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)第二節(jié) 電動鉆機電動鉆機 世界石油鉆機電驅(qū)動型式的技術(shù)發(fā)展世界石油鉆機電驅(qū)動型式的技術(shù)發(fā)展, ,經(jīng)歷了交流電驅(qū)動、直流電驅(qū)動、交流經(jīng)歷了交流電驅(qū)動、直流電驅(qū)動、交流可控硅可控硅直流電驅(qū)動和變頻交流電驅(qū)動等直流電驅(qū)動和變頻交流電驅(qū)動等4 4 個技術(shù)發(fā)展階段。個技術(shù)發(fā)展階段。 交流變頻電動機出現(xiàn)在交流變頻電動機出現(xiàn)在2020世紀世紀80 80 年代，年代，交流變頻調(diào)速電驅(qū)動鉆機是目前最先進的交流變頻調(diào)速電驅(qū)動鉆機是目前最先進的電動鉆機。電動鉆機。 據(jù)不完全統(tǒng)計據(jù)不完全統(tǒng)計, , 到到20052005年年, , 我國已生我國已生產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動鉆機產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動鉆機145145臺。我國生產(chǎn)交

2、臺。我國生產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動鉆機數(shù)量為全球之最。流變頻電驅(qū)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與機械傳動鉆機相比電動鉆機的主要特點為: : 1 1、使絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵都實現(xiàn)了無級調(diào)、使絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵都實現(xiàn)了無級調(diào)速；速； 2 2、絞車設計為單軸、絞車設計為單軸, , 經(jīng)減速器驅(qū)動。體積經(jīng)減速器驅(qū)動。體積小小, , 質(zhì)量輕質(zhì)量輕, , 故障少故障少; ; 3 3、極低速及恒扭矩輸出；、極低速及恒扭矩輸出； 5 5、數(shù)控恒鉆壓自動送鉆。、數(shù)控恒鉆壓自動送鉆。 4 4、司鉆控制系統(tǒng)控制精確、司鉆控制系統(tǒng)控制精確, , 操作簡單操作簡單, , 使使司鉆擺脫了繁重的體力勞動

3、。司鉆擺脫了繁重的體力勞動。一、直流電驅(qū)動鉆機一、直流電驅(qū)動鉆機1 1、類型、類型 直流電直流電直流電動機驅(qū)動；直流電動機驅(qū)動； 交流電源交流電源可控硅整流可控硅整流直流電動機驅(qū)動。直流電動機驅(qū)動。 二者具有同樣好的鉆井性能和適應性二者具有同樣好的鉆井性能和適應性, ,只是只是供電方式不同。供電方式不同。 2、直流電動鉆機的特點直流電動機具有軟工作特性直流電動機具有軟工作特性 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以及載荷變化情況, ,進行無級調(diào)節(jié)進行無級調(diào)節(jié), ,且調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍廣。范圍廣。直流電動機的啟動和制動比較平穩(wěn)直流電動機的啟動和制動比較平穩(wěn)

4、 允許頻繁啟動和制動允許頻繁啟動和制動, ,調(diào)節(jié)與使用均很調(diào)節(jié)與使用均很方便方便, ,具有很強的適應性能。直流電動機很具有很強的適應性能。直流電動機很容易實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)容易實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn), ,絞車可以不設倒擋絞車可以不設倒擋, ,簡簡化了絞車結(jié)構(gòu)化了絞車結(jié)構(gòu)。有很好的時效指標有很好的時效指標 操作方便操作方便, ,變速快變速快, ,時間短時間短, ,具有很好的具有很好的處理事故的功能和能力。處理事故的功能和能力。適用深井快速起下鉆具作業(yè)適用深井快速起下鉆具作業(yè) 在下鉆時在下鉆時, ,利用鉆柱自重進行動力制動利用鉆柱自重進行動力制動, ,發(fā)電反饋到電網(wǎng)發(fā)電反饋到電網(wǎng), ,以確保絞車的剎車系統(tǒng)操以確保

5、絞車的剎車系統(tǒng)操作安全省力、節(jié)約下鉆時間。適用于深井作安全省力、節(jié)約下鉆時間。適用于深井快速起下鉆具?？焖倨鹣裸@具。轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)能滿足各種作業(yè)需要轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)能滿足各種作業(yè)需要 盡管轉(zhuǎn)盤只有兩個或盡管轉(zhuǎn)盤只有兩個或4 4 個鉆井擋數(shù)個鉆井擋數(shù), ,但但是由于直流電動機轉(zhuǎn)速可以無級進行調(diào)節(jié)是由于直流電動機轉(zhuǎn)速可以無級進行調(diào)節(jié), ,轉(zhuǎn)盤的工作轉(zhuǎn)速范圍轉(zhuǎn)盤的工作轉(zhuǎn)速范圍, ,可以充分滿足各種地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)的需要確處理打撈作業(yè)的需要, ,能夠更好地判斷井能夠更好地判斷井下發(fā)生的各種事故。下發(fā)生的各種事故。

6、直流電動機的最大不足在于電刷部位易產(chǎn)生直流電動機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，存在安全隱患，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。這對直流電動機是致命的缺點。二、交流變頻調(diào)速電動鉆機二、交流變頻調(diào)速電動鉆機 交流變頻電動鉆機交流變頻電動鉆機比比AC AC SCR SCR DC DC 電驅(qū)動電驅(qū)動具有具有更優(yōu)良的性能，是目前最先進更優(yōu)良的性能，是目前最先進傳動方式傳動方式。1 1、能精確控制轉(zhuǎn)速、能精確控制轉(zhuǎn)速 電源頻率與交流電動機的工作轉(zhuǎn)速成電源頻率與交流電動機的工作轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系。利用此特性，可實現(xiàn)變頻電正比的關(guān)系。利用此特性，可實

7、現(xiàn)變頻電驅(qū)動精確地無級平滑調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速。驅(qū)動精確地無級平滑調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速。 電動機的工作轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系為電動機的工作轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系為: : 從上式可以看出從上式可以看出:AC :AC 電動機工作轉(zhuǎn)速電動機工作轉(zhuǎn)速n n 與供電頻率與供電頻率f f1 1 是成正比是成正比, ,也就是供電頻率也就是供電頻率越高越高, ,工作轉(zhuǎn)速也越高。所以工作轉(zhuǎn)速也越高。所以,AC ,AC 電動機工電動機工作轉(zhuǎn)速具有很好的調(diào)節(jié)使用性能，可實現(xiàn)作轉(zhuǎn)速具有很好的調(diào)節(jié)使用性能，可實現(xiàn)無級調(diào)速。無級調(diào)速。2 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)輸出特性 具有超載荷、恒扭矩調(diào)節(jié)、恒功率調(diào)具有

8、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。節(jié)、調(diào)節(jié)使用范圍寬廣等輸出特性。 交流變頻電動機在處于交流變頻電動機在處于0r/ min 0r/ min 時時, ,仍仍具有全扭矩作用。這種特性對于鉆井作業(yè)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。來講，是非常安全可靠的。3 3、無需倒檔，簡化鉆機結(jié)構(gòu)、無需倒檔，簡化鉆機結(jié)構(gòu) 由于正反轉(zhuǎn)均可調(diào)節(jié)使用由于正反轉(zhuǎn)均可調(diào)節(jié)使用, ,驅(qū)動絞車可驅(qū)動絞車可以取消倒檔以取消倒檔, ,可由可由4 4個檔減少到個檔減少到2 2個檔個檔, ,驅(qū)動驅(qū)動頂驅(qū)可不必采用兩檔頂驅(qū)可不必采用兩檔, ,只用單速傳動機構(gòu)只用單速傳動機構(gòu), ,大大地

9、簡化了絞車和頂驅(qū)結(jié)構(gòu)。大大地簡化了絞車和頂驅(qū)結(jié)構(gòu)。4 4、啟動電流小、啟動電流小, ,工作效率高工作效率高, ,過載能力強過載能力強 一般電動機的啟動電流為額定電流的一般電動機的啟動電流為額定電流的5 5 倍倍6 6倍。變頻調(diào)速倍。變頻調(diào)速AC AC 電動機的啟動電流只有額定電電動機的啟動電流只有額定電流的流的1.7 1.7 倍。由于啟動電流較小倍。由于啟動電流較小, ,對電網(wǎng)的沖擊性對電網(wǎng)的沖擊性也較小。也較小。 AC AC 電動機的工作效率高達電動機的工作效率高達96 % ,96 % ,高于高于DC DC 電電動機動機(90 %) (90 %) 。 在在1 1 分鐘之內(nèi)分鐘之內(nèi), ,變頻調(diào)

10、速的變頻調(diào)速的AC AC 電動機電動機, ,可以可以承受到承受到150 %150 %額定載荷。這種特性對于石油鉆機處額定載荷。這種特性對于石油鉆機處理卡鉆事故來講理卡鉆事故來講, ,具有較大的載荷儲備具有較大的載荷儲備, ,鉆井適應鉆井適應性較強。性較強。5 5、可實現(xiàn)反饋制動剎車、可實現(xiàn)反饋制動剎車 AC AC 變頻調(diào)速電動機變頻調(diào)速電動機, ,可對下鉆時的鉆柱可對下鉆時的鉆柱載荷進行反饋制動剎車載荷進行反饋制動剎車, ,起著絞車輔助剎車起著絞車輔助剎車作用作用, ,可以代替常規(guī)絞車中的水剎車或電磁可以代替常規(guī)絞車中的水剎車或電磁渦流剎車渦流剎車, ,所以所以ACAC變頻電驅(qū)動絞車中可以取變

11、頻電驅(qū)動絞車中可以取消水剎車或電磁渦流剎車。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、使用安全方便、噪音低、維護簡便 AC AC 電動機工作時不會產(chǎn)生工作火花。這意電動機工作時不會產(chǎn)生工作火花。這意味著在油田鉆井時味著在油田鉆井時, ,不會出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象不會出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象, ,電動電動機使用更為安全可靠。機使用更為安全可靠。 交流變頻電驅(qū)動調(diào)節(jié)可以手控和遙控交流變頻電驅(qū)動調(diào)節(jié)可以手控和遙控, ,還還可與可編程序控制器以及計算機相聯(lián)接可與可編程序控制器以及計算機相聯(lián)接, ,實現(xiàn)閉環(huán)實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。自動控制。 交流交流變頻電驅(qū)動系統(tǒng)變頻電驅(qū)動系統(tǒng), ,工作振動工作振動小小、

12、工作噪工作噪音音低低。 交流變頻交流變頻電動機幾乎不電動機幾乎不需要維護需要維護。技術(shù)經(jīng)濟指標與效益分析技術(shù)經(jīng)濟指標與效益分析三、直流電動鉆機與交流變頻鉆機的主要差別三、直流電動鉆機與交流變頻鉆機的主要差別四、自動送鉆系統(tǒng)簡介四、自動送鉆系統(tǒng)簡介 自動送鉆目的就是使鉆頭對井底的鉆壓保持設定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的恒定值, ,實現(xiàn)這一目標的手段是控制主滾筒的剎車實現(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(guān)系之間建立直接或間接的自動控制關(guān)系, ,就可以實現(xiàn)自就可以實現(xiàn)自動送鉆。動送鉆。自動送鉆技術(shù)可提高機械鉆速，提高井身質(zhì)自動送鉆技術(shù)可提高機械鉆速，提高井身質(zhì)量，減少鉆頭磨損，減少井下事故發(fā)生以及降低鉆井量，減少鉆頭磨損，減少井下事故發(fā)生以及降低鉆井