На буровых установках морского бурения, используемых при разработке месторождений углеводородного сырья в ак­ватории Северного моря, широкое применение получили си­ловые вертлюги (используются также другие названия этого механизма: верхний привод (Top Drive), верхний вращатель). Силовой вертлюг выполняет вращательные функции ротора и, кроме того, обладает рядом дополнительных возможностей.

Рис. б. б. Общий вид верхнего привода (сило­вого вертлюга):

/ — направляющие; 2 — талевый блок; 3 — балансирующее устройство; 4 — интегриро­ванное устройство вращателя; 5 — устройст­во привода с электродвигателем (установлен сзади); 6 — гибкий буровой шланг; 7 — вспомогательный кабель-шланг; 8 — штропы подвески элеватора; 9 — элеватор; 10 — ра­бочая площадка буровой установки; 11 — верхняя муфта бурильной трубы; 12 — узел соединения привода с верхней бурильной трубой

Напомним, что буровой вертлюг обычной конструкции представляет собой механизм, подвешенный к талевому блоку и передающий про­мывочную жидкость от гибкого подводящего шланга к колонне бу­рильных труб, вращающейся с по­мощью механизма ротора.

Силовой вертлюг отличается от обычного наличием собственного привода для вращения КБТ. Общий вид силового вертлюга (в положе­нии, соответствующем спуску - подъему КБТ) показан на рис. 6.6.

Интегрированное устройства вра­щателя 4 прикреплено с помощью цепной балансирующей подвески 3 к талевому блоку 2. В режиме спус­коподъемных операций эта система движется вертикально по направ­ляющим 1, причем ось системы сов­падает с осью скважины. Приводное устройство 5 включает в себя элек­тродвигатель и редуктор, возможен вариант конструкции с использова­нием гидропривода. Буровой рас­твор подводится к вертлюгу с по­мощью гибкого шланга 6. По вспо­могательному гибкому кабель-шлангу 7 подается питание к электродвигателю, а также вода или чистый воздух для охла­ждения двигателя. В процессе спускоподъемных операций к силовому вертлюгу с помощью штропа 8 подвешивается эле­ватор 9, который служит для захвата муфты верхней бу­
рильной трубы И. При бурении элеватор и штропы снима­ются, верхний конец бурильной трубы привинчивается к со­единительному устройству 12, которое является выходным валом вращателя. В качестве электропривода используется электродвигатель постоянного тока, вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов или асинхронный ко­роткозамкнутый двигатель, управляемый от преобразователя частоты. При необходимости реверс осуществляется ревер­сированием двигателя. Реактивный момент, возникающий в процессе бурения, воспринимается направляющими.

Требования к электроприводу силового вертлюга, его ме­ханические характеристики и структура управления анало­гичны электроприводу ротора. Электрооборудование силово­го вертлюга по возможности унифицируется с электрообо­рудованием других механизмов. Например, если применяется электродвигатель постоянного тока, то он выбирается той же серии, что и для других буровых механизмов, но вертикаль­ного исполнения.

Силовой вертлюг по сравнению с традиционным механиз­мом ротора имеет следующие преимущества:

1. Отпадает необходимость вращать КБТ ротором с по­мощью специальных вкладышей в роторе, образующих квадратное отверстие, и ведущей квадратной трубы, что упрощает и ускоряет подготовку бурильного инструмента к работе.

2. В связи с отсутствием квадратной трубы облегчаются и сокращаются по времени операции по наращиванию буриль­ных труб.

3. Благодаря постоянной готовности системы вращения КБТ уменьшается вероятность ее прихватов в скважине.

4. Улучшается возможность боле точного ориентирования бурильного инструмента по азимуту, что весьма важно при наклонном бурении.

5. Экономится время при выполнении операции свинчива­ния и развинчивания бурильных труб.

6. Значительно экономится рабочее время, так как работа осуществляется с секциями бурильных труб, причем каждая секция состоит из трех свечей. Секции монтируются заранее и хранятся вертикально в обойме, расположенной внутри буровой вышки.

7. Время подъемных операций с КБТ сокращается на 16 %, а спуска — на 30 %.

8. Агрегат почти в 2 раза имеет меньшую массу и площадь.

9. Упрощается техническое обслуживание.

10. Монтаж агрегата осуществляется в течение нескольких часов.

Основные преимущества электропривода достигаются за счет меньшего момента инерции асинхронного двигателя по сравнению с двигателем постоянного тока.

Из зарубежных компаний, выпускающих верхний привод, наиболее известными являются американская «Varco» и ка­надская «Сапгід». Компания «Varco» выпускает несколько систем верхнего привода TDS (Top Drive Sistem), позволяю­щих выполнять операции как с бурильными, так и с обсад­ными трубами.

Технические характеристики взрывозащищенного частот­но-регулируемого асинхронного электродвигателя марки HXR450LM8 на напряжение 690 В производства компании АВВ, используемого в верхнем приводе типа TDS-7S, приве­дены в табл. 6.4.

Указанная система верхнего привода эксплуатируется на месторождениях норвежского сектора Северного моря.

Преимущества верхнего привода особенно проявляются в морском бурении и состоят в следующем: высокая произво­дительность, низкая стоимость обслуживания, экономичность, безопасность, соответствие требованиям охраны окружаю­щей среды.

Работы по созданию верхнего привода грузоподъемностью 500 т ведутся в ОАО «Уралмаш». Намечается разработка всей гаммы приводов для буровых установок ОАО «Уралмаш» с увязкой работы верхнего привода с комплексом автоматиза­ции спускоподъемных операций (АСП).