Буровая лебёдка (БЛ) предназначена для подъёма и спуска колонны бурильных труб с целью замены износившегося долота. Процесс подъема из скважины колонны, состоящей из отдельных свечей, представляет собой чередование основной и вспомогательных операций:
-основная операция - подъем бурильной колонны на длину одной свечи (около 25 м);
- вспомогательные операции: установка колонны на стол ротора; отвинчивание поднятой свечи от бурильной колонны и установка ее внутри буровой на подсвечник;
- спуск незагруженного элеватора для захвата колонны.
Спуск колонны производят в обратной последовательности. Продолжительность подъема и спуска каждой свечи складывается из машинного и машинно-ручного времени. Машинное время – это продолжительность работы главного привода и представляет собой время подъема (спуска) колонны на длину одной свечи. Время, затрачиваемое на машинно-ручные операции – это время выполнения вспомогательных операций. Кроме спуска и подъема бурильных и обсадных труб с помощью лебедки выполняют также следующие операции: удержание колонны труб на весу в процессе бурения или при промывке скважины; приподъем бурильной колонны бурильных труб при ее наращивании; вспомогательные работы по свинчиванию и развинчиванию труб; по подтаскиванию в буровую оборудования, труб и др. Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены подъемный и трансмиссионный валы, коробка перемены передач, тормозная система, включающая основной (ленточный) и вспомогательный (регулирующий) тормоза, пульт управления. Все механизмы закрыты предохранительными щитами. Подъемный вал лебедки, получая вращение от коробки передач, преобразовывает вращательное движение силового привода в поступательное движение талевого каната, подвижный конец которого закреплен на барабане подъемного вала. Нагруженный крюк поднимается с затратой мощности, зависящей от веса поднимаемых труб, а спускается под действием собственного веса труб или талевого блока, крюка и элеватора, когда элеватор опускается вниз за очередной свечой. Для повышения КПД во время подъема колонны переменного веса лебедку или ее привод выполняют многоскоростными. Переключение с высшей скорости на низшую и обратно осуществляется фрикционными оперативными муфтами, обеспечивающими плавное включение. Во время подъема колонн различного веса скорости в коробках передач переключают периодически. При подъеме колонны по мере уменьшения числа свечей длина и вес колонны бурильных труб дискретно уменьшаются. При этом дискретно уменьшается момент статического сопротивления на валу приводного электродвигателя (ЭД). Для выполнения приведенного условия электропривод БЛ должен обеспечивать многоступенчатое регулирование скорости вращения. Передаточные числа, число передач и диапазон регулирования частоты вращения ЭД выбирают таким образом, чтобы характеристика привода была близка к кривой постоянной мощности, которой в координатах Q, w соответствует «кривая постоянства мощности» на рисунке 2.7. В случае если скорость подъема колонны регулируется с помощью четырехскоростной (I, II, III, IV) трансмиссии и в качестве привода используется синхронный двигатель, у которого скорость не зависит от момента, вместо непрерывной параболы в координатах Q, ω получаем четырехступенчатую ломаную 1-2-3-4-5-6-7-8, проходящую ниже кривой постоянства мощности. Поэтому потребляемая от двигателя мощность при любом весе колонны (кроме точек 1, 3, 5, 7) будет меньше номинальной, и двигатель будет практически всегда недогружен. При этом КПД и коэффициент мощности двигателя будут ниже номинальных, что приведет к повышению потерь электроэнергии, как в двигателе, так и в питающей сети. Для увеличения среднего коэффициента загрузки электропривода БЛ в начале работы на каждой из передач (в точках 1, 3, 5, 7) допускается перегрузка двигателя. Допустимые коэффициенты перегрузки зависят от типа БУ и мощности привода [21, 24]. В качестве примера рассмотрим режимы работы буровой лебедки ЛБУ-50. Номинальная мощность электродвигателя 315 кВт. Скорости подъема колонны и грузоподъемность на крюке лебедки приведены в таблице 1.
Кривая постоянства мощности двигателя и механическая характеристика буровой лебедки ЛБУ-50 по данным таблицы 1 приведены на рисунке 1. Как видно из рисунка в точках 1, 3, 5 и 7 ЭД работает с перегрузкой, а в точках 2, 4 и 6 ЭД недогружен.
Рисунок 1- Зависимость скорости подъема колонны от усилий (веса) на крюке