Приводы для нефтегазовой отрасли: буровые лебёдки, насосы, ГПА и гидравлика устьевого оборудования
Нефтегазовая отрасль ставит перед приводным оборудованием задачи, которые редко встречаются вместе в других переделах: пиковые мощности до 10 МВт на магистральных нефтеперекачивающих насосах и ГПА компрессорных станций, двойные тормозные системы буровых лебёдок с обязательным аварийным контуром, мощные клиноремённые и редукторные передачи буровых грязевых насосов 800–2200 кВт, плотная гидравлика превенторов и спайдеров. На устье скважины открытого цикла атмосфера обычная, но возможны газовые выделения — поэтому часть приводов выполняется в Ex-исполнении. Подбор оборудования идёт под пиковые моменты с запасом 1,5–2,5 и под условия, когда отказ одной единицы парализует целое месторождение.
Типовые задачи отрасли
- Привод барабана буровой лебёдки (drawworks) грузоподъёмностью 100–500 тс — электродвигатель + редуктор + двойная тормозная система (рабочий ленточный/дисковый + аварийный)
- Привод ротора бурового стола (rotary table) — двигатель через редуктор и зубчатую муфту, момент на столе до 60 кН·м, реверсивный режим при бурении и проработке
- Буровые насосы (mud pumps) мощностью 800–2200 кВт через клиноремённую или редукторную передачу — длительный режим S1, давление нагнетания до 35 МПа
- Магистральные нефтеперекачивающие насосы — высоковольтные двигатели 2000–8000 кВт на 6/10 кВ, регулирование производительности через ВВ-преобразователь частоты
- Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) на компрессорных станциях с электроприводом 6300–32 000 кВт — синхронные/асинхронные ВВ-двигатели как альтернатива газовым турбинам
- Сервисные и капитально-ремонтные лебёдки агрегатов КРС/ПРС с рекуперацией энергии торможения через ВВ-инвертор
- Гидравлические системы превенторных установок (BOP), спайдеров, элеваторов — станции 16–35 МПа с дублированием насосов и аккумуляторными батареями
- Грязевые шламовые насосы и центрифуги для очистки бурового раствора — приводы 75–315 кВт с регулированием через ПЧ
Редукторы
В нефтегазовом приводе редуктор работает там, где требуется передать большой момент при малой скорости (барабан буровой лебёдки, ротор бурового стола) либо где двигатель и рабочая машина имеют принципиально разные обороты (магистральные насосные агрегаты, ГПА со скоростью турбоагрегата). Главные критерии — сервис-фактор не ниже 1,8 для буровых задач, расчётный ресурс по подшипникам выходного вала под комбинированную радиально-осевую нагрузку, способность работать в режиме частых реверсов с пиковыми моментами 2,5 номинального.
Редуктор буровой лебёдки (drawworks)
Двух- или трёхступенчатый цилиндрический редуктор с шевронной выходной передачей передаёт момент от приводного двигателя на барабан лебёдки. Установки грузоподъёмностью 100–500 тс комплектуются редукторами CGC серий ZSY/ZLY с расчётным ресурсом не менее 25 000 ч. Реверсивный режим при спуско-подъёмных операциях требует тщательной балансировки роторных масс и допуска угловых смещений выходного вала под зубчатую муфту к барабану.
- — Передаточное отношение 8–25
- — Выходной момент 80–600 кН·м под крюковую нагрузку
- — Сервис-фактор ≥ 1,8 для бурения, ≥ 2,0 для КРС/ПРС
- — Реверсивный режим до 30 циклов в час
- — Принудительная циркуляционная смазка с маслоохладителем
Редуктор ротора бурового стола
Конический или коническо-цилиндрический редуктор с встроенной зубчатой муфтой к карданному валу от лебёдки. Передаёт момент до 60 кН·м на столе ротора при оборотах 0–250 об/мин, реверсивный режим при ловильных работах и проработке ствола. На современных буровых станках с верхним приводом ротор используется как страховочный — но редуктор всё равно должен выдерживать полную циклограмму бурения.
- — Момент на выходе 30–60 кН·м
- — Допустимый реверс под нагрузкой до 50 циклов в смену
- — Зубчатая муфта со стороны входного вала
- — Уплотнения с защитой от попадания бурового раствора
Редукторная передача бурового насоса
Альтернатива клиноремённой передаче — встроенный редукторный блок между двигателем и трёхпоршневым насосом. Применяется в современных насосах FA/FB-серии мощностью 1600–2200 кВт. Один корпус, более компактная компоновка, меньше обслуживания (не нужно регулярно менять ремни), но требуется тщательное центрирование валов и виброгашение фундамента.
- — Передаточное отношение 4,5–6,5 (двигатель 750–1000 об/мин → насос 100–150 об/мин)
- — Момент на выходе 150–250 кН·м
- — Сервис-фактор ≥ 1,5
- — Виброизолирующие опоры под фундаментом
Мотор-редукторы вспомогательного оборудования буровой
K- и F-серии BONENG используются на приводе шламовых конвейеров, виброситовых установок, центрифуг и грязевых насосов системы очистки бурового раствора. Длительный режим S1 в условиях запылённости и масляного аэрозоля. Важна стойкость уплотнений к буровому раствору на углеводородной основе.
- — Мощность 1,5–75 кВт
- — K-серия (коническо-цилиндрические) или F-серия (параллельные)
- — Уплотнения NBR/FKM, стойкие к углеводородам
- — Класс защиты IP55, исполнение для тропического климата
Редукторы магистральных насосных агрегатов
Между ВВ-двигателем 6/10 кВ и магистральным нефтепроводным насосом ставится одноступенчатый параллельный или соосный редуктор-мультипликатор, если двигатель тихоходный, а насос рассчитан на 3000–4500 об/мин. Длительный режим S1, требования к балансировке G2.5, маслоохладительная станция.
- — Передаточное отношение 1,5–3,5 (мультипликатор)
- — Балансировка ротора G2.5
- — Принудительная смазка с фильтрацией и охлаждением
- — Контроль вибрации по ISO 10816-3
Электродвигатели
Нефтегаз — одно из главных применений высоковольтных машин 6, 10 и 11 кВ мощностью от 800 кВт до 32 МВт. Магистральные нефтеперекачивающие насосы, ГПА компрессорных станций, главные приводы буровых установок верхнего привода — всё это область ВВ-двигателей. Параллельно используется обширный парк низковольтных машин 0,4 кВ для вспомогательных приводов, причём часть из них — во взрывозащищённом исполнении (Ex d, Ex e) для устьевой зоны и площадок ГРП.
Двигатели магистральных нефтеперекачивающих насосов
Высоковольтные асинхронные или синхронные двигатели 2000–8000 кВт на 6 или 10 кВ. Длительный режим S1, регулирование производительности через ВВ-преобразователь частоты — это экономит до 25 % электроэнергии по сравнению с дросселированием задвижками. Серии WOLONG WD3000 и YHTM с принудительным водяным охлаждением рассчитаны на работу 24/7 в течение 8000 ч между ТО.
- — Мощность 2000–8000 кВт, напряжение 6/10 кВ
- — КПД на номинале не ниже 96 %
- — Возможность работы с ВВ-инвертором (изоляция класса H)
- — Изолированный подшипник со стороны противоположной от муфты
- — Контроль вибрации, температуры обмоток и подшипников Pt100
Двигатели ГПА компрессорных станций (электропривод)
Электропривод ГПА — альтернатива газовым турбинам ГТУ, экономически выгодная при наличии резерва мощности в энергосистеме и давлении 6,3–7,5 МПа на нагнетании. Применяются синхронные двигатели мощностью 6300–32 000 кВт на 10 кВ с возбуждением от бесщёточного возбудителя. Регулирование производительности — через ВВ-преобразователь частоты, что критично для работы с переменным расходом газа.
- — Мощность 6300–32 000 кВт, напряжение 10/11 кВ
- — Синхронный с бесщёточным возбудителем (преимущественно)
- — Скорость 1500–5500 об/мин под центробежный компрессор
- — Принудительное охлаждение IC81W (вода-воздух) или IC616 (воздух-воздух)
- — Совместимость с ВВ-инвертором по NEMA MG1 Part 31
Главные приводы буровых установок
Современные буровые установки имеют мощность по приводам 600–2200 кВт, разделённую между лебёдкой, насосами и ротором. Применяются как DC-машины с тиристорным управлением (старые установки), так и AC-двигатели с ВВ-преобразователем (новые). WOLONG поставляет двигатели обеих категорий, включая взрывозащищённые серии YBX3 для устьевой зоны, где возможны газовые выделения.
- — Мощность 600–2200 кВт, напряжение 0,69 кВ или 6 кВ
- — Пусковой момент ≥ 1,8 номинального под нагрузку колонны
- — Тепловой запас на S4 — 60 пусков в час при СПО
- — Ex-исполнение YBX3 (Ex d IIB T4) для устьевой зоны
- — Принудительная вентиляция с резервом по охлаждающему воздуху
Двигатели буровых грязевых насосов
Один из самых нагруженных приводов на буровой — двигатель грязевого насоса 800–2200 кВт работает в режиме S1 при подаче бурового раствора 30–60 л/с с давлением до 35 МПа. Применяются как асинхронные машины WOLONG YE/YBX3 на 6 кВ, так и DC-двигатели для буровых старого парка. Запуск — через софт-стартер или прямой пуск (ПР) при достаточной мощности секции.
- — Мощность 800–2200 кВт
- — Длительный режим S1 в течение бурения скважины (30–90 суток)
- — Опция Ex-исполнения для близких к устью буровых
- — Тепловой класс F с резервом по B
- — IP55 минимум, защита от запылённости и масляного аэрозоля
Тормозные системы
Буровая лебёдка — установка, на которой требование к тормозам максимальное во всей промышленности: при подъёме колонны массой до 500 тонн отказ тормоза означает падение колонны в скважину и потерю скважины целиком. Поэтому стандарт API Spec 7K и ГОСТ Р 53364 требуют две независимые тормозные системы: рабочую (управляемую бурильщиком) и аварийную (срабатывающую при пропадании питания или превышении скорости спуска). Аналогичные требования действуют на устьевых лебёдках агрегатов КРС/ПРС, спайдерах и элеваторах.
Главный (рабочий) тормоз буровой лебёдки
Ленточный или дисковый тормоз на барабане лебёдки управляется бурильщиком через рычаг и подушку с пневматическим/гидравлическим усилителем. Современные установки оборудованы дисковым многосекторным тормозом HUAWU DBS с водяным охлаждением — он позволяет регулировать скорость спуска колонны без перегрева. Старые установки используют ленточный тормоз с тормозными колодками.
- — Тормозной момент с запасом 1,75–2,0 от пиковой нагрузки крюка
- — Водяное охлаждение тормозных дисков (для дисковых)
- — Гидравлический или пневматический усилитель привода
- — Ресурс тормозных накладок не менее 200 СПО
- — Возможность ступенчатого регулирования скорости спуска
Аварийный тормоз буровой лебёдки
Дисковый тормоз с пружинным замыканием и гидравлическим растормаживанием — отдельный комплект, не зависящий от рабочего тормоза. При пропадании питания, нажатии аварийной кнопки или превышении уставки скорости спуска (обычно 1,5 от номинальной) тормоз автоматически замыкается за 0,15–0,3 с. Серии HUAWU YPZ2/SBD и ZHONGHAI SB рассчитаны на удержание полной нагрузки колонны и сертифицированы по API 7K.
- — Пружинное замыкание, гидравлическое растормаживание
- — Время замыкания при отключении питания ≤ 0,3 с
- — Тормозной момент ≥ 1,75 от полной нагрузки колонны
- — Контроль износа накладок и положения (концевые выключатели)
- — Сертификация API 7K или ГОСТ Р 53364
Тормоза устьевых лебёдок (КРС/ПРС, агрегаты А-50, А-60)
Устьевая зона на скважине открытого цикла — место, где возможны газовые выделения при работе с пластом. Поэтому тормоза агрегатов капитального и подземного ремонта скважин выполняются в Ex-исполнении: ZHONGHAI SBD-Ex, HUAWU YWZ-Ex с двойной системой замыкания. Сама лебёдка КРС не такая мощная, как буровая (грузоподъёмность 30–80 тс), но требования по двум независимым тормозам сохраняются.
- — Ex d IIB T4 для устьевой зоны
- — Двухтормозная схема (рабочий + аварийный)
- — Тормозной момент с запасом 1,75 от номинального
- — Стойкость к атмосферным осадкам и солевому туману на морских платформах
- — Возможность ручного растормаживания для эвакуации колонны
Тормоза приводов буровых насосов и роторов
Колодочные тормоза TKT/TKK с электрогидравлическим толкателем устанавливаются на быстроходном валу между двигателем и редуктором/шкивом. Их задача — остановить ротор насоса при отключении питания и предотвратить обратное вращение жидкости через насос. Также применяются на приводе ротора бурового стола для фиксации колонны при свинчивании/развинчивании.
- — Электрогидравлический толкатель Ed-50–Ed-301
- — Время замыкания ≤ 0,5 с
- — Возможность ручного растормаживания при ТО
- — Контроль износа накладок (концевой выключатель)
Муфты
Между основными агрегатами бурового и насосного оборудования стоят муфты четырёх типов: зубчатые барабанные на буровых лебёдках и роторах (большие моменты, компенсация смещений), карданные шпиндели на роторах с верхним приводом, упругие пальцевые на грязевых и магистральных насосах (демпфирование пульсаций), гидродинамические на буровых насосах (мягкий пуск, защита от перегрузки). Подбор идёт под крутящий момент с запасом 1,5–2,5 и под допустимое смещение валов после температурного расширения.
Зубчатые муфты буровых лебёдок и роторов
YONGJING GIICL и LONGXUAN WGZ — двухвенцовые барабанные зубчатые муфты, передающие моменты до 600 кН·м с компенсацией радиальных и угловых смещений. Применяются между редуктором лебёдки и барабаном, между карданным валом и редуктором ротора. Бочкообразная форма зуба обеспечивает работу при угловых смещениях до 1,5°, что критично при тепловом расширении корпусов после нескольких часов СПО.
- — Момент 50–600 кН·м
- — Компенсация угла смещения до 1,5°
- — Густая смазка через тавотницу, интервал 6 месяцев
- — Сертификация API 7K для буровых задач
Карданные шпиндели приводов ротора и верхнего привода
YONGJING SWP/SWC — карданные передачи универсального типа для соединения редуктора с ротором бурового стола или верхним приводом. Допускают значительные осевые перемещения (до 200 мм) и угловые смещения (до 10° на каждом шарнире), что необходимо при компенсации хода талевого блока и температурных деформациях.
- — Момент 30–200 кН·м
- — Допустимый угол перекоса в шарнире до 10°
- — Стальные кованые крестовины с подшипниками качения
- — Балансировка по ГОСТ 22061-76 при оборотах > 500 об/мин
Гидродинамические муфты буровых насосов
JIAOHUA YOX/COX — заполненные маслом гидромуфты, обеспечивающие плавный пуск трёхпоршневых насосов под нагрузкой и защиту двигателя от перегрузки при гидроударе или закупорке нагнетательной линии. Скольжение в номинальном режиме 2–3 %, плавкая пробка с уставкой 145–160 °C сбрасывает масло наружу при перегреве. Применение особенно оправдано при прямом пуске двигателя (без софт-стартера или ПЧ).
- — Скольжение в номинале 2–4 %
- — Плавкая пробка с уставкой 145–160 °C
- — Заполнение маслом 70–85 % внутреннего объёма
- — Тепловой запас на 4–6 пусков в час под нагрузкой
Упругие пальцевые муфты магистральных и грязевых насосов
LONGXUAN LX (LMC) и YONGJING LMS — пальцевые муфты с эластичными втулками для соединения двигателей с насосами. Демпфируют ударные нагрузки на пуске и пульсации крутящего момента от поршневых насосов. На магистральных насосах часто совмещаются с предохранительной муфтой со срезным пальцем — это защищает редуктор и двигатель при заклинивании рабочего колеса.
- — Момент 5–125 кН·м
- — Компенсация радиального смещения 0,2–1,0 мм
- — Срок службы эластичных элементов не менее 30 000 ч
- — Опция предохранительного срезного пальца
Галерея применений
Наши решения для отрасли
Бренды портфеля SDS, которые покрывают типовые применения в этой отрасли.
- WOLONGвысоковольтные двигатели нефтеперекачки и ГПА (WD3000, YHTM) мощностью до 12 МВт; буровые двигатели DC и AC; взрывозащищённые YBX3 для устьевой зоны
- CGCредукторы буровых лебёдок и роторных столов серий ZSY/ZLY с сервис-фактором ≥ 1,8, ресурс не менее 25 000 ч под пиковыми нагрузками СПО
- HUAWUтормозные системы буровых лебёдок — рабочий дисковый с водяным охлаждением (DBS) + аварийный пружинный (YPZ2/SBD), сертификация API 7K
- JINGUдисковые тормоза буровых установок и устьевых лебёдок, сертифицированные исполнения для нефтегазовой отрасли
- ZHONGHAIEx-тормоза для устьевых лебёдок агрегатов КРС/ПРС (SBD-Ex), исполнение Ex d IIB T4 для зон с возможными газовыми выделениями
- YONGJINGзубчатые барабанные муфты GIICL для буровых лебёдок и роторов, карданные шпиндели SWP/SWC для приводов ротора и верхнего привода
- LONGXUANбарабанные зубчатые муфты WGZ, упругие пальцевые LX для магистральных и грязевых насосов с компенсацией пульсаций
- JIAOHUAгидродинамические муфты YOX/COX для буровых грязевых насосов — мягкий пуск, защита двигателя при гидроударе и закупорке линии
- BONENGмотор-редукторы вспомогательных приводов буровой — конвейеры шлама, вибросита, центрифуги системы очистки бурового раствора
- HUALIобщепромышленные двигатели низкого напряжения для вспомогательных приводов нефтепромысловой инфраструктуры
- DONLYключевой бренд для гидравлики бурового оборудования — цилиндры, гидростанции, клапаны для превенторных систем (BOP), спайдеров, элеваторов; рабочее давление до 35 МПа
- HUADEгидравлические клапаны и распределители для устьевого оборудования и систем управления превенторов
- INIгидрокомпоненты для систем управления буровым и насосным оборудованием
- INVTнефтегазовые ВВ-преобразователи частоты для регулируемых приводов магистральных насосов и ГПА, рекуперация энергии торможения сервисных лебёдок