石油鉆機講義.ppt

石油鉆機主講人沈澤俊 中國石油勘探開發(fā)研究院 提綱 石油鉆機的型式與參數(shù)石油鉆機的組成電驅(qū)動鉆機的優(yōu)越性電驅(qū)動鉆機的常見問題交流變頻電驅(qū)動鉆機對鉆機的設備檢查及要求 一 石油鉆機型式與基本參數(shù) 鉆機的型式 鉆機型號的表示方法ZJ 改型序號 用阿拉伯數(shù)字表示 原型不寫 運移方式 塊裝式表示符號省略Z 自行式鉆機T 拖掛式鉆機 鉆機特征 L 鏈條并車鉆機DJ 交流電動鉆機J V帶并車鉆機DZ 直流電動鉆機C 齒輪傳動鉆機DB 交流變頻鉆機Y 液壓鉆機 鉆機級別 分子表示用114mm鉆桿標定 以100m為單位計的名義鉆深范圍上限 分母表示以1kN為單位計的最大鉤載 鉆機代號 示例 ZJ50 3150DZ 2表示為5000m塊裝直流電驅(qū)動鉆機第二次改型 石油鉆機型式與基本參數(shù) 二 石油鉆機的組成 鉆機的組成 根據(jù)鉆井工藝中鉆井 洗井 起下鉆具各工序的需要 一套鉆機必須配備下列各系統(tǒng)和設備動力設備 柴油機或交 直電傳動系統(tǒng) 包括減速 并車 倒轉(zhuǎn) 變速等機構 在機械傳動的基礎上 同時還要有液力傳動 氣 電磁離合器等 提升系統(tǒng) 絞車 輔助絞車 盤式剎車 輔助剎車 自動送鉆 游動系統(tǒng) 游車 大鉤 天車 井架等 提升工具 吊環(huán) 吊卡 卡瓦 大鉗等 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)盤 水龍頭 頂驅(qū)裝置 鉆柱 鉆頭及井下動力鉆具循環(huán)系統(tǒng) 鉆井泵 地面管匯 泥漿池 泥漿凈化設備 調(diào)配泥漿設備 控制系統(tǒng) 機械 液動或電控裝置 控制操作臺 觀測記錄儀等底座 包括鉆臺底座 機房底座 泥漿泵等等輔助設備 空氣壓縮設備 鉆鼠洞設備 井口防噴設備 輔助發(fā)電設備 輔助起重設備 活動房屋 保溫設備等 蘭石ZJ70 4500LD鉆機平面布置 鉆機分為五個區(qū) 1 鉆臺區(qū)2 機房動力區(qū)3 泥漿泵區(qū)4 油罐區(qū)5 泥漿循環(huán)及水灌區(qū) 動力與傳動系統(tǒng) 三 電驅(qū)動鉆機 1 柴油發(fā)電機組及控制系統(tǒng)柴油機采用電子調(diào)速器 用于頻率穩(wěn)定和有功功率分配均衡 發(fā)電機勵磁調(diào)壓系統(tǒng) 用于電壓穩(wěn)定和無功功率分配均衡 并網(wǎng)操作系統(tǒng) 用于顯示電壓 頻率并實現(xiàn)欠頻 過載和逆功率保護 2 直流電動機控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制 扭矩控制 3 輔助交流電機控制和配電系統(tǒng)功能 輔助系統(tǒng)供電與照明大電機設計為遠程和就近兩種控制 小電機就地控制 配電系統(tǒng)由600伏降壓為380伏 4 電磁渦流剎車控制系統(tǒng)通過控制勵磁電流控制制動力矩大小 并備有斷水 斷電 水溫高等報警及保護功能 5 司鉆控制臺和腳踏開關 指配開關 根據(jù)工況要求 將直流控制柜進行組合分別驅(qū)動絞車 鉆井泵和轉(zhuǎn)盤 泵 轉(zhuǎn)盤 絞車開關 轉(zhuǎn)盤有正反轉(zhuǎn) 給定開關 控制轉(zhuǎn)速和關斷 指示燈 顯示發(fā)電機 電動機 風機的運行狀態(tài) 轉(zhuǎn)盤扭矩旋鈕轉(zhuǎn)盤電流表及發(fā)動機負荷百分表 后者指示負荷率最大的一臺 緊急按鈕腳踏開關 機械鉆機與電驅(qū)動鉆機的比較 1 有效功率比較1 1柴油機的功率問題柴油機的功率標定石油鉆機的工作特點鉆機在一口井的工作周期內(nèi)純鉆進工作時間比起下鉆時間長的多純鉆進工況可以看作超過24小時的持續(xù)工況起下鉆工況可看為間歇工況 機械鉆機與電驅(qū)動鉆機的比較 電驅(qū)動鉆機柴油機標定功率比機械驅(qū)動高11 1 2電驅(qū)動比機械驅(qū)動鉆機傳動效率高機械驅(qū)動鉆機效率從柴油機到絞車輸入軸75 電驅(qū)動鉆機87 2 燃料消耗節(jié)約18 20 輔助發(fā)電與主動力互濟3 維護保養(yǎng)費用柴油機壽命可延長80 電氣保養(yǎng)成本僅為機械驅(qū)動鉆機傳動部分的1 34 安全性比較柴油機可安裝在離鉆臺50M左右地方 比如美國有一個洲規(guī)定柴油機要運離井口17M以上 機械鉆機作不到 噪音小 安全連鎖非常易于實現(xiàn) HSE 5 運移性與安裝比較搬一臺6千米鉆機可節(jié)省一天時間 5 鉆機工作性能比較電驅(qū)動鉆機對轉(zhuǎn)速 扭矩控制方便 范圍寬 更適宜工藝需要 6 制造成本比較國外電驅(qū)動鉆機的成本僅比機械鉆機高3 5 國內(nèi)要高80 100 小結(jié)電驅(qū)動鉆機在工作性能 運移性 安全性 操作性 維修性 可靠性等比機械鉆機優(yōu)越性 1 控制方式的模擬控制與數(shù)字控制模擬控制 以模擬電路及連續(xù)控制進行自動調(diào)節(jié) 數(shù)字控制 采用全數(shù)字控制模塊和數(shù)字調(diào)速系統(tǒng) 后者的特點是 功能完善 可靠性高 調(diào)整方便 故障診斷充分 維護保養(yǎng)簡單 四 電驅(qū)動鉆機的有關問題 全數(shù)字控制的優(yōu)點 高的可靠性采用數(shù)字器件 故障較少系統(tǒng)由較少的器件構成 比模擬系統(tǒng)減少60 采用網(wǎng)絡通訊 最大限度地減少了連線與節(jié)電 柜間接線比模擬系統(tǒng)減少90 性能及其可靠和穩(wěn)定 具有較好的溫度特性具有準確的發(fā)電機負荷分配特性 大大延長發(fā)電機的使用壽命用軟件來完成以前許多用硬件實現(xiàn)的功能 產(chǎn)品升級僅需對軟件升級 易于安裝及快速啟動自調(diào)諧功能 自動對PID等參數(shù)進行整定 使用戶能在最短的時間完成安裝調(diào)試 網(wǎng)絡化結(jié)構僅需最少的控制連線 縮短鉆機的安裝時間 緊湊的結(jié)構設計 使SCR房具有合理的構成 便于運輸 易于維修具有強大的 廣泛的診斷功能 包括各個層面的診斷功能 對維修人員的知識及技能要求遠低于一般系統(tǒng)的要求減少故障發(fā)生次數(shù)及故障解決時間 帶鎖扣的插拔式電路板 使得用戶能快速方便地更換合理的硬件結(jié)構 使維護人員可以在幾分鐘之內(nèi)更換任何器件無調(diào)節(jié)旋鈕 更換電路板不需作任何調(diào)整系統(tǒng)設備間的互換性 減少了系統(tǒng)因故障引起的停車時間 2 驅(qū)動方式上的 一對一 和 一對二 在六十年代電子元器件尚不過關 其可靠性不如電器元器件 且價格偏高 故采用換能器切換可提高系統(tǒng)的可靠性 且價格相對較低進入八十年代以后 電子元器件的可靠性超過電器元器件 如果繼續(xù)采用切換回路 系統(tǒng)就顯得復雜 可靠性反而降低 一對一 不但適用于串激電機 也適用于并激電機 更適用于交流變頻傳動可見 一對一 方式是今后的發(fā)展趨勢 3 串勵和并勵直流電機 串勵直流電機輸出轉(zhuǎn)矩隨負載電流平方成正比變化 絞車起鉆效率高 控制線路簡單 特別適合 一對二 控制方式 制造簡單 成本較低 缺點是 當實現(xiàn)反向運行時 需在主回路用同等電流容量的接觸器切換 接觸器價格高 安裝尺寸大 他勵直流電機在額定轉(zhuǎn)速下 通過調(diào)節(jié)電樞電壓 可獲得十分滿意的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性能 在額定轉(zhuǎn)速下 通過調(diào)節(jié)勵磁 可獲得恒功率性能 缺點是電動機的換向器和炭刷故障率較高 想情況下他勵電機調(diào)速公式 推薦文章 直流電動鉆機經(jīng)濟運行探討 2000年 石油機械 第10期 1 異步電機變頻調(diào)速基本原理n 電機速度f 電流的 頻率p 旋轉(zhuǎn)磁場的級對數(shù)s 轉(zhuǎn)差率從上述公式可看出 電機調(diào)速有多種 但通過調(diào)節(jié)電源頻率f來改變電機轉(zhuǎn)速最方便 2 變頻器把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作變頻器 五 交流變頻電驅(qū)動鉆機 V f控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的 在額定頻率以下 如果電壓一定而只降低頻率 那么磁通就過大 磁回路飽和 嚴重時將燒毀電機 因此 頻率與電壓要成比例地改變 即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓 使電動機的磁通保持一定 避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生 矢量控制為了使籠型異步電機快速響應運轉(zhuǎn) 像由晶閘管供電的直流電機那樣 控制變頻器輸出電流的大小 頻率及相位 用以維持電機內(nèi)部的磁通為所規(guī)定的值 產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩 這就叫作矢量控制 或者說根據(jù)異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型 對電機的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵磁電流分量分別進行控制 或 通過將一個三相交流的磁場系統(tǒng)和一個旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場系統(tǒng) 以兩相做過渡 進行等效變化 獲得兩互相獨立的磁場進行控制 以到達類似直流電機控制的方式 使交流電機獲得較好的機械特性和動態(tài)性能 變頻調(diào)速的優(yōu)越性調(diào)速范圍寬調(diào)速平滑性好在工作特性上 靜態(tài)和動態(tài)特性都可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美經(jīng)濟性方面 變頻調(diào)速裝置較直流貴 但由于交流電機的可靠耐用 故障率低 具有較大的優(yōu)勢 交流變頻鉆機 電控系統(tǒng) 變頻控制電機 交流異步電機 變頻專用電機 四川宏華數(shù)控交流變頻鉆機 交流變頻器常見故障 變頻調(diào)速器的常見故障分析和預防措施外部的電磁感應干擾安裝環(huán)境電源異常雷擊 感應雷電變頻器自身故障 鉆機的發(fā)展方向 自動化 數(shù)字化 智能化 信息化交流變頻驅(qū)動2000米以下鉆機 輕便性 運移性3000米以下鉆機 機械驅(qū)動 車裝鉆機 撬裝鉆機4000米鉆機 機械驅(qū)動為主 適當發(fā)展電驅(qū)動鉆機 同時要注重拆卸 安裝方便 運輸單元少 可靠性高 價格適中 4500米鉆機 機械 電驅(qū)動5000米以上鉆機 電驅(qū)動鉆機 六 鉆機檢查項目及要求 鉆機是完成鉆井任務的最重要的裝備 因此 開鉆前必須嚴格按照 5954開鉆前驗收項目及要求 對鉆機進行檢查驗收 鉆井設備 儀器 電氣檢查與驗收 系統(tǒng)配套檢查承包方的所有設備 工具 材料的規(guī)格 型號 數(shù)量等應與合同一致 設備配件儲備應滿足作業(yè)需要 各類證書檢查設備的近期檢測報告 關鍵零部件探傷報告 最近一期大修記錄 設備運行記錄 儀表標定記錄 設備保險證明等齊全 有效 靜態(tài)檢驗檢查外觀有無零部件缺失 腐蝕 磨損 裂紋及彎曲變形等 按安裝技術要求及說明書 對各安裝項目進行安裝精度的檢驗 對生產(chǎn)安全有影響的設備進行實際測量 必要時對關鍵零部件進行無損檢測 運轉(zhuǎn)檢驗壓力測試高壓測試 用于檢測鉆井泵 高壓鉆井液管線 壓井節(jié)流管匯和立管 水龍頭 方鉆桿上下旋塞 防噴器及內(nèi)防噴器等 低壓測試 用于氣動控制系統(tǒng)設備 鉆井液處理系統(tǒng)管匯 閘閥和接頭等 按額定工作壓力的70 100 試壓 穩(wěn)壓10min 壓降不超過2 為合格 功能試驗絞車制動系統(tǒng)能迅速 有效地進行制動與解除 防碰天車及保險閥工作靈活 可靠 離合器快速離合 控制系統(tǒng) 安全監(jiān)測 報警系統(tǒng)等反應靈敏 準確 對動力 水 電 高低壓等設備 如鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 動力和傳動系統(tǒng) 固控系統(tǒng) 應急報警和保護系統(tǒng)等 進行運轉(zhuǎn)試驗 對一些獨立設備進行單獨運轉(zhuǎn)試驗 要求這類設備工作狀態(tài)良好 密封有效 緊固件無松動 檢驗絞車系統(tǒng) 游動系統(tǒng) 轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動系統(tǒng)及井口輔助工具 著重檢驗離合器 貓頭 防碰天車裝置 冷卻水系統(tǒng)及司鉆控制盤 排繩器 輔助剎車 鉆井儀表 絞車 轉(zhuǎn)盤 或頂部驅(qū)動 的運轉(zhuǎn)性能及電機情況 開灌注泵或混合泵進行低壓循環(huán) 著重檢查固控 灌注 混配 補給系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況 并按照流程由近至遠對低壓管線 閘門進行密封試驗 試運轉(zhuǎn) 電氣系統(tǒng)檢查 包括各種直流電機 配電盤 變頻機 應急發(fā)電機啟動和絕緣性能 接地電阻 防爆性能等 檢查主壓風機系統(tǒng)的自動起動和停機壓力 壓縮空氣濕度 應急發(fā)電機起動試驗和功率試驗 起動時間要達到說明書要求 在帶負荷下運轉(zhuǎn)半小時 輸出功率符合要求循環(huán)系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)壓力按鉆井設計最大工作壓力的1 2倍 1 5倍進行 試運轉(zhuǎn)檢驗時間 連續(xù)運轉(zhuǎn)不少于90min 各部分工作正常 所有管線不刺 不漏 油 氣 水路暢通 試運轉(zhuǎn) 檢驗結(jié)果 井場設備檢驗應作好記錄 并按表1 11檢驗項目逐項檢驗后填寫檢驗報告 發(fā)現(xiàn)不符合合同規(guī)定 達不到技術要求和存在不安全因素的設備 鉆具 工具和材料等 向承包方書面提出修理 補充 更換 整改要求和完成時間 表1鉆機檢查項目及要求 續(xù)