Тюменский индустриальный

ХАСАНОВ Р.М., ГЕЙМУР В.О., УСТИНОВ С.О.
 
ПРОГРАММНАЯ СИМУЛЯЦИЯ РАБОТЫ БУРОВЫХ НАСОСОВ 
Хасанов Р.М., бакалавр, [e-mail] 
Геймур В.О., бакалавр, [e-mail] 
Устинов С.О., бакалавр, [e-mail] 
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет 
Аннотация. 
В данной работе поставлена и решена задача описания математических 
моделей элементов циркуляционной системы бурового раствора, являющейся составной 
частью буровой установки, с целью построения программного симулятора 
технологического процесса бурения. Разрабатываемый симулятор позволит 
обслуживающему персоналу, буровой бригаде, получить посредством обучения на 
графическом терминале необходимые для работы с оборудованием навыки перед тем, 
как непосредственно приступить к выполнению работ, что способствует снижению 
рисков возникновения аварийных ситуаций, непроизводительных простоев. 
Ключевые слова:
симуляция, программа, буровая, модель. 
В предыдущей статье была обусловлена необходимость создания 
обучающей программы для буровой бригады непосредственно на рабочем 
месте, симулирующей процесс бурения [1]. Реализация программы 
симуляции на данный момент сводится к декомпозиции комплекса 
оборудования буровой установки на подсистемы с целью подробного 
изучения моделей элементов, входящих в каждую подсистему. 
Одной из составных частей буровой установки является 
циркуляционная система (Рис. 1), включающая в себя комплекс элементов, 
связанных с движением, распределением, обработкой, отводом и 
хранением бурового раствора, и необходимая в процессе бурения скважин 
с целью: 
– 
поддержания шлама (разбуриваемой породы) во взвешенном 
состоянии, не допуская оседания; 
– 
поднятия шлама на поверхность, тем самым очищая дно забоя; 
– 
очистки бурового раствора от примесей выбуренной породы и его 
дегазации; 
– 
охлаждения долота при бурении. 
Подачу и циркуляцию раствора обеспечивают буровые насосы. 
Процесс работы оборудования состоит из трех этапов:
– 
от двигателя к выходному валу через редуктор сообщается 
вращательное движение; 
– 
в механической части бурового насоса кривошипное устройство и 
система шатунов преобразуют вращательный момент в возвратно-
поступательное движение поршней; 
70 

---

– 
перемещающийся внутри цилиндра поршень создает зону 
пониженного давления, в которую засасывается буровой раствор, после 
чего повышается давление внутри подающего трубопровода, клапан 
подачи открывается и раствор выталкивается из цилиндра. 
Рис. 1. Схема системы циркуляции бурового раствора 
Данный процесс повторяется беспрерывно, пока работает насос. 
Преобразователь частоты используется для регулирования скорости 
асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором за счёт 
формирования в обмотках статора напряжений и токов частотой отличной 
от частоты источника питания, то есть преобразует неизменное трехфазное 
напряжение питания с частотой 50 Гц в напряжение с изменяемой 
частотой [2]. Преобразователь состоит из силовой части, включающей 
выпрямитель, фильтр, инвертор на транзисторах IGBT, и системы 
управления, осуществляющей контроль, диагностику и защиту 
преобразователя частоты. 
Связь частоты вращения ротора двигателя с частотой напряжения 
питания обмотки статора определяется по общеизвестной формуле (1): 
60
f
n
p
⋅
=
, 
(1) 
где 
p
– 
число пар полюсов статора;
 n
– 
частота вращения магнитного поля 
статора.
Изменением посредством преобразователя частоты на входе 
двигателя регулируется скорость вращения ротора, что, соответственно, 
ведет к изменению расхода бурового раствора, поступающего в скважину. 
Как динамическая система асинхронный трехфазный двигатель 
описывается нелинейным дифференциальным уравнением первого 
порядка (2): 
71 

---

max
2
(1
)
2