石油鉆機(jī)講義.ppt

石油鉆機(jī)主講人沈澤俊 中國石油勘探開發(fā)研究院 提綱 石油鉆機(jī)的型式與參數(shù)石油鉆機(jī)的組成電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)越性電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的常見問題交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)對鉆機(jī)的設(shè)備檢查及要求 一 石油鉆機(jī)型式與基本參數(shù) 鉆機(jī)的型式 鉆機(jī)型號(hào)的表示方法ZJ 改型序號(hào) 用阿拉伯?dāng)?shù)字表示 原型不寫 運(yùn)移方式 塊裝式表示符號(hào)省略Z 自行式鉆機(jī)T 拖掛式鉆機(jī) 鉆機(jī)特征 L 鏈條并車鉆機(jī)DJ 交流電動(dòng)鉆機(jī)J V帶并車鉆機(jī)DZ 直流電動(dòng)鉆機(jī)C 齒輪傳動(dòng)鉆機(jī)DB 交流變頻鉆機(jī)Y 液壓鉆機(jī) 鉆機(jī)級別 分子表示用114mm鉆桿標(biāo)定 以100m為單位計(jì)的名義鉆深范圍上限 分母表示以1kN為單位計(jì)的最大鉤載 鉆機(jī)代號(hào) 示例 ZJ50 3150DZ 2表示為5000m塊裝直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)第二次改型 石油鉆機(jī)型式與基本參數(shù) 二 石油鉆機(jī)的組成 鉆機(jī)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(jī)必須配備下列各系統(tǒng)和設(shè)備動(dòng)力設(shè)備 柴油機(jī)或交 直電傳動(dòng)系統(tǒng) 包括減速 并車 倒轉(zhuǎn) 變速等機(jī)構(gòu) 在機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上 同時(shí)還要有液力傳動(dòng) 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(dòng)送鉆 游動(dòng)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(dòng)力鉆具循環(huán)系統(tǒng) 鉆井泵 地面管匯 泥漿池 泥漿凈化設(shè)備 調(diào)配泥漿設(shè)備 控制系統(tǒng) 機(jī)械 液動(dòng)或電控裝置 控制操作臺(tái) 觀測記錄儀等底座 包括鉆臺(tái)底座 機(jī)房底座 泥漿泵等等輔助設(shè)備 空氣壓縮設(shè)備 鉆鼠洞設(shè)備 井口防噴設(shè)備 輔助發(fā)電設(shè)備 輔助起重設(shè)備 活動(dòng)房屋 保溫設(shè)備等 蘭石ZJ70 4500LD鉆機(jī)平面布置 鉆機(jī)分為五個(gè)區(qū) 1 鉆臺(tái)區(qū)2 機(jī)房動(dòng)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(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng) 三 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 1 柴油發(fā)電機(jī)組及控制系統(tǒng)柴油機(jī)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(jī)勵(lì)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(shí)現(xiàn)欠頻 過載和逆功率保護(hù) 2 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制 扭矩控制 3 輔助交流電機(jī)控制和配電系統(tǒng)功能 輔助系統(tǒng)供電與照明大電機(jī)設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)程和就近兩種控制 小電機(jī)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(lì)磁電流控制制動(dòng)力矩大小 并備有斷水 斷電 水溫高等報(bào)警及保護(hù)功能 5 司鉆控制臺(tái)和腳踏開關(guān) 指配開關(guān) 根據(jù)工況要求 將直流控制柜進(jìn)行組合分別驅(qū)動(dòng)絞車 鉆井泵和轉(zhuǎn)盤 泵 轉(zhuǎn)盤 絞車開關(guān) 轉(zhuǎn)盤有正反轉(zhuǎn) 給定開關(guān) 控制轉(zhuǎn)速和關(guān)斷 指示燈 顯示發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 轉(zhuǎn)盤扭矩旋鈕轉(zhuǎn)盤電流表及發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷百分表 后者指示負(fù)荷率最大的一臺(tái) 緊急按鈕腳踏開關(guān) 機(jī)械鉆機(jī)與電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的比較 1 有效功率比較1 1柴油機(jī)的功率問題柴油機(jī)的功率標(biāo)定石油鉆機(jī)的工作特點(diǎn)鉆機(jī)在一口井的工作周期內(nèi)純鉆進(jìn)工作時(shí)間比起下鉆時(shí)間長的多純鉆進(jìn)工況可以看作超過24小時(shí)的持續(xù)工況起下鉆工況可看為間歇工況 機(jī)械鉆機(jī)與電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的比較 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)柴油機(jī)標(biāo)定功率比機(jī)械驅(qū)動(dòng)高11 1 2電驅(qū)動(dòng)比機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)傳動(dòng)效率高機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)效率從柴油機(jī)到絞車輸入軸75 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)87 2 燃料消耗節(jié)約18 20 輔助發(fā)電與主動(dòng)力互濟(jì)3 維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用柴油機(jī)壽命可延長80 電氣保養(yǎng)成本僅為機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)傳動(dòng)部分的1 34 安全性比較柴油機(jī)可安裝在離鉆臺(tái)50M左右地方 比如美國有一個(gè)洲規(guī)定柴油機(jī)要運(yùn)離井口17M以上 機(jī)械鉆機(jī)作不到 噪音小 安全連鎖非常易于實(shí)現(xiàn) HSE 5 運(yùn)移性與安裝比較搬一臺(tái)6千米鉆機(jī)可節(jié)省一天時(shí)間 5 鉆機(jī)工作性能比較電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)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(dòng)鉆機(jī)的成本僅比機(jī)械鉆機(jī)高3 5 國內(nèi)要高80 100 小結(jié)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)在工作性能 運(yùn)移性 安全性 操作性 維修性 可靠性等比機(jī)械鉆機(jī)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(jìn)行自動(dòng)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(diǎn)是 功能完善 可靠性高 調(diào)整方便 故障診斷充分 維護(hù)保養(yǎng)簡單 四 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的有關(guān)問題 全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn) 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(gòu)成 比模擬系統(tǒng)減少60 采用網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)負(fù)荷分配特性 大大延長發(fā)電機(jī)的使用壽命用軟件來完成以前許多用硬件實(shí)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(dòng)自調(diào)諧功能 自動(dòng)對PID等參數(shù)進(jìn)行整定 使用戶能在最短的時(shí)間完成安裝調(diào)試 網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)僅需最少的控制連線 縮短鉆機(jī)的安裝時(shí)間 緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 使SCR房具有合理的構(gòu)成 便于運(yùn)輸 易于維修具有強(qiáng)大的 廣泛的診斷功能 包括各個(gè)層面的診斷功能 對維修人員的知識(shí)及技能要求遠(yuǎn)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(shí)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(gòu) 使維護(hù)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(shè)備間的互換性 減少了系統(tǒng)因故障引起的停車時(shí)間 2 驅(qū)動(dòng)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(guān) 其可靠性不如電器元器件 且價(jià)格偏高 故采用換能器切換可提高系統(tǒng)的可靠性 且價(jià)格相對較低進(jìn)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(fù)雜 可靠性反而降低 一對一 不但適用于串激電機(jī) 也適用于并激電機(jī) 更適用于交流變頻傳動(dòng)可見 一對一 方式是今后的發(fā)展趨勢 3 串勵(lì)和并勵(lì)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨負(fù)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(diǎn)是 當(dāng)實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)行時(shí) 需在主回路用同等電流容量的接觸器切換 接觸器價(jià)格高 安裝尺寸大 他勵(lì)直流電機(jī)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(lì)磁 可獲得恒功率性能 缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的換向器和炭刷故障率較高 想情況下他勵(lì)電機(jī)調(diào)速公式 推薦文章 直流電動(dòng)鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行探討 2000年 石油機(jī)械 第10期 1 異步電機(jī)變頻調(diào)速基本原理n 電機(jī)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(jī)調(diào)速有多種 但通過調(diào)節(jié)電源頻率f來改變電機(jī)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(dòng)鉆機(jī) V f控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)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(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī) 因此 頻率與電壓要成比例地改變 即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓 使電動(dòng)機(jī)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(jī)快速響應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn) 像由晶閘管供電的直流電機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁電流分量分別進(jìn)行控制 或 通過將一個(gè)三相交流的磁場系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場系統(tǒng) 以兩相做過渡 進(jìn)行等效變化 獲得兩互相獨(dú)立的磁場進(jìn)行控制 以到達(dá)類似直流電機(jī)控制的方式 使交流電機(jī)獲得較好的機(jī)械特性和動(dòng)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(dòng)態(tài)特性都可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美經(jīng)濟(jì)性方面 變頻調(diào)速裝置較直流貴 但由于交流電機(jī)的可靠耐用 故障率低 具有較大的優(yōu)勢 交流變頻鉆機(jī) 電控系統(tǒng) 變頻控制電機(jī) 交流異步電機(jī) 變頻專用電機(jī) 四川宏華數(shù)控交流變頻鉆機(jī) 交流變頻器常見故障 變頻調(diào)速器的常見故障分析和預(yù)防措施外部的電磁感應(yīng)干擾安裝環(huán)境電源異常雷擊 感應(yīng)雷電變頻器自身故障 鉆機(jī)的發(fā)展方向 自動(dòng)化 數(shù)字化 智能化 信息化交流變頻驅(qū)動(dòng)2000米以下鉆機(jī) 輕便性 運(yùn)移性3000米以下鉆機(jī) 機(jī)械驅(qū)動(dòng) 車裝鉆機(jī) 撬裝鉆機(jī)4000米鉆機(jī) 機(jī)械驅(qū)動(dòng)為主 適當(dāng)發(fā)展電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 同時(shí)要注重拆卸 安裝方便 運(yùn)輸單元少 可靠性高 價(jià)格適中 4500米鉆機(jī) 機(jī)械 電驅(qū)動(dòng)5000米以上鉆機(jī) 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 六 鉆機(jī)檢查項(xiàng)目及要求 鉆機(jī)是完成鉆井任務(wù)的最重要的裝備 因此 開鉆前必須嚴(yán)格按照 5954開鉆前驗(yàn)收項(xiàng)目及要求 對鉆機(jī)進(jìn)行檢查驗(yàn)收 鉆井設(shè)備 儀器 電氣檢查與驗(yàn)收 系統(tǒng)配套檢查承包方的所有設(shè)備 工具 材料的規(guī)格 型號(hào) 數(shù)量等應(yīng)與合同一致 設(shè)備配件儲(chǔ)備應(yīng)滿足作業(yè)需要 各類證書檢查設(shè)備的近期檢測報(bào)告 關(guān)鍵零部件探傷報(bào)告 最近一期大修記錄 設(shè)備運(yùn)行記錄 儀表標(biāo)定記錄 設(shè)備保險(xiǎn)證明等齊全 有效 靜態(tài)檢驗(yàn)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(shù)要求及說明書 對各安裝項(xiàng)目進(jìn)行安裝精度的檢驗(yàn) 對生產(chǎn)安全有影響的設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量 必要時(shí)對關(guān)鍵零部件進(jìn)行無損檢測 運(yùn)轉(zhuǎn)檢驗(yàn)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(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)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(yàn)絞車制動(dòng)系統(tǒng)能迅速 有效地進(jìn)行制動(dòng)與解除 防碰天車及保險(xiǎn)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(bào)警系統(tǒng)等反應(yīng)靈敏 準(zhǔn)確 對動(dòng)力 水 電 高低壓等設(shè)備 如鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng) 固控系統(tǒng) 應(yīng)急報(bào)警和保護(hù)系統(tǒng)等 進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn) 對一些獨(dú)立設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn) 要求這類設(shè)備工作狀態(tài)良好 密封有效 緊固件無松動(dòng) 檢驗(yàn)絞車系統(tǒng) 游動(dòng)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及井口輔助工具 著重檢驗(yàn)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(dòng) 的運(yùn)轉(zhuǎn)性能及電機(jī)情況 開灌注泵或混合泵進(jìn)行低壓循環(huán) 著重檢查固控 灌注 混配 補(bǔ)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況 并按照流程由近至遠(yuǎn)對低壓管線 閘門進(jìn)行密封試驗(yàn) 試運(yùn)轉(zhuǎn) 電氣系統(tǒng)檢查 包括各種直流電機(jī) 配電盤 變頻機(jī) 應(yīng)急發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和絕緣性能 接地電阻 防爆性能等 檢查主壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)起動(dòng)和停機(jī)壓力 壓縮空氣濕度 應(yīng)急發(fā)電機(jī)起動(dòng)試驗(yàn)和功率試驗(yàn) 起動(dòng)時(shí)間要達(dá)到說明書要求 在帶負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)半小時(shí) 輸出功率符合要求循環(huán)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)壓力按鉆井設(shè)計(jì)最大工作壓力的1 2倍 1 5倍進(jìn)行 試運(yùn)轉(zhuǎn)檢驗(yàn)時(shí)間 連續(xù)運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn) 檢驗(yàn)結(jié)果 井場設(shè)備檢驗(yàn)應(yīng)作好記錄 并按表1 11檢驗(yàn)項(xiàng)目逐項(xiàng)檢驗(yàn)后填寫檢驗(yàn)報(bào)告 發(fā)現(xiàn)不符合合同規(guī)定 達(dá)不到技術(shù)要求和存在不安全因素的設(shè)備 鉆具 工具和材料等 向承包方書面提出修理 補(bǔ)充 更換 整改要求和完成時(shí)間 表1鉆機(jī)檢查項(xiàng)目及要求 續(xù)