淺談50DB鉆機(jī)特點(diǎn)及發(fā)展

1、淺談50DB鉆機(jī)特點(diǎn)及發(fā)展劉郢摘要：本文主要介紹了江漢鉆井一公司采購(gòu)的50DB交流變頻鉆機(jī)的相關(guān)性能，交流變頻技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，以及在礁石壩會(huì)戰(zhàn)中50DB鉆機(jī)所起到的作用。關(guān)鍵詞：交流變頻電機(jī)，調(diào)速，控制，礁石壩會(huì)戰(zhàn)1、 概述傳統(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能差、效率低、機(jī)械維護(hù)費(fèi)用高等弊端，逐漸退出歷史舞臺(tái)，2000年以來(lái)，江漢鉆井公司相繼引進(jìn)了半電動(dòng)交流變頻鉆機(jī)、全電動(dòng)直流鉆機(jī)及目前最先進(jìn)的全電動(dòng)交流變頻鉆機(jī)，隨著各種先進(jìn)鉆機(jī)的引進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、參數(shù)穩(wěn)定性、調(diào)試便捷性、維護(hù)方便性等逐步提升。隨著交流變頻技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，我公司培養(yǎng)了大批電氣技術(shù)骨干人才，在這批人的努力下，我公司的全

2、電動(dòng)鉆機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，為日后引進(jìn)更加先進(jìn)的鉆機(jī)提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)，打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。2、 交流變頻鉆機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)難點(diǎn)ZJ50/3150DB-ST鉆機(jī)是中石化江漢石油管理局第四機(jī)械廠根據(jù)用戶的要求，為滿足江漢鉆井設(shè)計(jì)制造的打叢式井的模塊鉆機(jī)，該鉆機(jī)是一種轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車、泥漿泵均采用獨(dú)立交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，可用于5000M井深的鉆井作業(yè)，集數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為一體。由于井架部分架設(shè)在導(dǎo)軌上可左右平移，現(xiàn)在礁石壩會(huì)戰(zhàn)中承鉆焦頁(yè)30號(hào)臺(tái)，國(guó)內(nèi)第一口井工廠模式平臺(tái)，并取得了初步成功，為日后國(guó)內(nèi)井工廠模式打井積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。1、 發(fā)電機(jī)部分動(dòng)力系統(tǒng)選用4臺(tái)CAT3512B型電噴柴油發(fā)

3、電機(jī)組，輸出功率1310KW，其控制系統(tǒng)由柴油機(jī)電噴電源系統(tǒng)、手動(dòng)自啟電源電路、同步并車系統(tǒng)、接地檢測(cè)系統(tǒng)、功率限制系統(tǒng)組成，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，系統(tǒng)電網(wǎng)功率因數(shù)高于0.85。發(fā)電機(jī)具有優(yōu)異的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊。2014年承鉆焦頁(yè)30號(hào)井時(shí)，2#CAT啟動(dòng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到900轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)熄火。當(dāng)時(shí)為判斷故障將2#CAT與1#CAT電纜和控制線對(duì)調(diào)，2#CAT依舊在900轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)熄火，后經(jīng)廠家檢查，發(fā)現(xiàn)2#CAT氣壓傳感器失靈，導(dǎo)致CAT控制系統(tǒng)誤以為氣壓不足，自動(dòng)切斷油路熄火，更換傳感器后2#CAT恢復(fù)正常供電。2、 變頻傳動(dòng)系統(tǒng) 采用“1對(duì)1”控制方案，由6個(gè)ABB逆變柜分別控制絞車

4、A、絞車B、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵1#、2#、3#，雖是“1對(duì)1”控制，但每組逆變柜里的模塊可以互換，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的維修起到了非常便利的作用。這種“1對(duì)1”的方案雖然第一次投入費(fèi)用較高，增大了控制系統(tǒng)體積，但勝在可靠性和抗干擾性，特別是5000米鉆機(jī)大功率系統(tǒng)，對(duì)絞車能耗制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要。3、 獨(dú)立電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng) 自動(dòng)送鉆由一臺(tái)45KW小交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)大傳動(dòng)比立式減速機(jī)和齒式離合器后，將動(dòng)力傳入箱體輸入軸端，再經(jīng)齒輪箱一級(jí)減速后帶動(dòng)滾筒軸完成自動(dòng)送鉆過(guò)程。自動(dòng)送鉆在絞車中的功能主要由三個(gè)方面：一是帶動(dòng)滾筒，用于起升底座和井架；二是當(dāng)主系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)可進(jìn)行應(yīng)急操作，能提升最大鉆柱重量；三

5、是送鉆時(shí)由數(shù)字化變頻拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)定恒扭矩，反拖滾筒，自動(dòng)調(diào)速和保護(hù)，可達(dá)恒壓穩(wěn)速送鉆的目的。4、 游車位置自動(dòng)控制系統(tǒng) 通過(guò)PLC采集主電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和滾筒編碼器的數(shù)字信號(hào)精確計(jì)算出游車的具體位置，與絞車控制系統(tǒng)結(jié)合，具有減速剎車功能，控制主電機(jī)進(jìn)入安全速度，再對(duì)主剎車進(jìn)行緊急剎車控制。5、 絞車能耗制動(dòng) 絞車采用變頻系統(tǒng)能耗制動(dòng)替代輔助剎車，游車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，游動(dòng)系統(tǒng)的選中通過(guò)滾筒以反力矩拖動(dòng)主電機(jī)反轉(zhuǎn)，主電機(jī)工作在四象限處于發(fā)電工況，電能作用于直流母排，通過(guò)能耗電阻轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)。PLC通過(guò)對(duì)采集的數(shù)字信號(hào)分析游動(dòng)系統(tǒng)的懸重，控制主電機(jī)反轉(zhuǎn)的速度，使鉆具以設(shè)定的速度平穩(wěn)安全地下放，即使在0轉(zhuǎn)/分

6、鐘轉(zhuǎn)速時(shí)也能輸出扭矩，因此可實(shí)現(xiàn)鉆具的懸停。6、 司鉆智能化控制 所有氣控、液控系統(tǒng)均采用電氣聯(lián)控，配以工業(yè)監(jiān)視器來(lái)實(shí)現(xiàn)司鉆對(duì)鉆機(jī)參數(shù)的控制。 美中不足的是由于電控、氣控、液控系統(tǒng)都從司控房底部進(jìn)入，可靠性較差，檢查與維修均不方便。3、 交流變頻技術(shù)在鉆機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向交流變頻技術(shù)在國(guó)外的陸地鉆機(jī)和海洋鉆井平臺(tái)上由于其較高的可靠性和智能化已廣泛普及，國(guó)內(nèi)部分油田對(duì)于此種鉆機(jī)尚處于起步階段，江漢鉆井一公司僅一部交流變頻鉆機(jī)，相關(guān)技術(shù)引進(jìn)及人才的培養(yǎng)還有待提高。交流變頻技術(shù)在深井鉆機(jī)上的成功應(yīng)用，使鉆機(jī)整體工作穩(wěn)定性有了大幅提高，但還不能完全滿足鉆井新工藝的要求，控制系統(tǒng)的可靠性還有待進(jìn)一步完善。

7、 4、 礁石壩頁(yè)巖氣會(huì)戰(zhàn)中50DB的重要作用江漢鉆井一公司西南分公司目前擁有ZJ70D、ZJ70LDB、ZJ50L、ZJ50D、ZJ50LDB、ZJ50DB九種鉆機(jī)型號(hào)，共18部，其中直流鉆機(jī)和50DB交流變頻鉆機(jī)都具有平移功能。鑒于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的投入成本高、產(chǎn)能低的問(wèn)題，井工廠模式應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)生產(chǎn)施工的鉆機(jī)也提出了不同的要求。在礁石壩頁(yè)巖氣會(huì)戰(zhàn)中具有平移功能的鉆機(jī)無(wú)疑會(huì)起到舉足輕重的作用。直流鉆機(jī)的平移方式是前后方向由液壓油缸硬拖曳，由于是縱向平移，在打叢式井時(shí)不可避免會(huì)遇到諸多問(wèn)題，如放噴管線的安裝，高架槽的架設(shè)，以及平移完后井架前后方設(shè)備的擺放問(wèn)題等。此次礁石壩會(huì)戰(zhàn)因?yàn)榈乩砑俺杀拘枰S多

8、井隊(duì)都使用網(wǎng)電提供動(dòng)力，直流鉆機(jī)由于功率因數(shù)較低（約0.3），必須在變壓器上加裝功率補(bǔ)償裝置，增加了設(shè)備的復(fù)雜性，相對(duì)的可靠性就會(huì)降低。反觀50DB交流變頻鉆機(jī)，它的平移方式是左右橫向平移，放噴管線、高架槽等只需在平移完后加長(zhǎng)或縮短即可，也不存在影響設(shè)備擺放問(wèn)題，而且交流變頻電機(jī)功率因素較高（約0.85，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可達(dá)0.95以上），使用網(wǎng)電方面較直流電機(jī)方便，不需功率補(bǔ)償。焦頁(yè)30號(hào)井就是由50DB承鉆的國(guó)內(nèi)第一個(gè)井工廠模式平臺(tái)，目前已開(kāi)鉆3個(gè)月，打完了4個(gè)一開(kāi)，3個(gè)二開(kāi)，第四個(gè)二開(kāi)也已經(jīng)開(kāi)始。事實(shí)證明井工廠模式可以有效加快鉆井速度，將原本需要45天的搬家時(shí)間縮短到1天之內(nèi)結(jié)束。焦頁(yè)30號(hào)

9、井井工廠模式的成功為江漢鉆井乃至全國(guó)的井工廠模式奠定了良好的基礎(chǔ)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，起到了教科書(shū)式的至關(guān)重要作用。五、50DB鉆機(jī)目前還存在的問(wèn)題1、電控部分由于是“1對(duì)1”控制，導(dǎo)致VFD房較直流鉆機(jī)的SCR房多出來(lái)一個(gè)，體積較大，拆裝起來(lái)比較麻煩，電控部分若朝共直流母排方式發(fā)展，不僅可以減少控制系統(tǒng)體積，而且可以大大節(jié)省投資成本。2、人才短缺，目前50DB鉆機(jī)配有一名電氣工程師，無(wú)電工大班，而且由于鉆井一公司僅此一部交流變頻鉆機(jī)，購(gòu)入時(shí)間也不長(zhǎng)，只有極少數(shù)人可以進(jìn)行相關(guān)專業(yè)操作、維修，遇到電氣工程師倒班時(shí)，無(wú)人頂替，電控部分一旦出現(xiàn)問(wèn)題難以解決。六、結(jié)論 隨著鉆井工藝的發(fā)展，對(duì)交流變頻鉆機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性提出更高的要求，進(jìn)一步完善交流變頻鉆機(jī)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、冗余控制、功能互補(bǔ)、安全連鎖、分散控制、集中管理的特點(diǎn)，大力培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才，為實(shí)現(xiàn)信息化管理鉆