石油鉆井設備與工具-王鎮(zhèn)全6第二節(jié)電動鉆機.

1、第二節(jié) 電動鉆機世界石油鉆機電驅動型式的技術發(fā)展,經歷了交流電驅動、直流電驅動、交流一 可控硅一直流電驅動和變頻交流電驅動等4 個技術發(fā)展階段。交流變頻電動機出現(xiàn)在20世紀80年代,交流變頻調速電驅動鉆機是目前最先進的 電動鉆機。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2005年，我國已生 產交流變頻電驅動鉆機145臺。我國生產交 流變頻電驅動鉆機數(shù)量為全球之最。與機械傳動鉆機相比電動鉆機的主要特點為:1、使絞車、轉盤、鉆井泵都實現(xiàn)了無級調速;2、絞車設計為單軸，經減速器驅動。體積小, 質量輕，故障少；3、極低速及恒扭矩輸出；5、數(shù)控恒鉆壓自動送鉆。4、司鉆控制系統(tǒng)控制精確，操作簡單，使司 鉆擺脫了繁重的體力勞動。機

2、械驅動與電驅動比較.項目機械驅動a電驅動a驅動方式。柴油機直接驅動直流或交流電機驅動&傳動方式Q鏈條、皮帶傳動結構復雜電氣傳動結構簡單Q柴油機工遠3變化較大"變化較力2設備的調速"多級調速、機構復雜無級調速、機構簡單卩占地"集中擺放、占地面積大。任意擺放、占地面積 小噪聲。噪聲大、污染嚴重亠噪聲小、有利于環(huán)保空M率"傳動效率低"傳動效率高，功率利用率"電驅動是柴油機直接驅動的1. 4倍門2直流電驅動鉆機1、類型直流電一直流電動機驅動;交流電源一可控硅整流一直流電動機驅動。二者具有同樣好的鉆井性能和適應性,只是供 電方式不同。2

3、、直流電動鉆機的特點 直流電動機具有軟工作特性工作轉速可根據(jù)現(xiàn)代鉆井工藝的需要 以及載荷變化情況，進行無級調節(jié),且調節(jié)范廣。立流電動耗工作特性曲線 直流電動機的啟動和制動比較平穩(wěn)允許頻繁啟動和制動，調節(jié)與使用均很方便，具有很強的適應性能。直流電動機很容易實現(xiàn)正、反轉，絞車可以不設倒擋，簡 化了絞車結構。 有很好的時效指標操作方便，變速快，時間短，具有很好的 處理事故的功能和能力。 適用深井快速起下鉆具作業(yè)在下鉆時，利用鉆柱自重進行動力制動,發(fā)電反饋到電網(wǎng)，以確保絞車的剎車系統(tǒng)操 作安全省力、節(jié)約下鉆時間。適用于深井快速起下鉆具。 轉速可無級調節(jié)能滿足各種作業(yè)需要盡管轉盤只有兩個或4個鉆井擋數(shù)，

4、但 是由于直流電動機轉速可以無級進行調節(jié)， 轉盤的工作轉速范圍，可以充分滿足各種地 層和各種鉆頭鉆井的需要。還可以滿足精 確處理打撈作業(yè)的需要，能夠更好地判斷井 下發(fā)生的各種事故。直流電動機的最大不足在于電刷部位易產生火花。尤其是高壓氣井的鉆進，存在安全隱患,這對直流電動機是致命的缺點。二、交流變頻調速電動鉆機交流變頻電動鉆機比AC SCR DC 電驅動具有更優(yōu)良的性能，是目前最先進 傳動方式。1、能精確控制轉速電源頻率與交流電動機的工作轉速成 正比的關系。利用此特性，可實現(xiàn)變頻電 驅動精確地無級平滑調節(jié)工作轉速。電動機的工作轉速與電源頻率的關系為:60門n = 卩（S）式中：n FC電動機工

5、作轉速（r/ nun）;/i FC電動機電源頻率（Hz）;P FC電動機定子繞組極對數(shù)；S FC電動機轉差率（%） o從上式可以看出：AC電動機工作轉速 與供電頻率穴是成正比，也就是供電頻率 越高，工作轉速也越高。所以,AC電動機工 作轉速具有很好的調節(jié)使用性能，可實現(xiàn) 無級調速。2、具有超載荷、恒扭矩調節(jié)輸出特性 具有超載荷、恒扭矩調節(jié)、恒功率調 節(jié)、調節(jié)使用范圍寬廣等輸出特性。交流變頻電動機在處于Or/ min時，仍 具有全扭矩作用。這種特性對于鉆井作業(yè) 來講，是非常安全可靠的。3、無需倒檔，簡化鉆機結構由于正反轉均可調節(jié)使用，驅動絞車可以取消倒檔，可由4個檔減少到2個檔，驅動 頂驅可不必

6、采用兩檔，只用單速傳動機構, 大大地簡化了絞車和頂驅結構。4、啟動電流小，工作效率高，過載能力強般電動機的啟動電流為額定電流的5倍6倍。變頻調速AC電動機的啟動電流只有額定電流的17倍。由于啟動電流較小，對電網(wǎng)的沖擊性也較小。AC電動機的工作效率高達96 % ,高于DC電 動機(90 %) o在1分鐘之內，變頻調速的AC電動機，可以 承受到150 %額定載荷。這種特性對于石油鉆機處 理卡鉆事故來講,具有較大的載荷儲備，鉆井適應 性較強。5、可實現(xiàn)反饋制動剎車AC變頻調速電動機，可對下鉆時的鉆柱 載荷進行反饋制動剎車，起著絞車輔助剎車 作用，可以代替常規(guī)絞車中的水剎車或電磁 渦流剎車所以AC變頻

7、電驅動絞車中可以取消水剎車或電磁渦流剎車。6、 使用安全方便、噪音低、維護簡便AC電動機工作時不會產生工作火花。這意 味著在油田鉆井時，不會出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象，電動 機使用更為安全可靠。交流變頻電驅動調節(jié)可以手控和遙控，還可 與可編程序控制器以及計算機相聯(lián)接，實現(xiàn)閉環(huán)自 動控制。交流變頻電驅動系統(tǒng)，工作振動小、工作噪音 低。交流變頻電動機幾乎不需要維護。三.直流電動鉆機與交流變頻鉆機的主要差別D C與A C比較衛(wèi)項 目。D OA調速，四購壊，調速范圍小"兩檔變速，調速范圍寬，能靜電機過載能力3一般&較大-電機效率“90%96%q碳刷換向器3有.無.控制精度較低。高J自動送鉆目的就是使鉆頭對井底的鉆壓保持設定的恒定值，實現(xiàn)這一目標的手段是控制主滾筒的剎車, 適時向井底送進鉆頭。如果能在井底鉆壓和滾筒剎車 之間建立直接或間接的自動控制關系,就可以實現(xiàn)自 動送鉆。自動送鉆技術可提高機械鉆速，提高