基于PLC的电动修井机电气控制系统设计

随着"十二五"规划中"加快建设资源节约型、环境友好型社会"任务的提出,电驱动作业机在油田的推广势在必行。为此,研制了XJ40型橇装式电动修井机,并针对XJ40型电动修井机工作特点,提出了一种基于PLC的电动修井机电气控制系统。在设计电动修井机电气主电路的基础上,分析了电气系统的控制要求及组成,给出了系统硬件和软件设计方案。现场试验结果表明,该系统性能可靠,自动化程度高,完全满足油田现场作业要求。电动机在修井作业过程中工作效率高,无废气排放,噪声低,符合国家节能减排的要求。     

XJ70DB电动修井机的研制与应用

鉴于柴油机驱动修井机存在废气排放量大,噪声污染严重,工作效率低,以及安全隐患多等技术缺陷,研制了XJ70DB电动修井机。整机采用模块化设计,主要包括电驱绞车模块、液压控制模块和电气控制模块。其中,电驱绞车采用双速电机加齿轮减速箱传动方案,以双速电机变极调速取代机械换挡调速,操作方便,结构简单,运行可靠,噪声低。采用盘式刹车与绞车电机能耗制动联合刹车技术,刹车准确可靠,启停平稳。电气控制系统采用PLC集中控制,为修井作业创建了数字化、自动化和信息化平台,全面提升修井机自动化水平。23口井的现场试验结果表明,该电动修井机具有节能环保、安全高效、自动化程度高及操作方便等优点。     

LNG燃气动力修井机开发及应用

国内修井机大多采用柴油作为动力,存在修井作业成本高以及污染排放量大等经济和环保问题。液化天然气(LNG)作为一种优质、高效的新型低碳能源,被认为是较理想的车用发动机代用燃料。阐述了LNG燃气动力修井机的组成、燃气供气系统及燃料加注系统工作原理,对比分析了LNG燃气动力修井机的动力性、经济性和环保性。现场应用结果表明,LNG燃气动力修井机各项性能指标均满足油田现场修井作业需求,单井节省燃料费用34%,有害气体排放减少约85%,综合碳排放减少约95%,实现了修井作业低能耗、环保型生产,具有良好的经济效益和社会效益。     

自动化智能液压修井机结构设计

针对目前传统修井机小修作业存在的作业周期长、作业自动化程度低、人工劳动强度大、作业安全性差等问题,设计了一款新型自动化智能液压修井机,通过“‘PLC 程控/ 人控’多单元协调自动耦合控制+ 人机离线操控 ”的控制方式使修井机的各个关键系统相互协同作业,实现油田小型修井作业过程的自动化、无人化操作。该修井机改变了传统修井作业过程中管柱地面卧排的放置方式,采用管柱井口立放、双立根同时起下的工作模式,同时可以兼容单根起下、地面卧排的传统作业工艺, 与传统作业相比缩短了近20%~30% 的修井周期;采用全液压驱动方式,增加液压蓄能系统,通过变载荷变驱动方式的配置达到节能的目的,方便远程控制,同时提高了修井作业的安全性。     

多功能平台海洋修井机模块研制

针对胜利油田多功能平台面积小、井口组多、平台承载能力小和安全要求高等特点,研制了多功能平台海洋修井机模块。该模块主要由井架、底座、绞车、转盘、动力系统、控制系统和滑移系统等组成。修井机模块结构紧凑,整机安装在甲板导轨上,可沿导轨纵向和横向滑移,底座设有多个梯子和坡道安装位置,满足多井口组的修井作业;绞车采用气动钳盘式辅助刹车,质量轻;采用电喷防爆柴油机驱动,提高了修井作业的安全性。由有限元分析计算可知,修井机的强度、刚度和稳定性等均满足相关规范要求。该海洋修井机模块分别在不同平台上使用,完成现场上百口井的修井作业,使用效果良好。修井机布局合理,结构紧凑,安装及拆卸简单,便于海上吊装及运输。所得结论可为修井机模块的进一步优化和老平台改造提供参考。     

TJ12/70B型双动力轮式通井机的研制与应用

鉴于传统修井设备存在环境污染大,功率利用率低,维护和保养费用高等诸多问题,研制了TJ12/70B型双动力轮式通井机。该轮式通井机采用双动力技术,利用油田电网驱动高压调速电动机驱动绞车实现通井机修井作业,当电网断电或高压电机发生故障及特大载荷时,可以安全切换到柴油机驱动绞车进行修井作业,实现了高压调速电动机和柴油发动机双驱动的型式。开关磁阻电控系统与主机一体化安装,有利于控制作业成本、降低噪声及提高作业的可靠性。试验及现场应用结果表明,该轮式通井机电网驱动作业工况比柴油机驱动工况年碳排放减少984.68 t,距离主机中心20 m处噪声降低15 d B,与同级别交流变频修井机相比,作业速度快20%左右。     

JY5160TXJ10型车载式电驱修井机

针对XJ10型牵引式电驱动修井机存在的可操作性差、技术含量及作业效率低,另外需用履带式拖拉机牵引移运,会对道路产生破坏,转弯半径较大,井场占地面积大等问题,研制了JY5160TXJ10型车载式电驱修井机。该修井机采用车载式结构,电驱动、液力机械传动,电、气、液联和集中控制,具有移动性能好、传动平稳、操作方便、节约作业费用等优点。现场试验及应用表明,JY5160TXJ10型车载式电驱修井机能顺利完成修井作业,且作业效率较XJ10型牵引式电驱动修井机有很大提高;每台每月可完成定额作业33井次,创造产值13.2万元。     

SHL5290TXJ网电捞杆修井机的开发与应用

目前抽油杆断脱井使用的是常规修井机,柴油机功率在110 k W以上,负荷利用率低、噪声大、油耗高,不符合节能减排政策的要求。为此,研制了SHL5290TXJ网电捞杆修井机。该修井机主要由天车井架、自走式底盘、电控系统、液压系统、变频系统、绞车系统和操作系统组成,采用交流变频低速电机驱动,动力经减速传动箱传至滚筒,由滚筒钢丝绳带动大钩起升,达到修井作业目的。现场应用结果表明,该修井机由电网取得动力,取代了柴油发动机,节能环保,工作噪声低,可有效缩短作业准备时间,提高作业效率,特别适合小井场作业,经济效益显著。     

XJ700电动储能拖挂式修井机的研制

针对传统修井机功率配置大、传动效率低、污染严重以及网电修井机高压接电流程复杂等问题,研制了XJ700电动储能拖挂式修井机。该修井机由井场抽油机变压器供电,以"直流微网"技术为核心,实现了多种性质电源并网供电及电能合理分配,配备超级电容储能装置弥补变压器容量的不足,解决了小容量井场电源供电条件下使用大功率电机工作的难题。在完成型式试验基础上,进行了现场工业试验。试验结果表明:井场50 k VA变压器能够满足储能修井机作业,与常规柴油机驱动修井机相比,储能修井机节约燃料费用60%以上,作业效率提高30%;超级电容能够对绞车电机功率"削峰补谷",充放电响应及时,整机作业效率大幅提升,节能效果明显。该产品的研制成功为修井机油改电及电动修井机推广提供了有效解决方案。     

XJ450DB油电双动力钻修机开发

在介绍油电双动力修井机结构特点的基础上,通过柴油和电力2种动力单元在修井机上的能耗分析,展望其应用前景。油电双动力修井机,通过油田现有的工业电网系统,使用＂绿色环保＂的电力作为钻修机作业时的主要动力,替代现有的柴油机,可取得较好的经济效益和社会效益。     

网电储能修井机开发与应用

为解决目前油田网电修井机存在的问题,提出了一种车载式网电储能修井机。采用车载式底盘和电容储能技术,相比较于目前撬式网电修井机,在降低运输费用的同时能够节能减耗。现场试验和分析表明:车载网电储能修井机能够提高作业工作效率,在电网停电时有足够的电能完成封井作业,消除安全隐患。     

DZXJ20/1580双动力钻修机的研制

针对目前油田在用传统钻修机工作效率低、作业成本高以及存在噪声污染等问题,研制了DZXJ20/1580双动力钻修机。该型钻修机由双动力系统、传动系统、起升系统、旋转系统、气液电控制系统和运载车等部分组成,它配有双动力系统,即一台为柴油机,主要作为运载车行驶的动力,同时可以兼作钻修井作业的备用动力;另一台为交流异步电动机,利用工业网电电源供电,作为钻修井作业设备(绞车、转盘等)的主动力。这种新型钻修机具有动力可靠性好、传动结构简单、工作效率高、操作方便和节能环保等优点,同时它能够自走行驶,快速移运,搬迁和安装便捷,能更好地满足油田钻修井作业的需要。     

轻型钻机模块化应用技术

在分析了国内钻机模块化技术应用方面同国外钻机的差距后 ,提出了适合中国国情的橇装模块化钻机的设计方案 ,即在符合SY/T5 6 0 9- 1999《石油钻机型式与基本参数》条件的基础上 ,使井架、底座、动力机橇的设计与橇装模块化技术相吻合。实际应用表明 ,南阳石油机械厂根据这种思路研制的ZJ30 / 170 0橇装模块化钻机具有良好的移运性及经济性。     

海洋修井机井架风洞实验方案设计

由于海洋环境的特殊性 ,海洋修井机井架与陆地修井机井架的使用环境有很大差异。而目前国产海洋修井机井架的设计大都采用传统的设计方法 ,从而造成海洋修井机井架尺寸和质量均偏大。针对这些问题 ,开展了用于海洋修井机风洞实验室的设计 ,包括实验室的结构设计 ,硬件配置 ,测试系统的开发 ;提出采用风洞实验模拟海洋工况 ,通过实现对海洋修井机井架在不同海洋环境下的静、动态测试 ,为海洋修井机井架的设计和新产品开发提供理论和实验依据     

ZJ40CZ/K直立无绷绳4000m车装钻机的研制

为了满足丛林、山地、丘陵、沙漠等特殊地区油气开发的需要,设计了直立无绷绳车装钻机。该钻机吸收了国外先进技术和传统车装、橇装钻机的经验,具备优良的技术性能。与传统的车装钻机相比有以下区别:(1)所使用的运载车不同,传统车装钻机使用的是14×8运载车,该钻机使用的是8×8运载车;(2)所使用的井架不同;(3)传统车装钻机使用的是独立钻台,而该钻机使用的是模块结构。实验表明,该钻机除满足4000m钻井的生产要求外,还具有其他钻机所不能达到的工作可靠性,性能稳定性以及复杂路况下的移运灵活性。     

节能型XXJ300/500液压蓄能修井机

针对现有常规修井机存在的能量浪费现象,研制成节能型ＸＸＪ３００／５００液压蓄能修井机。在起升力和速度与常规修井机相等的条件下,节能型修井机装机功率不到常规修井机的三分之一,可回收利用油管柱下放释放出来的部分位能,实现不开机下放油管柱作业。如果配用液压油管钳,不必另设动力源和液压系统,直接接到节能机的液压系统即可工作。由于直接用组合油缸起下油管,不用绞车和井架,油缸运动件的行程是固定的,不会发生碰天车之类的恶性事故。现场试验表明,这种修井机节能效果非常显著,大大降低了修井作业成本,应用前景广阔。     

海洋钻修平台RGF-800钻井泵组的研制

为满足金县1-1油田CEPA/CEPB钻修井机作业需求,研制了交流变频电动机驱动的RGF-800钻井泵组。该钻井泵组的传动系统通过全封闭式链条箱传递动力,采用PLC闭环控制,自适应能力强,用NOV公司的弹簧自动复位式安全阀代替传统的剪切销安全阀,消除了设备可能出现的不安全因素;采用交流变频电动机恒扭矩段覆盖钻井泵的最高冲次,可大大减少现场换活塞缸套的次数,减轻工人的劳动强度。试验及应用表明,RGF-800钻井泵组各系统运行稳定,传动效率比机械驱动约提高16%,可无级调速,提高钻井效率,降低消耗18%～20%。