля, що прикладається до рукояток управління, і відстань, на яку повинна бути передана команда, невеликі. Це пересувні цементуючі, насосні агрегати і легкі бурові установки для геологорозвідувального буріння.

У деяких установках глибокого буріння механічні системи застосовують для дистанційного керування паливними насосами дизелів, включень швидкостей в коробках зміни передач (КПП), прямого і зворотного обертання ротора, включення кулачкових муфт допоміжного гальма лебідки, регулятора подачі долота і інших механізмів.

Механічними системами здійснюється управління ДВЗ установок. У групових приводах з ДВЗ дизелями управляють з пульа бурильника і з пульта, розташованого біля двигуна. Частота обертання ДВЗ регулюється шляхом зміни подачі палива насосами дизеля. Так як в груповому приводі може бути від двох до чотирьох спарених дизелів, дуже важливо, щоб дизелі були відрегульовані і змінювали однаково свої характеристики при зміні режиму їх роботи.

У механічних системах з ручним управлінням застосовують стандартні конічні фасонні і циліндрові рукоятки або рукоятки із стандартними кульковими наконечниками. Важелі, штурвали, педалі і тому подібні елементи мають різноманітні форми і розміри залежно від передаваних зусиль і призначення.

Електричне управління

На бурових установках ОМЗ (Уралмаш) з регульованими електроприводами головних механізмів залежно від вимог замовника застосовується одна з двох систем управління буровою установкою (СУ):

-аналогова система управління буровою установкою;

- цифрова система управління буровою установкою.

Аналогова СУ виконана на базі інтегральних мікросхем і релейної автоматики, цифрова СУ – на базі логічних програмованих мікропроцессорних контроллерів. Всі рішення відпрацьовані і широко застосовуються в різних типах бурових установок .

Управління всіма головними приводами проводиться з пульта бурильника (рис. 19.1). Управління буровими насосами, окрім пульта бурильника (ПБ), проводиться також з індивідуальних пультів управління насосами (ПН). Управління механізмами ЦС проводиться з постів управління, розташованих у цих механізмів.

Система управління приводом лебідки забезпечує:

включення і відключення приводу і допоміжних механізмів;

регулює швидкість лебідки при спуско-піднімальних операціях (СПО) по завданні бурильника через сельсинційний апарат з обмежувачем швидкості, струму двигуна і заданними параметрами старту, розгону і гальмування;

обмеження швидкості талевого блоку при підході до заданих верхнього і нижнього положення при СПО;

управління механічним гальмом (стрічковим або дисковим);

регулювання навантаження на долото є обмеженням швидкості подачі в режимі буріння із заданими бурильником параметрами. Завдання навантаження проводиться бурильником;

блокування і сигналізацію.

Рисунок 19.1. Пульт бурильника:

1 - пульт бурильника електричний; 2 - відеопереглядовий пристрій;

3 - важіль управління двигуном лебідки; 4 - важіль управління механічним гальмом лебідки; 5 - кран управління клиновим захопленням ротора

Система управління приводом насосів забезпечує:

включення і відключення приводу насосів і допоміжних механізмів, що відносяться до них, з ПБ або з пульта насоса;

вибір насоса;

задання швидкості насоса і часу розгону, обмеження моменту і потужності двигуна;

включення двигунів підпірних насосів;

блокування і сигналізацію.

З пульта насоса проводиться;

вибір пульта управління ПБ або ПН;

завдання швидкості насоса (якщо вибраний ПН);

вибір режиму управління роботою підпірного насоса;

включення приводу насоса.

Система управління приводом ротора забезпечує:

включення і зупинку приводу, вибір напряму обертання перемиканням з ПБ;

задання величини швидкості ротора, уставок обмеження струму і потужності двигуна;

блокування і сигналізацію.

Рисунок 19.2. Лицьова панель пульта бурильного електричного типу ПУВ-Б

Гідравлічне управління

Гідравлічне управління призначене для оперативного дистанційного управління. Прикладом є управління превенторами і засувками маніфольда.

Оперативне дистанційне управління превенторами і засувками маніфольда здійснюється з взаємно зблокованих пультів: основного і допоміжного. Схема гідравлічного управління розрахована на дистанційне управління трьома плашковими превенторами, одним універсальним і двома засувками маніфольда.

Пневматичне управління

В даний час бурові установки для глибокого буріння, як правило, мають комбіноване електричне і пневматичне управління. Як показала практика буріння, ці системи володіють певними перевагами перед іншими системами управління. Переваги пневматичної системи полягають в легкості і плавності дистанційного керування, незначних фізичних зусиль при роботі на пульті, швидкості дій, простоті конструкції, пожежній безпеці.

Пневматична система виконує функції:

1. Основні (рис. 19.3):

дистанційне управління з пультів бурильника (його помічників), дизеліста механізмами, що мають пневматичний привід;

пневмопрівод засобів механізації;

спільно з електричною системою бере участь в створенні блокувань, що виключають можливість виникнення аварійного режиму роботи;

створення і автоматична підтримка запасу стислого повітря.

2. Допоміжні (рис. 19.4):

подача води з водяного колодязя для технологічних потреб;

забезпечення роботи струменевих насосів;

продування комунікацій.

Рисунок 19.3 - Основні функції пневматичної системи управління

Рисунок 19.4 - Допоміжні функції пневматичної системи управління

Склад і в’язкість повітря при зміні температури практично постійні, що дозволяє застосувати одні і ті ж системи пневматичного керування в різних кліматичних умовах. Повітря, як робочий агент, нешкідливий, безпечний в пожежному відношенні і не є дефіцитом, викликає меншу корозію, ніж вода чи мастило, гідравлічні удари при швидких переключеннях не виникають. В пневматичних системах управління повітря випускається в атмосферу в любому місці.

Повітряні системи на бурових установках широко використовуються для механізації допоміжних процесів.

Недоліком пневматичної системи є вміст вологи в повітрі, що потребує повітроосушуючих пристроїв, і низький коефіцієнт корисної дії.

Вся система керування складається зі наступних основних пристроїв:

1) пристрої для підготовки робочого агенту (повітря) і підтримання його параметрів;

2) керуючі пристрої для керування виконувальними механізмами (багатоходові крани різноманітних типів, вимикачі);

3) виконавчі механізми – пневматичні муфти, циліндри, діафрагми та інші пристрої, які безпосередньо здійснюють функції з’єднання валів, гальм і т.п.

Агрегати цих груп з’єднані між собою комунікаціями (пристроями для підведення робочого агенту, в нашому випадку повітря, до виконавчих механізмів).

Основними виконавчими механізмами системи пневматичного управління є муфти зчеплення, гальмо, циліндри пневморозкріплювача і т.п.

Як показала практика буріння, системи пневматичного управління володіють значними перевагами перед іншими системами управління.

Введення пневматичного дистанційного управління пневматичними фрикційними муфтами дозволило значно полегшити роботу обслуговуючого персоналу і забезпечити чіткість управління буровими установками.

Прилади управління пневматичною системою як основною частиною системи управління буровою установкою розміщуються поряд з електричними приладами управління на пульту бурильника, його помічників і дизеліста. Розміщення приладів управління, і їх компоновка на пультах повинні в найбільш повній мірі забезпечити можливість керування технологічним обладнанням бурової установки, при умові здійснення всіх операцій по проводці свердловини з дотриманням встановлених норм і правил безпеки, ергономіки, дизайну.

Пневматичні системи бурових установок характеризують наступними основними параметрами:

- номінальний тиск пневмоприводу, МПа 0,8

- витрата стиснутого повітря за рахунок виконання

основних і допоміжних функцій, м ³/хв 5,5

- умовний прохід повітропроводу максимальний, мм 50

- температурний діапазон експлуатації пневмосистеми

відповідає діапазону робіт обладнання бурової установки і,

як правило складає , С⁰ -45 до +45

- довжина лінії керування до 30 м при швидкості дії, с 1,5

Схема пневматичного управління любої бурової установки складається зі схем пневматичного управління агрегатами енергетичного, вишково-лебідкового і насосного блоків.