水冷式電磁渦流臺(tái)車在石油鉆機(jī)上的應(yīng)用

水冷式電磁渦流臺(tái)車在石油鉆機(jī)上的應(yīng)用

在鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆孔柱或套筒被插入時(shí)，輔助部件與主缸一起工作，調(diào)整噴射速度，以滿足鉆井工藝的要求。當(dāng)下鉆載荷一定時(shí),下鉆功率隨轉(zhuǎn)速一次方變化。用水剎車時(shí),必須靠帶剎的幫助才能使速度降低。用電磁剎車時(shí),可實(shí)現(xiàn)在任意認(rèn)為滿意的速度下鉆。由于鉆機(jī)結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動(dòng)方式的不同,以及使地域和操作習(xí)慣的不同,鉆機(jī)絞車配備的輔助剎車也不盡相同。所以在石油鉆機(jī)上合理配備輔助剎車,不僅能大大提高鉆井效率,而且可以提高鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,延長(zhǎng)鉆修井機(jī)的使用壽命。1比較與絞車輔助系統(tǒng)的比較1.1結(jié)構(gòu)復(fù)雜,適用范圍受限電磁渦流剎車以其制動(dòng)力矩大、低速性能好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)在中、深井鉆機(jī)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。根據(jù)冷卻方式的不同,電磁渦流剎車可分為水冷式和風(fēng)冷式。水冷式電磁渦流剎車?yán)鋮s效果好,但常會(huì)因水源、水質(zhì)、低溫等原因產(chǎn)生水垢、堵塞、銹蝕、設(shè)備凍裂等缺陷,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,限制了其應(yīng)用范圍。風(fēng)冷式電磁渦流剎車?yán)^承了水冷卻渦流剎車的優(yōu)點(diǎn),又克服了其缺陷,深受鉆井作業(yè)人員的歡迎。特別是寒冷地區(qū)的油田,更適合配備風(fēng)冷式電磁渦流剎車。但由于電磁剎車外形尺寸和重量較大,影響了其在輕便鉆機(jī)上的使用。在拖掛鉆機(jī)上配套電磁渦流剎車時(shí),需把電磁渦流剎車及水箱做成單獨(dú)一撬,電磁渦流剎車和主滾筒通過(guò)萬(wàn)向軸連接,掛合裝置位于絞車主滾筒上。此配置的缺點(diǎn)是增加了運(yùn)輸車次和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)整的工作量。在安裝尺寸較小,但需增加鏈傳動(dòng)及掛合等輔助裝置,增加了維護(hù)保養(yǎng)的工作量。在電驅(qū)動(dòng)或復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上配套電磁渦流剎車時(shí),電磁渦流剎車的控制系統(tǒng)安裝在MCC房?jī)?nèi),其遠(yuǎn)程控制裝置(啟停開(kāi)關(guān)、運(yùn)行指示燈)、故障指示、盤剎電磁閥等安裝在司鉆臺(tái),為司鉆的操作提供指示,當(dāng)電磁剎車發(fā)生故障或失風(fēng)時(shí),盤剎電磁閥斷電,通過(guò)氣-液控制,實(shí)現(xiàn)盤剎保護(hù)剎車。1.2進(jìn)口水車載pa明確水剎車在低轉(zhuǎn)速下剎車力矩較小,已逐漸被用戶放棄。由于國(guó)產(chǎn)水剎車密封質(zhì)量不可靠,在為國(guó)外生產(chǎn)配套的鉆機(jī)上,一般選用進(jìn)口水剎車(如PARMAC水剎車)。采用單向離合器和水位調(diào)節(jié)裝置,可較快地下放空鉤,減少起下鉆時(shí)間,并可根據(jù)下放鉆具負(fù)荷大小,調(diào)節(jié)一定高度的水位,更好地吸收下鉆功,減少主剎車系統(tǒng)的磨損,延長(zhǎng)其使用壽命。1.3輔助剎車主車載使用伊頓WCB輔助剎車是氣控剎車最典型的代表,伊頓剎車具有低速制動(dòng)性能好,結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。同時(shí),氣動(dòng)控制方式安全性高,適用于易燃易爆的工作環(huán)境。但在現(xiàn)場(chǎng)使用中,由于配置和使用不合理,出現(xiàn)了伊頓剎車易損件磨損過(guò)快、剎車水腔漏水、剎車性能惡化等問(wèn)題,給現(xiàn)場(chǎng)使用和維護(hù)帶來(lái)了諸多不便。伊頓輔助剎車力矩是在壓縮空氣作用下,壓緊盤組件壓緊動(dòng)摩擦盤所產(chǎn)生的摩擦力而形成的。在剎車狀態(tài)下,摩擦盤長(zhǎng)時(shí)間摩擦產(chǎn)生大量熱量必須由冷卻水腔中的冷卻水流帶走。如果冷卻不充分,將嚴(yán)重影響剎車性能。因此,伊頓剎車配套和使用的關(guān)鍵是剎車必須能夠得到充分冷卻。其冷卻水流量要求為204L/min,剎車每個(gè)進(jìn)水口的壓力小于0.41MPa,該輔助剎車有4個(gè)進(jìn)水口和4個(gè)出水口,進(jìn)水口的位置必須在正下方,出水口的位置在正上方,中間進(jìn)水口的水流量為總流量的50%,兩側(cè)進(jìn)水口的流量各為25%。應(yīng)在靠進(jìn)輔助剎車進(jìn)水口部位,配置水流量表和水壓表,以檢測(cè)冷卻水流的實(shí)際情況,保證伊頓剎車得到充分的冷卻。在靠近剎車進(jìn)氣口的部位配置氣壓表,以檢測(cè)施加到剎車上的實(shí)際氣壓。盡管伊頓輔助剎車的制動(dòng)性能優(yōu)良,在現(xiàn)場(chǎng)使用中,也有把其作為主剎車使用的現(xiàn)象(尤其是在主剎車性能欠佳時(shí)),實(shí)踐表明,此種操作對(duì)整個(gè)鉆機(jī)而言是不經(jīng)濟(jì)的。在緊急情況下,可以用伊頓剎車來(lái)實(shí)現(xiàn)完全制動(dòng),但剎車力矩必須在其制動(dòng)能力范圍內(nèi),不能超負(fù)荷使用。1.4推動(dòng)石油鉆機(jī)的傳動(dòng)按電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)類型不同,石油鉆機(jī)的傳動(dòng)方式可分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)。對(duì)于交流傳動(dòng)系統(tǒng),能耗制動(dòng)功能是交流變頻電機(jī)調(diào)速固有的特性。電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)方式可以直接利用石油鉆機(jī)絞車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)即可完成,既減少了設(shè)備的投入成本和維護(hù)費(fèi)用,又減輕了絞車、整機(jī)的體積和質(zhì)量,是石油鉆機(jī)理想的輔助剎車裝置。但是交流傳動(dòng)系統(tǒng)由于成本較高、控制復(fù)雜等因素,影響了交流能耗制動(dòng)的應(yīng)用。隨著交流變頻技術(shù)的日漸成熟和關(guān)鍵元部件的國(guó)產(chǎn)化,交流變頻電機(jī)能耗制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用將更加廣泛。1.5懸停技術(shù)近年來(lái),出現(xiàn)了一種新型交頻鉆機(jī)的輔助剎車,這種輔助剎車可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)“懸?！薄Ｋ^“懸?！笔墙g車制動(dòng)的一項(xiàng)新技術(shù),“懸?！睜顟B(tài)下電機(jī)以零速度提著鉆具不動(dòng),此時(shí)絞車在大繩拉力下,始終有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度,而絞車電機(jī)處于工作狀態(tài),不斷調(diào)節(jié)其速度和轉(zhuǎn)矩,來(lái)平衡絞車的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),使絞車處于靜止?fàn)顟B(tài),長(zhǎng)時(shí)間“懸停”對(duì)電機(jī)運(yùn)行不利,而且也不太安全。2零轉(zhuǎn)速+采用密閉式組合結(jié)構(gòu)安全特性通過(guò)以上幾種輔助剎車的對(duì)比分析及應(yīng)用情況,可以看出:1)水剎車是效果較差的一種絞車輔助方式,在國(guó)內(nèi)鉆機(jī)中應(yīng)用較少,在小型修井機(jī)還有部分在使用。2)伊頓輔助剎車存在剎車滯后現(xiàn)象,不能實(shí)現(xiàn)零速滿扭矩特性,但性能明顯優(yōu)于電磁渦流剎車和水剎車。比較適用于中、淺井的石油鉆修井機(jī)。冷卻系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格要求進(jìn)行設(shè)計(jì),盡量滿足進(jìn)出水口溫度要求。3)電磁剎車有良好的低速性能,有水冷和風(fēng)冷兩種型式,具有很好的適應(yīng)性,但其外形尺寸大,重量重,限制了在輕型鉆機(jī)上的使用。4)電機(jī)制動(dòng)具有較為理想的性能曲線。在零轉(zhuǎn)速的情況下,依然具有滿轉(zhuǎn)