电动钻机的工作理论基础(二)--系列专题之七

近年来,电驱动已成为石油钻机的主要驱动形式,是钻机自动化、智能化的平台.文章就电动钻机的部分工作理论作初步剖析,包括钻机工作机组对电驱动的要求,可控硅直流电驱动和交流变频电驱动的工作原理,直流电动机和交流变频电动机等的特性分析,电动机的四象限运行和能耗制动原理等.     

直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比

文章对直流SCR传动系统与交流变频电动钻机系统的性能特点进行了分析比较,并以ZJ70DB型交流变频电动钻机及配置完全相同的ZJ70D型直流钻机为例,进行了两种系统的经济性的对比,结果表明,交流变频电动钻机技术无论在技术性能方面还是在采购成本和运行维护方面都具有更大的优势。     

新型交流变频电驱动石油钻机

介绍了近年来国外新出现的交流变频调速电驱动石油钻机核心技术的发展概况,同机械驱动,直流电驱动石油钻机相比的先进性能及1999年我国研制成功的第1台ZJ40／2250DB型中深井交流变频调速电驱动石油钻机的特点及油田试验情况。     

交流变频与SCR直流电驱动钻机的分析和比较

介绍了石油SCR传动系统和交流变频传动系统，并对直流SCR电驱动钻机和交流变频驱动钻机的性能及特点进行了分析比较，对钻机方案选型具有一定的参考价值。     

我国交流变频电动钻机的技术水平和发展趋势

文章介绍了我国制造的交流变频电动钻机的发展概况、3种形式及特点，从钻机主要部件角度出发，详细分析了我国交流变频电动钻机的主要结构特点和技术水平，并结合钻井工艺的新发展展望了我国交流变频电动钻机的发展趋势。     

大型钻机采用交流变频驱动的可行性研究

对目前国内外直流电动钻机与交流变频电动钻机的研究表明,大型钻机采用交流变频驱动在钻机绞车、钻井泵、转盘、顶驱、辅助刹车、钻机的经济性和电功率容量等方面有无可比拟的优越性,是现代钻机发展的必由之路;目前影响大型钻机采用交流变频驱动的可靠性问题、价格因素、变频器和交流变频电动机的市场供应问题等已得到解决并具备一定的基础。因此认为,目前立足国内市场,发展7000m以内交流变频电动钻机无论在理论上还是实践上都是可行的。     

电动变频钻机

交流变频钻机是为满足油田深井勘探开发需要而开发的电驱动钻机,钻机基本参数符合SY/T5609—1999《石油钻机型式与基本参数》的规定,主要配套部件符合API标准,满足并适应国内外陆地、沙漠、浅滩等地区的钻井条件及工艺要求,适用于以41/2in钻杆,钻井深度为4000～7000m的油气勘探和开发。在实际使用方面,交流变频钻机得到用户的充分肯定,性能先进,安全可靠,自动化程度高,满足HSE的要求。钻机的技术性能和可靠性达到国际先进水平。该系列钻机的成功研制体现了我国在钻机方面自主创新的能力,扩大了我国钻机的影响力,增强了我国石油装备制造的整体实力,取得了显著的经济效益和社会效益。     

交流变频电动钻机电控系统的完善

通过对新疆石油管理局在用的ZJ30DBT、ZJ50DB、ZJ70DB交流变频电动钻机在配套和应用中存在的电控系统标准不统一、绞车在大载荷时无法悬停、转盘倒转、控制系统容错冗余性能差、一体化钻井仪表参数滞后需频繁设置修改等问题的分析和研究,对9000m交流变频电动钻机及其它交流变频电动钻机电控系统进行了完善设计。实施了绞车电动机采用带编码器矢量闭环控制系统;转盘采用防倒转控制和取心稳速控制;控制系统采用硬件和软件双冗余;一体化钻井仪表能实时准确显示参数指导司钻操作等完善措施,并提出电控系统成套的硬件和软件标准有待统一,在系统的标准化方面需开展工作的建议。     

研制交流变频电驱动钻机的必要性与可行性

我国在研制石油钻机方面，仍处于对机械传动形式的改进上，对电驱动钻机的研制尚未下大力气。应摆脱国产石油钻机现有的传动模式，研制当今世界上最先进的交流变频电驱动钻机。交流变频电驱动技术已在国内外不少行业中成功地应用，说明这项先进技术已经成熟，把它移植到石油钻机上来，不仅是必要的，而且成功的可能性是很大的。尽管在研制过程中会遇到各种各样的困难，但应该意识到，克服困难，研制交流变频电驱动钻机是我国石油机械行业的当务之急。     

ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机的研制

为了实现钻机的自动化、智能化操作,满足中深井、复杂井以及欠平衡钻井等复杂工况的要求,研制了ZJ40/2250DBT交流变频电动拖挂钻机。该钻机主要由绞车、液压盘式刹车系统、变频电动机、减速器、自动送钻系统、转盘及传动装置、井架、钻台、半拖车、控制系统等部分组成。试验及应用情况表明,该钻机最大钩载达到设计要求,可满足114mm钻杆4000m的钻井能力;钻机结构简单、安装方便、搬运快捷、稳定可靠,能适应恶劣环境下的钻井要求。     

32型钻机采用系统供电的技术经济分析

32型钻机采用柴油机发电存在柴油消耗量大、维护工作量较大、故障率高等问题，提出了在老油田区块采用6(10)kV系统供电的替代方案，该方案具有安全、节能和环保的优点，详细介绍了该方案的构成及安装要求，并对其进行了全面经济技术分析。结果表明，32型钻机采用系统供电替代柴油机发电，不仅在技术上是可行的，而且每年可节约成本21．9万元。     

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。     

电动钻机气控系统集成化和自动化改进设计

通过对江苏油田在用ZJ30DB、ZJ40D、ZJ50D和ZJ70D型电动钻机气控系统故障率高、操作不方便、维修困难、冬季气瓶每隔30 min需要人工放水等问题的分析和研究,对ZJ70DB型电动钻机气控系统进行了完善和设计,实现了对电动钻机盘刹、风动旋扣器、转盘惯刹、自动送钻离合、防碰释放、游车防碰、气喇叭、气动卡瓦以及钻台上气罐自动放水等的集中控制和自动控制。改进后的气控系统具有动作灵敏、结构简单、安装维护方便、操作容易、正压防爆和使用寿命长等特点。     

钻机油改电功率补偿和变频传动技术研究

为适应川渝地区复杂钻井工况,开发了钻机油改电装置,包括功率补偿装置和变频电传动系统。功率补偿装置采用DQC3000B型无功补偿控制器,具有谐振间接保护措施,同时采取功补电容器串联电抗器的方法,并采取特殊设计确保谐振不会发生。变频传动采取恒功率负载类型,满足驱动要求。针对变频柜提出电磁兼容规范要求,包括变频柜内走线、接地和谐波抑制等,同时针对变频传动和变频柜进行谐波抑制分析;对变频电动机电磁噪声的产生及技术改造进行了研究。     

TJ70DB电动通井机的研制与应用

柴油机驱动的通井机普遍存在油耗大、噪声大、污染大、运行成本高、故障率高等缺点。结合国际上通井机发展趋势,研制了一种新型的电动通井机,具有整体布局合理、结构紧凑、模块化程度高、运移性能好、技术先进、安全可靠、维护方便、运行成本低、节能环保等特点。     

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。     

顶驱钻机技术进展及建议

介绍了Varco公司,Tesco公司,Canrig等世界上主要几家生产商顶部驱动钻井系统的最新技术进展和应用情况,以及国内交流变频电驱动顶驱的研制新进展,最后提出了发展我国电驱动顶部驱动钻井系统的建议。     

基于传递函数方法电动钻机起升系统的理论分析

应用多自由度弹性振动的分析方法,建立了ZJ30DB型交流变频调速电驱动钻机起升系统的理论模型并得到了其动力学微分方程组,采用传递函数的方法得到了数值解及仿真结果。结果表明,ZJ30DB型交流变频电驱动钻机起升系统具有较好的起升特性,能满足起升过程的要求,钻机起升加速时间约3 s。理论分析得到的钻机起升系统动载系数为1.98,而现场实测得到的起升动载系数为1.34。二者产生差别的原因在于理论模型的误差、钻机本身具有的软特性和人为操作因素等。理论分析和试验结果对进一步深入研究电驱动钻机及其绞车特性和产品设计都具有一定的参考价值。     

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。