石油鉆井設(shè)備與工具-王鎮(zhèn)全6第二節(jié)電動(dòng)鉆機(jī).

1、第二節(jié) 電動(dòng)鉆機(jī)世界石油鉆機(jī)電驅(qū)動(dòng)型式的技術(shù)發(fā)展,經(jīng)歷了交流電驅(qū)動(dòng)、直流電驅(qū)動(dòng)、交流一 可控硅一直流電驅(qū)動(dòng)和變頻交流電驅(qū)動(dòng)等4 個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。交流變頻電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代,交流變頻調(diào)速電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是目前最先進(jìn)的 電動(dòng)鉆機(jī)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2005年，我國已生 產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)145臺。我國生產(chǎn)交 流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)量為全球之最。與機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)相比電動(dòng)鉆機(jī)的主要特點(diǎn)為:1、使絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵都實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速;2、絞車設(shè)計(jì)為單軸，經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)。體積小, 質(zhì)量輕，故障少；3、極低速及恒扭矩輸出；5、數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)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(dòng)。機(jī)

2、械驅(qū)動(dòng)與電驅(qū)動(dòng)比較.項(xiàng)目機(jī)械驅(qū)動(dòng)a電驅(qū)動(dòng)a驅(qū)動(dòng)方式。柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直流或交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)&傳動(dòng)方式Q鏈條、皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜電氣傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單Q柴油機(jī)工遠(yuǎn)3變化較大"變化較力2設(shè)備的調(diào)速"多級調(diào)速、機(jī)構(gòu)復(fù)雜無級調(diào)速、機(jī)構(gòu)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(yán)重亠噪聲小、有利于環(huán)保空M率"傳動(dòng)效率低"傳動(dòng)效率高，功率利用率"電驅(qū)動(dòng)是柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的1. 4倍門2直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)1、類型直流電一直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);交流電源一可控硅整流一直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。二者具有同樣好的鉆井性能和適應(yīng)性,只是供 電方式不同。2

3、、直流電動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)具有軟工作特性工作轉(zhuǎn)速可根據(jù)現(xiàn)代鉆井工藝的需要 以及載荷變化情況，進(jìn)行無級調(diào)節(jié),且調(diào)節(jié)范廣。立流電動(dòng)耗工作特性曲線 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)比較平穩(wěn)允許頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)節(jié)與使用均很方便，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性能。直流電動(dòng)機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，絞車可以不設(shè)倒擋，簡 化了絞車結(jié)構(gòu)。 有很好的時(shí)效指標(biāo)操作方便，變速快，時(shí)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(shí)，利用鉆柱自重進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng),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(shí)間。適用于深井快速起下鉆具。 轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)能滿足各種作業(yè)需要盡管轉(zhuǎn)盤只有兩個(gè)或4個(gè)鉆井擋數(shù)，

4、但 是由于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以無級進(jìn)行調(diào)節(jié)， 轉(zhuǎn)盤的工作轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的最大不足在于電刷部位易產(chǎn)生火花。尤其是高壓氣井的鉆進(jìn)，存在安全隱患,這對直流電動(dòng)機(jī)是致命的缺點(diǎn)。二、交流變頻調(diào)速電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)比AC SCR DC 電驅(qū)動(dòng)具有更優(yōu)良的性能，是目前最先進(jìn) 傳動(dòng)方式。1、能精確控制轉(zhuǎn)速電源頻率與交流電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速成 正比的關(guān)系。利用此特性，可實(shí)現(xiàn)變頻電 驅(qū)動(dòng)精確地?zé)o級平滑調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系為:60門n = 卩（S）式中：n FC電動(dòng)機(jī)工

5、作轉(zhuǎn)速（r/ nun）;/i FC電動(dòng)機(jī)電源頻率（Hz）;P FC電動(dòng)機(jī)定子繞組極對數(shù)；S FC電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率（%） o從上式可以看出：AC電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速 與供電頻率穴是成正比，也就是供電頻率 越高，工作轉(zhuǎn)速也越高。所以,AC電動(dòng)機(jī)工 作轉(zhuǎn)速具有很好的調(diào)節(jié)使用性能，可實(shí)現(xiàn) 無級調(diào)速。2、具有超載荷、恒扭矩調(diào)節(jié)輸出特性 具有超載荷、恒扭矩調(diào)節(jié)、恒功率調(diào) 節(jié)、調(diào)節(jié)使用范圍寬廣等輸出特性。交流變頻電動(dòng)機(jī)在處于Or/ min時(shí)，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(jī)結(jié)構(gòu)由于正反轉(zhuǎn)均可調(diào)節(jié)使用，驅(qū)動(dòng)絞車可以取消倒檔，可由4個(gè)檔減少到2個(gè)檔，驅(qū)動(dòng) 頂驅(qū)可不必

6、采用兩檔，只用單速傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 大大地簡化了絞車和頂驅(qū)結(jié)構(gòu)。4、啟動(dòng)電流小，工作效率高，過載能力強(qiáng)般電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的5倍6倍。變頻調(diào)速AC電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流只有額定電流的17倍。由于啟動(dòng)電流較小，對電網(wǎng)的沖擊性也較小。AC電動(dòng)機(jī)的工作效率高達(dá)96 % ,高于DC電 動(dòng)機(jī)(90 %) o在1分鐘之內(nèi)，變頻調(diào)速的AC電動(dòng)機(jī)，可以 承受到150 %額定載荷。這種特性對于石油鉆機(jī)處 理卡鉆事故來講,具有較大的載荷儲備，鉆井適應(yīng) 性較強(qiáng)。5、可實(shí)現(xiàn)反饋制動(dòng)剎車AC變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，可對下鉆時(shí)的鉆柱 載荷進(jìn)行反饋制動(dòng)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(qū)動(dòng)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(hù)簡便AC電動(dòng)機(jī)工作時(shí)不會產(chǎn)生工作火花。這意 味著在油田鉆井時(shí)，不會出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象，電動(dòng) 機(jī)使用更為安全可靠。交流變頻電驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)可以手控和遙控，還可 與可編程序控制器以及計(jì)算機(jī)相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自 動(dòng)控制。交流變頻電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，工作振動(dòng)小、工作噪音 低。交流變頻電動(dòng)機(jī)幾乎不需要維護(hù)。三.直流電動(dòng)鉆機(jī)與交流變頻鉆機(jī)的主要差別D C與A C比較衛(wèi)項(xiàng) 目。D OA調(diào)速，四購壊，調(diào)速范圍小"兩檔變速，調(diào)速范圍寬，能靜電機(jī)過載能力3一般&較大-電機(jī)效率“90%96%q碳刷換向器3有.無.控制精度較低。高J自動(dòng)送鉆目的就是使鉆頭對井底的鉆壓保持設(shè)定的恒定值，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的手段是控制主滾筒的剎車, 適時(shí)向井底送進(jìn)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(dòng)控制關(guān)系,就可以實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)送鉆。自動(dòng)送鉆技術(shù)可提高機(jī)械鉆速，提高