石油鉆井設(shè)備與工具王鎮(zhèn)全第二節(jié)電動(dòng)鉆機(jī)

1、第二節(jié)第二節(jié) 電動(dòng)鉆機(jī)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)、交流經(jīng)歷了交流電驅(qū)動(dòng)、直流電驅(qū)動(dòng)、交流可控硅可控硅直流電驅(qū)動(dòng)和變頻交流電驅(qū)動(dòng)等直流電驅(qū)動(dòng)和變頻交流電驅(qū)動(dòng)等4 4 個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。 交流變頻電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在交流變頻電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，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)。電動(dòng)鉆機(jī)。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), , 到到20052005年年, , 我國已生我國已生產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)產(chǎn)交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)145145臺(tái)。我國生產(chǎn)交臺(tái)。

2、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。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 1、使絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵都實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)、使絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵都實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速；速； 2 2、絞車設(shè)計(jì)為單軸、絞車設(shè)計(jì)為單軸, , 經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)。體積經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)。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(dòng)送鉆。、數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)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(dòng)。司

3、鉆擺脫了繁重的體力勞動(dòng)。一、直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)一、直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)1 1、類型、類型 直流電直流電直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)； 交流電源交流電源可控硅整流可控硅整流直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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)性二者具有同樣好的鉆井性能和適應(yīng)性, ,只是只是供電方式不同。供電方式不同。 2、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(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié), ,且調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍廣。范圍廣。直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)比較平穩(wěn)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)比較平穩(wěn) 允

4、許頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)允許頻繁啟動(dòng)和制動(dòng), ,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(qiáng)的適應(yīng)性能。直流電動(dòng)機(jī)很具有很強(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)容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn), ,絞車可以不設(shè)倒擋絞車可以不設(shè)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(shí)效指標(biāo)有很好的時(shí)效指標(biāo) 操作方便操作方便, ,變速快變速快, ,時(shí)間短時(shí)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(shí)在下鉆時(shí), ,利用鉆柱自重進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)利用鉆柱自重進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng), ,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)操以確保絞車

5、的剎車系統(tǒng)操作安全省力、節(jié)約下鉆時(shí)間。適用于深井作安全省力、節(jié)約下鉆時(shí)間。適用于深井快速起下鉆具。快速起下鉆具。轉(zhuǎn)速可無級(jí)調(diào)節(jié)能滿足各種作業(yè)需要轉(zhuǎn)速可無級(jí)調(diào)節(jié)能滿足各種作業(yè)需要 盡管轉(zhuǎn)盤只有兩個(gè)或盡管轉(zhuǎn)盤只有兩個(gè)或4 4 個(gè)鉆井擋數(shù)個(gè)鉆井擋數(shù), ,但但是由于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以無級(jí)進(jìn)行調(diào)節(jié)是由于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以無級(jí)進(jìn)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。 直流

6、電動(dòng)機(jī)的最大不足在于電刷部位易產(chǎn)生直流電動(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，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)。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)二、交流變頻調(diào)速電動(dòng)鉆機(jī) 交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)比比AC AC SCR SCR DC DC 電驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)具有具有更優(yōu)良的性能，是目前最先進(jìn)更優(yōu)良的性能，是目前最先進(jìn)傳動(dòng)方式傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速成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)變頻電正比的關(guān)系。利用此特性，可實(shí)現(xiàn)變

7、頻電驅(qū)動(dòng)精確地?zé)o級(jí)平滑調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)精確地?zé)o級(jí)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)系為電動(dòng)機(jī)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: :交流變頻電動(dòng)機(jī)工交流變頻電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速作轉(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, ,也就是供也就是供電頻率越高電頻率越高, ,工作轉(zhuǎn)速也越高。所以工作轉(zhuǎn)速也越高。所以,AC ,AC 電電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速具有很好的調(diào)節(jié)使用性能，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(jí)調(diào)速?？蓪?shí)現(xiàn)無級(jí)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

8、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。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)在處于交流變頻電動(dòng)機(jī)在處于0r/ min 0r/ min 時(shí)時(shí), ,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(jī)結(jié)構(gòu)、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)使用由于正反轉(zhuǎn)均可調(diào)節(jié)使用, ,驅(qū)動(dòng)絞車可驅(qū)動(dòng)絞車可以取消倒檔以取消倒檔, ,可由可由4 4個(gè)檔減少到個(gè)檔減少到2 2個(gè)檔個(gè)檔, ,驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)只用單速傳動(dòng)機(jī)構(gòu), ,大大

9、地簡化了絞車和頂驅(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(dòng)電流小、啟動(dòng)電流小, ,工作效率高工作效率高, ,過載能力強(qiáng)過載能力強(qiáng) 一般電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的一般電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流只有額定電電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流只有額定電流的流的1.7 1.7 倍。由于啟動(dòng)電流較小倍。由于啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的工作效率高達(dá)電動(dòng)機(jī)的工作效率高達(dá)96 % ,96 % ,高于高于DC DC 電電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)(90 %) (90 %) 。 在在1 1 分鐘之內(nèi)分鐘之內(nèi), ,變頻

10、調(diào)速的變頻調(diào)速的AC AC 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī), ,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(jī)處額定載荷。這種特性對于石油鉆機(jī)處理卡鉆事故來講理卡鉆事故來講, ,具有較大的載荷儲(chǔ)備具有較大的載荷儲(chǔ)備, ,鉆井適應(yīng)鉆井適應(yīng)性較強(qiáng)。性較強(qiáng)。5 5、可實(shí)現(xiàn)反饋制動(dòng)剎車、可實(shí)現(xiàn)反饋制動(dòng)剎車 AC AC 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī), ,可對下鉆時(shí)的鉆柱可對下鉆時(shí)的鉆柱載荷進(jìn)行反饋制動(dòng)剎車載荷進(jìn)行反饋制動(dòng)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(dòng)絞車中可以取

11、變頻電驅(qū)動(dòng)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(hù)簡便、使用安全方便、噪音低、維護(hù)簡便 AC AC 電動(dòng)機(jī)工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生工作火花。這意電動(dòng)機(jī)工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生工作火花。這意味著在油田鉆井時(shí)味著在油田鉆井時(shí), ,不會(huì)出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)電弧擊穿現(xiàn)象, ,電動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用更為安全可靠。機(jī)使用更為安全可靠。 交流變頻電驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)可以手控和遙控交流變頻電驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)可以手控和遙控, ,還可還可與可編程序控制器以及計(jì)算機(jī)相聯(lián)接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)自實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。動(dòng)控制。 交流交流變頻電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變頻電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), ,工作振動(dòng)工作振動(dòng)小小

12、、工作噪工作噪音音低低。 交流變頻交流變頻電動(dòng)機(jī)幾乎不電動(dòng)機(jī)幾乎不需要維護(hù)需要維護(hù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與效益分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與效益分析三、直流電動(dòng)鉆機(jī)與交流變頻鉆機(jī)的主要差別三、直流電動(dòng)鉆機(jī)與交流變頻鉆機(jī)的主要差別四、自動(dòng)送鉆系統(tǒng)簡介四、自動(dòng)送鉆系統(tǒng)簡介 自動(dòng)送鉆目的就是使鉆頭對井底的鉆壓保持設(shè)定自動(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)自就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆。動(dòng)送鉆。自動(dòng)送鉆技術(shù)可提高機(jī)械鉆速，提高井身質(zhì)自動(dòng)送鉆技術(shù)可提高機(jī)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