油田5000米鉆機(jī)選型分析

1、油田5000米鉆機(jī)選型分析吳福才1,盧群輝2(1、江蘇石油勘探局生產(chǎn)協(xié)調(diào)處，揚(yáng)州225009；2、江蘇石油勘探局裝備處，揚(yáng)州225009；)摘要：文章著重從油田生產(chǎn)和經(jīng)驗(yàn)的角度，對(duì)幾種5000米鉆機(jī)的方案結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)及動(dòng)力配置、可靠性、適用性、投資、維護(hù)維修等方面對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和探討，以便于鉆機(jī)的用戶(hù)在5000米鉆機(jī)選型時(shí)提供參考。關(guān)鍵詞：油田鉆機(jī)選型分析Analysesandchoiceof5000mrigforoilfieldWUFu-cai1,LUQun-hui2(1、Departmentofproductionharmony,JiangsuPetroleumExplorationBu

2、reau;2、Departmentofequipmentmanagement,JiangsuPetroleumExplorationBureau;)Abstract:Analyzethestructure,transmissionofpowerandadmeasuringpower,characteristic,reliability,applicability,investment,andmaintenanceofthe500mrigontheviewofuserisbenefitforchoiceofrigofoilfield.Keywords:Analyses;choice;rig目前，

3、5000米鉆機(jī)在各油田占有一定的比例，由于其方案較多，在選型時(shí)就比較復(fù)雜。各個(gè)鉆機(jī)制造廠(chǎng)主要生產(chǎn)的新鉆機(jī)由ZJ50L鏈傳動(dòng)鉆機(jī)、ZJ50D直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、ZJ50D皎流變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和ZJ50LD衷合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)等。這幾種鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)都符合SY/T5609-1999H油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但其對(duì)于不同的油田和地區(qū)或不同的項(xiàng)目和經(jīng)營(yíng)的理念，選擇的思路應(yīng)當(dāng)是不同的，必須對(duì)這幾種鉆機(jī)的情況作認(rèn)真分析，才能確定決策的依據(jù)?，F(xiàn)就針對(duì)這一問(wèn)題，本文著重從幾種鉆機(jī)的方案結(jié)構(gòu)、可靠性、適用性、投資、維護(hù)維修等方面對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和探討。一、鉆機(jī)方案分析1、ZJ50L傳動(dòng)鉆機(jī)方案作者簡(jiǎn)介：吳福才（1952-），男，山東德州人

4、，工程師，從事鉆機(jī)調(diào)度和鉆井工程協(xié)調(diào)工作。ZJ50LB機(jī)是柴油機(jī)統(tǒng)一機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，采用液力傳動(dòng)、整體鏈條箱并車(chē)方案。由三臺(tái)12V190柴油機(jī)與750液力變矩器正車(chē)減速器直接連接、正車(chē)減速器與并車(chē)箱（兩者之間采用萬(wàn)向軸）組成的動(dòng)力機(jī)組傳動(dòng)總成布置在0.8m高的后臺(tái)底座上。通過(guò)五軸整體鏈條箱并車(chē)后，由萬(wàn)向軸分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)1300泥漿泵，通過(guò)傳動(dòng)鏈條箱驅(qū)動(dòng)絞車(chē)，絞車(chē)布置在1.4m高的后臺(tái)底座上。鉆臺(tái)高7.5m，布置有轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)箱、貓頭絞車(chē)等，絞車(chē)動(dòng)力通過(guò)直角箱萬(wàn)向軸直角箱爬臺(tái)裝置輸入到轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)箱。動(dòng)力配備：3臺(tái)190柴油機(jī)，2臺(tái)300KW發(fā)電機(jī)。鉆機(jī)井架為K型井架，可滿(mǎn)足安裝頂驅(qū)裝置的要求；塊裝式

5、底座，井架采用低位安裝、整體起升方式。2、ZJ50步占機(jī)方案鉆機(jī)采用3臺(tái)1000-1200kw柴油發(fā)電機(jī)組作為主動(dòng)力，發(fā)出的600V（或690V）50HZ交流電經(jīng)SCR巨整流后變?yōu)?-750V可調(diào)直流電分別驅(qū)動(dòng)絞車(chē)、泥漿泵和轉(zhuǎn)盤(pán)的串勵(lì)（或并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)。絞車(chē)由2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，2臺(tái)鉆井泵各分別由2臺(tái)電機(jī)通過(guò)窄V皮帶驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)由1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或通過(guò)絞車(chē)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)。絞車(chē)主剎車(chē)可采用液壓盤(pán)式剎車(chē)或帶剎車(chē)。前開(kāi)口井架，雙升式底座，均利用絞車(chē)動(dòng)力起升。動(dòng)力配備：3臺(tái)1200KW柴油發(fā)電機(jī)組，1臺(tái)400KW發(fā)電機(jī)。3、ZJ50D嚷頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)方案 全變頻驅(qū)動(dòng)方案（ZJ50DB。鉆機(jī)采用3臺(tái)（CAT3512B柴油發(fā)

6、電機(jī)組作為主動(dòng)力，發(fā)出的600V（690V）50Hz交流電經(jīng)變頻單元（VFD廢頻后分別驅(qū)動(dòng)帶絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)和泥漿泵的交流變頻電動(dòng)機(jī)。絞車(chē)電機(jī)通過(guò)一部高速齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)單滾筒絞車(chē)工作。絞車(chē)主剎車(chē)采用液壓盤(pán)式剎車(chē)，輔助剎車(chē)采用電機(jī)能耗制動(dòng)。配1臺(tái)300KW輔助發(fā)電機(jī)，在停鉆時(shí)使用。電傳系統(tǒng)主要由8個(gè)變頻柜和MCC組成，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制。前開(kāi)口井架，雙升式底座，利用絞車(chē)動(dòng)力起升。動(dòng)力配備：3臺(tái)1200KW柴油發(fā)電機(jī)組，1臺(tái)300KW發(fā)電機(jī)。 轉(zhuǎn)盤(pán)變頻驅(qū)動(dòng)方案（ZJ50LDB）。ZJ50LDB占機(jī)方案是在3臺(tái)柴油機(jī)并車(chē)后統(tǒng)一機(jī)械驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)盤(pán)采用變頻電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)2。供交流發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)由兩種形式，一

7、是由整體鏈條箱驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，發(fā)出的600V三相交流電經(jīng)過(guò)交流變頻器后供到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的變頻電機(jī)，另外，配配2臺(tái)發(fā)電機(jī)供380V交流電；二是由單獨(dú)的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，構(gòu)成獨(dú)立的800KW柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)出的600V三相交流電一路經(jīng)過(guò)變壓器后供到380V交流母排，另一路經(jīng)過(guò)交流變頻器后供到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的變頻電機(jī)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分與ZJ50L#傳動(dòng)鉆機(jī)方案相同。動(dòng)力配備：1臺(tái)800KW機(jī)械驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，3臺(tái)190柴油機(jī)，2臺(tái)300KW發(fā)電機(jī)組。或1臺(tái)800KW柴油發(fā)電機(jī)組，3臺(tái)190柴油機(jī)，2臺(tái)300KW發(fā)電機(jī)組。井架型式基本相同。 華變頻半機(jī)械驅(qū)動(dòng)方案（ZJ50DBF。采用2臺(tái)（CAT3512B3000系列19

8、0）柴油發(fā)電機(jī)組作為主動(dòng)力，發(fā)出的600V50Hz交流電經(jīng)變頻單元（VFD變頻后分別驅(qū)動(dòng)帶絞車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)的交流變頻電動(dòng)機(jī)。絞車(chē)電機(jī)通過(guò)一部高速齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)單滾筒絞車(chē)工作。絞車(chē)主剎車(chē)采用液壓盤(pán)式剎車(chē)，輔助剎車(chē)采用電機(jī)能耗制動(dòng)。2臺(tái)泥漿泵各由1臺(tái)12V190柴油機(jī)+液力偶合器驅(qū)動(dòng)。配1臺(tái)300KW輔助發(fā)電機(jī)，在停鉆時(shí)使用。電傳系統(tǒng)主要由2-3個(gè)變頻柜和MCC組成，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制。動(dòng)力配備：2臺(tái)1200KW柴油發(fā)電機(jī)組，2臺(tái)190柴油機(jī)，1臺(tái)300KW發(fā)電機(jī)。井架型式基本相同。二、三類(lèi)鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)分析1、ZJ50L條機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)該鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：1）功率利用率高，正常鉆進(jìn)開(kāi)兩臺(tái)柴油

9、機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)，起下鉆一般開(kāi)一臺(tái)柴油機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)即可，相對(duì)比較節(jié)能。2）可靠性相對(duì)較高。由于其方案特點(diǎn)與ZJ40L1不多，其主要部件都經(jīng)過(guò)近十年的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，總體質(zhì)量是可靠的，同時(shí)，使用和管理人員對(duì)其有清楚的認(rèn)識(shí)，有一套相應(yīng)的管理和維護(hù)辦法，確保了鉆機(jī)的可靠運(yùn)行。根據(jù)鉆機(jī)可靠性評(píng)定指標(biāo)和在用鉆機(jī)故障分析3,其鉆機(jī)主要部件大修周期MTTR都在規(guī)定的范圍內(nèi)，高危害度故障極少發(fā)生。3）操作簡(jiǎn)單。井隊(duì)工人對(duì)其結(jié)構(gòu)、原理、安裝拆卸、使用要求比較清楚，操作上有一定的經(jīng)驗(yàn)。4）維修及維護(hù)保養(yǎng)比較方便簡(jiǎn)單。一般情況下井隊(duì)工人可以完成維護(hù)保養(yǎng)和小修工作。5）投資相對(duì)少。全部配套在2000萬(wàn)元左右，包括鉆機(jī)主體、

10、動(dòng)力、傳動(dòng)、泵、凈化系統(tǒng)、防噴器、儀表等。主要缺點(diǎn)：1）技術(shù)性能和調(diào)速特性相對(duì)較差。表現(xiàn)在轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍小，不能較好地滿(mǎn)足鉆井工藝的要求，特別是在固井、處理復(fù)雜情況或處理事故的情況時(shí)，需要設(shè)備具有良好的調(diào)速和控制特性。此時(shí)，只能通過(guò)拆閥或控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整排量，其效果也不理想，同時(shí)使泵和柴油機(jī)的工況惡化。2）由于是機(jī)械傳動(dòng)，設(shè)備在硬特性工況下運(yùn)行，工作平穩(wěn)性差，對(duì)設(shè)備的使用壽命也有影響。3）鉆機(jī)安裝和拆卸時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)輸車(chē)次多。由于后臺(tái)底座和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)組構(gòu)件較多，增加了安裝、拆卸和運(yùn)輸?shù)墓ぷ髁俊３醪綔y(cè)算每口井約增加1天拆卸時(shí)間，運(yùn)輸車(chē)次增加8-10車(chē)。4）對(duì)于4000米以上的深井適應(yīng)性

11、相對(duì)較差。特別是大井眼、大斜度、復(fù)雜地層、探井等特殊井，由于鉆機(jī)提升能力、扭矩、控制特性等差距，使其適應(yīng)性下降。2、ZJ50D直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)而言，該鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要是：1）調(diào)速特性相對(duì)較好。扭矩和轉(zhuǎn)速可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)變化調(diào)整，特別是轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速和泥漿泵的排量可以得到最大的滿(mǎn)足，提高了工藝性和工作效果。這是鉆井工藝對(duì)鉆機(jī)提出的最重要的要求之一。2）傳動(dòng)平穩(wěn)，變速?zèng)_擊負(fù)荷小，有利于起下鉆作業(yè)，同時(shí)也改善了設(shè)備的工況，減少了設(shè)備的磨損。3）直流電機(jī)扭矩大，并且具有較大的過(guò)載能力，進(jìn)一步滿(mǎn)足了現(xiàn)代鉆井工藝的要求。4）電傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)相比，維修工作量減少，設(shè)備大修壽命延長(zhǎng)。

12、5）電傳動(dòng)鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，搬家安裝時(shí)間少，運(yùn)輸車(chē)次也相對(duì)減少，節(jié)約了運(yùn)行成本。6）動(dòng)力配備合理，正常工作時(shí)開(kāi)1-2臺(tái)1000KW發(fā)電機(jī)組。7）在對(duì)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。主要缺點(diǎn)：1 ）投資大。一臺(tái)鉆機(jī)至少需要3500萬(wàn)元以上，與機(jī)械鉆機(jī)相比，每年成本需要增加約150萬(wàn)元，在國(guó)內(nèi)打井使用，性?xún)r(jià)比相對(duì)差。2 ）鉆機(jī)的使用和維護(hù)保養(yǎng)對(duì)井隊(duì)工人的素質(zhì)要求較高，并且要求配備2名專(zhuān)門(mén)的電氣工程師，確保電傳系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)。3）與交流變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，技術(shù)特性和可控性差。3、ZJ50(DB、DBF、LDBB交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)目前，交流變頻電驅(qū)動(dòng)包含了全變頻驅(qū)動(dòng)、半變頻驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)盤(pán)變頻驅(qū)動(dòng)三種型

13、式。交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)與直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，幾乎具備了直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了它的缺點(diǎn)，下面主要與直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)：1）鉆機(jī)絞車(chē)為單軸齒輪傳動(dòng)，一檔無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單、可靠，傳動(dòng)效率高。主剎車(chē)采用液壓盤(pán)式剎車(chē)，輔助剎車(chē)采用電機(jī)能耗制動(dòng)，取代廣泛使用的輔助剎車(chē)裝置，同時(shí)，能通過(guò)計(jì)算機(jī)定量控制制動(dòng)扭矩。絞車(chē)采用主電機(jī)和獨(dú)立電機(jī)自動(dòng)送鉆技術(shù)，對(duì)起下鉆工況和鉆井工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。2）交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)相比，便于向高壓、高轉(zhuǎn)速和大容量方向發(fā)展，因此采用高速、大功率、寬頻交流電動(dòng)機(jī)和交流變頻系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了一檔單軸齒輪傳動(dòng)絞車(chē)0-100%范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。而直流SC

14、R電傳動(dòng)系統(tǒng)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。3）變頻器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較高，可以達(dá)到0.9，變頻器控制交流變頻異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合功率因數(shù)遠(yuǎn)高于直流系統(tǒng)（約0.6左右），因此系統(tǒng)能耗小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。4）交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)費(fèi)用低。交流異步電機(jī)無(wú)換向器，不產(chǎn)生電火花，可以實(shí)現(xiàn)防爆功能，更適合油氣田使用。5）鉆機(jī)絞車(chē)變頻制動(dòng)系統(tǒng)采用了矢量控制和直接扭矩控制1，便于實(shí)現(xiàn)智能化操作，穩(wěn)速精度高，極大地提高了鉆機(jī)控制的水平，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)送鉆。運(yùn)行可靠，參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)試簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。6）配備合理，功率利用率高，經(jīng)濟(jì)性好。ZJ50DB正常工況帶泵開(kāi)2臺(tái)發(fā)電機(jī)組，起下鉆開(kāi)1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)組即可。7）對(duì)于ZJ50LD璘專(zhuān)盤(pán)

15、變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和ZJ50DB泮變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)而言，是花費(fèi)少量的資金使機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)得到轉(zhuǎn)盤(pán)或前臺(tái)設(shè)備性能的改善和提高。主要缺點(diǎn)：1）投資大。一臺(tái)全變頻鉆機(jī)至少需要4000萬(wàn)元以上，與機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，每年成本需要增加約200萬(wàn)元；一臺(tái)半變頻鉆機(jī)至少需要3400萬(wàn)元以上，每年成本需要增加約140萬(wàn)元，在國(guó)內(nèi)打井使用，性?xún)r(jià)比相對(duì)差。2）機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，鉆機(jī)的使用和維護(hù)保養(yǎng)對(duì)井隊(duì)工人的素質(zhì)要求較高，并且要求配備至少1名專(zhuān)門(mén)的電氣工程師，確保電傳系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)。3）半變頻方案中，泥漿泵為機(jī)械驅(qū)動(dòng)，不具備電驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，而且，190柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的單機(jī)泵組，柴油機(jī)功率偏小，相對(duì)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)而言，工況較差，柴油機(jī)壽命短

16、。轉(zhuǎn)盤(pán)變頻方案，在機(jī)械驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，只是轉(zhuǎn)盤(pán)性能略有提高，但整體性能沒(méi)有變化。三、結(jié)論1 、鉆機(jī)的選擇首先必須考慮是否滿(mǎn)足現(xiàn)代鉆井工藝及其發(fā)展的要求。隨著鉆井工藝的發(fā)展，叢式井、水平井、多把點(diǎn)定向井、復(fù)雜地層特殊工藝井以及科學(xué)探井等所占的比例不斷提高，現(xiàn)代鉆井工藝強(qiáng)調(diào)鉆井工程的經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性、科學(xué)性和HSE的要求，其中許多要求要通過(guò)鉆機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，涉及到鉆機(jī)的提升能力、扭矩、控制水平、鉆井參數(shù)的監(jiān)測(cè)、動(dòng)力配置的經(jīng)濟(jì)性、HSE的防護(hù)能力、鉆井液的供給和處理能力、鉆機(jī)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等。2、在國(guó)內(nèi)使用，特別是在本油田油區(qū)使用，對(duì)于地層和鉆井的類(lèi)型及工藝比較了解，選用ZJ50LZJ50LD的鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)性較好。這種鉆機(jī)在機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)中屬于國(guó)內(nèi)最先進(jìn)水平。3、在需要開(kāi)拓外部市場(chǎng)、參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，不同地區(qū)和國(guó)家的甲方對(duì)鉆機(jī)的認(rèn)識(shí)和要求不同，