交流變頻電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的原理和應(yīng)用

交流變頻電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的原理和應(yīng)用頻道:電機(jī)發(fā)布時(shí)間:2008-06-27自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的發(fā)展及原理1.1變頻電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的發(fā)展中國的石油鉆機(jī)技術(shù)由仿制前蘇聯(lián)的機(jī)械皮帶傳動(dòng)鉆機(jī)到自行研制的大慶I型,II型鉆機(jī)經(jīng)歷了幾十年的時(shí)間。在這個(gè)時(shí)期，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度特別大，工作危險(xiǎn)性高。20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)電動(dòng)鉆機(jī)，特別是變頻技術(shù)、PLC技術(shù)、微電腦技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，大大提高了石油鉆機(jī)的自動(dòng)化水平。在這種環(huán)境下，通過許多鉆機(jī)技術(shù)人員、電控技術(shù)人員、鉆機(jī)操作人員的共同努力，自動(dòng)送鉆機(jī)技術(shù)得到了長足的進(jìn)步，為鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？v觀世界各國的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，按控制系統(tǒng)主傳動(dòng)方式可以分為機(jī)械式、氣動(dòng)式、液動(dòng)式、電動(dòng)式和計(jì)算機(jī)式，其中計(jì)算機(jī)式由于具有軟件編程的靈活性，控制算法可優(yōu)化選擇，能不斷提高控制品質(zhì)特點(diǎn)，成為自動(dòng)送鉆技術(shù)發(fā)展的新熱點(diǎn)。按控制鉆進(jìn)參數(shù)可分為恒鉆壓控制、恒鉆速控制、恒扭矩控制、鉆壓與鉆速乘積值控制，其中以恒鉆壓控制應(yīng)用最為廣泛。1.2原理主電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)主電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)組成如圖1131。在鉆井過程中，鉆壓變化信號通過死繩作用于壓力變送器轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過A/D采樣后，膜式傳感器輸出液壓變化信號，液壓變化信號再通過選擇單元進(jìn)行判斷，正常范圍內(nèi)壓力信號的采樣值與鉆壓給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，輸出控制量通過D/A轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再用該信號控制變頻調(diào)速單元，輸出可變的頻率電壓信號來控制絞車主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化通過減速機(jī)構(gòu)和紋車筒等傳動(dòng)裝置最終控制大鉤下放快慢，完成恒鉆壓閉環(huán)控制。如果由A/D采樣后的鉆壓信號經(jīng)選擇單元后為異常鉆壓信號，則由選擇單元自動(dòng)給定一個(gè)下放速度，直接輸人到速度控制單元進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速控制，直到鉆壓重新恢復(fù)正常。該系統(tǒng)增設(shè)了測速碼器構(gòu)成的局部反饋回路，將反映絞車主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號反饋到速度控制單元的輸人端因?yàn)殂@壓控制單元（或速度給定單元）信號與速度反饋信號極性相反，故此回路為負(fù)反饋回路。速度反饋回路有助于增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)非線性，提高變頻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度。此外，該系統(tǒng)具有上位工控機(jī)監(jiān)控功能。同時(shí)通過對鉆具轉(zhuǎn)速、扭矩、大鉤鉤載、鉆井泵泵壓和游車位置的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)報(bào)警及緊急剎車制動(dòng)功能。小電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)在實(shí)際工況中，雖然主電機(jī)在進(jìn)行自動(dòng)送鉆過程中，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但是主電機(jī)在速度很低的時(shí)候，尤其是長時(shí)間在低于額定功率、額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行是很不穩(wěn)定的，尤其是該系統(tǒng)主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的頻率較低，較容易受其他諧波信號的干擾，使系統(tǒng)控制性能變差，控制精度下降，而且對電機(jī)影響比較大。所以在目前國內(nèi)大多采用小電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)，其工作原理與圖1相似，是在絞車的后部或者是前部加裝一個(gè)小電機(jī)。由于在自動(dòng)送鉆過程中需要低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，所以需給小電機(jī)加裝1臺(tái)大減速比的減速箱。自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的硬件構(gòu)成川自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的硬件部分主要由信號檢測變送單元、控制單元、變頻器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元和上位機(jī)監(jiān)控單元等構(gòu)成，如圖1,信號檢測變送單元該單元由指重鉆壓、鉆具扭矩、鉆井泵泵壓、鉆具轉(zhuǎn)速和游車位置傳感變送器組成。其中指重鉆壓、鉆具扭矩、鉆井泵泵壓變送器輸出信號為4-20mA，而鉆具轉(zhuǎn)速和游車位置變送器輸出，號為0或5V的電平信號?？刂茊卧搯卧目刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)鉆機(jī)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)的采集和顯示，并把采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來控制鉆機(jī)的運(yùn)行。變頻器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元由微機(jī)輸出4-20mA的電流信號進(jìn)人變頻器，控制輸出電壓為。0-600V,頻率為。0-200Hz的信號對鉆機(jī)絞車主電動(dòng)機(jī)（小電機(jī)）進(jìn)行調(diào)速控制，輸出一定的轉(zhuǎn)速來控制鉆井速度。同時(shí)，數(shù)字編碼器將反映主電動(dòng)機(jī)的脈沖信號反饋到速度控制單元的輸人端，隨后脈沖信號直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)參與被控對象的控制。上位機(jī)監(jiān)控單元上位機(jī)是整個(gè)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的重要組成部分，上位機(jī)監(jiān)控單元硬件基本配置為:CPU為奔騰三處理器，內(nèi)存256M,硬盤40G以上;上位機(jī)操作系統(tǒng)采用Windows98或Windows2000以及各種監(jiān)控輔助軟件等。這種操作系統(tǒng)主要功能為顯示鉆機(jī)工作所需要的各種運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)，對鉆機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)記錄、參數(shù)設(shè)置、資料查詢和打印等操作。自動(dòng)送鉆系統(tǒng)在變頻鉆機(jī)中的應(yīng)用交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)是國外20世紀(jì)90年代新發(fā)展起來的一種先進(jìn)的電動(dòng)鉆機(jī)。90年代后期，我國的科技人員和有關(guān)單位將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于石油鉆采設(shè)備，尤其是電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，成為當(dāng)今最受青睞的鉆機(jī)。交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)與機(jī)械鉆機(jī)和直流鉆機(jī)相比，它采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)能夠適應(yīng)鉆井工藝的要求，簡化了鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減輕了維護(hù)保養(yǎng)工作，提高了安全性、可靠性和移運(yùn)性。交流變頻絞車體積小、質(zhì)量輕、故障少、維護(hù)方便;調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速;能夠以極低的速度恒扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆，對提高鉆井時(shí)效、優(yōu)化鉆井工藝、處理井下事故等十分有利。新型司鉆控制系統(tǒng)控制精確、操作簡單，使司鉆擺脫了繁重的體力勞動(dòng)，并注重了操作技巧和鉆井參數(shù)的優(yōu)選。交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)中的自動(dòng)送鉆系統(tǒng)在交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)發(fā)展中最重要的是對絞車的改進(jìn)和發(fā)展。交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的絞車通常都會(huì)配置1套數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆裝置（有少數(shù)紋車也采用主電機(jī)自動(dòng)送鉆）。該裝置由1臺(tái)小功率的交流變頻電機(jī)通過大傳動(dòng)比減速后驅(qū)動(dòng)滾筒軸。送鉆時(shí)由數(shù)字化變頻拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)定恒力矩反拖滾筒，自動(dòng)調(diào)速和保護(hù)，達(dá)到恒壓穩(wěn)速送鉆的目的，送鉆鉆壓誤差＜40-500N。存在的問題及措施a） 利用軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，需與轉(zhuǎn)盤扭矩的自適應(yīng)控制相結(jié)合，以便在自動(dòng)送鉆情況下，井下突然出現(xiàn)憋卡等復(fù)雜工況時(shí)，自動(dòng)改變轉(zhuǎn)盤變頻器的電壓、電流、頻率等電參數(shù)，釋放鉆桿扭矩，自動(dòng)適應(yīng)井下扭矩變化。b） 為實(shí)現(xiàn)紋車自動(dòng)送鉆和轉(zhuǎn)盤自適應(yīng)控制功能，需要在2臺(tái)紋車電機(jī)和轉(zhuǎn)盤電機(jī)自由端分別安裝編碼器。根據(jù)目前的情況，存在2個(gè)問題，首先，國產(chǎn)變頻電機(jī)自由端是封閉的，沒有伸出安裝軸;其次，我國設(shè)計(jì)的絞車配置的2臺(tái)永濟(jì)電機(jī)，背對式安裝，電機(jī)自由端間隔很小，安裝2只編碼器有困難，尤其在轉(zhuǎn)盤電機(jī)中。同功率的ABB變頻電機(jī)，體積要小于永濟(jì)電機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)配置帶有編碼器，適合于這種應(yīng)用場合。c） 在應(yīng)用過程中，小電機(jī)自動(dòng)送鉆裝置從性價(jià)比上更能適應(yīng)目前變頻鉆機(jī)的

要求。但是，自動(dòng)送鉆裝置一般安裝在紋車的后部或者前部，其結(jié)構(gòu)屬于絞車的一

部分。所以造成紋車結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積比較大等諸多不利因素。這方面問題與自

動(dòng)送鉆裝置生產(chǎn)廠家有關(guān)系，需與他們協(xié)商，共同將自動(dòng)送鉆裝置的體積減小，更加簡單可靠。結(jié)論論述了交流變頻電機(jī)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)在變頻鉆機(jī)中的出現(xiàn)、各種存在形式、原理、結(jié)構(gòu)以及發(fā)展。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、安裝方便、控制準(zhǔn)確的原則推廣應(yīng)用。小電機(jī)自動(dòng)送鉆在解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大等缺點(diǎn)的前提下，應(yīng)是變頻鉆機(jī)采用自動(dòng)送鉆系統(tǒng)首先選擇的方案。名句賞析?????不限主題不限抒情四季山水天氣人物人生生活節(jié)日動(dòng)物植物食物山有木兮木有枝，心悅君兮君不知。 佚名《越人歌》人生若只如初見，何事秋風(fēng)悲畫扇。 納蘭性德《木蘭詞?擬古決絕詞柬友》十年生死兩茫茫，不思量，自難忘。 蘇軾《江城子?乙卯正月二十日夜記夢》只愿君心似我心，定不負(fù)相思意。 李之儀《卜算子?我住長江頭》玲瓏骰子安紅豆，入骨相思知不知。 溫庭筠《南歌子詞二首/新添聲楊柳枝詞》曾經(jīng)滄海難為水，除卻巫山不是云。 元稹《離思五首?其四》愿得一心人，白頭不相離。 卓文君《白頭吟》去年今日此門中，人面桃花相映紅。 崔護(hù)《題都城南莊》平生不會(huì)相思，才會(huì)相思，便害相思。 徐再思《折桂令?春情》入我相思門，知我相思苦。 李白《三五七言/秋風(fēng)詞》山無陵，江水為竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢與君絕。 佚名《上邪》人生自是有情癡，此恨不關(guān)風(fēng)與月。 歐陽修《玉樓春?尊前擬把歸期說》一往情深深幾許,深山夕照深秋雨。 納蘭性德《蝶戀花?出塞》兩情若是久長時(shí)，又豈在朝朝暮暮。 秦觀《鵲橋仙?纖云弄巧》執(zhí)子之手，與子偕老。 佚名《擊鼓》花自飄零水自流。一種相思，兩處閑愁。 李清照《一剪梅?紅藕香殘玉簟秋》問世間，情為何物，直教生死相許, 元好問《摸魚兒?雁丘詞/邁陂塘》一日不見兮，思之如狂。 司馬相如《鳳求凰/琴歌》人生如逆旅，我亦是行人。 蘇軾《臨江仙?送錢穆父》世間無限丹青手，一片傷心畫不成。 高蟾《金陵晚望》林花謝了春紅，太匆匆。無奈朝來寒雨，晚來風(fēng)。 李煜《相見歡?林花謝了春紅》獨(dú)立寒秋，湘江北去，橘子洲頭。 毛澤東《沁園春?長沙》身無彩鳳雙飛翼，心有靈犀一點(diǎn)通。 李商隱《無題?昨夜星辰昨夜風(fēng)》滾滾長江東逝水，浪花淘盡英雄。 楊慎《臨江仙?滾滾長江東逝水》怕相思，已相思，輪到相思沒處辭，眉間露一絲。 俞彥《長相思?折花枝》此情可待成追憶,只是當(dāng)時(shí)已惘然。 李商隱《錦瑟》思悠悠，恨悠悠，恨到歸時(shí)方始休。 白居易《長相思?汴水流》取次花叢懶回顧，半緣修道半緣君。 元稹《離思五首?其四》若是前生未有緣，待重結(jié)、來生愿。 樂婉《卜算子?答施》雨打梨花深閉門，忘了青春，誤了青春。 唐寅《一剪梅?雨打梨花深閉門》少年不識愁滋味，愛上層樓。愛上層樓。為賦新詞強(qiáng)說愁。 辛棄疾《丑奴兒?書博山道中壁》自在飛花輕似夢，無邊絲雨細(xì)如愁。 秦觀《浣溪沙?漠漠輕寒上小樓》近水樓臺(tái)先得月，向陽花木易為春。 蘇麟《斷句》一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。 杜牧《過華清宮絕句三首》抽刀斷水水更流，舉杯消愁愁更愁。 李白《宣州謝脁樓餞別校書叔云/陪侍御叔華登樓歌》疏影橫斜水清淺，暗香浮動(dòng)月黃昏。 林逋《山園小梅?其一》人面不知何處去，桃花依舊笑春風(fēng)。 崔護(hù)《題都城南莊》時(shí)光只解催人老，不信多情，長恨離亭，淚滴春衫酒易醒。 晏殊《采桑子?時(shí)光只解催人老》一生大笑能幾回，斗酒相逢須醉倒。 岑參《涼州館中與諸判官夜集》天涯地角有窮時(shí)，只有相思無盡處。 晏殊《玉樓春?春恨》問君能有幾多愁,恰似一江春水向東流。 李煜《虞美人?春花秋月何時(shí)了》似此星辰非昨夜，為誰風(fēng)露立中宵。 黃景仁《綺懷》菩提本無樹，明鏡亦非臺(tái)。 惠能《菩提偈》溪云初起日沉閣，山雨欲來風(fēng)滿樓。 許渾《咸陽城東樓/咸陽城西樓晚眺/西門》春風(fēng)得意馬蹄疾，一日看盡長安花。 孟郊《登科后》枯藤老樹昏鴉，小橋流水人家，古道西風(fēng)瘦馬。 馬致遠(yuǎn)《天凈沙?秋思》空山新雨后，天氣晚來秋。 王維《山居秋暝》人到情多情轉(zhuǎn)薄，而今真?zhèn)€悔多情。 納蘭性德《山花子?風(fēng)絮飄殘已化萍》同是天涯淪落人，相逢何必曾相識?____馬致遠(yuǎn)《雜劇?江州司馬青衫淚》浮云一別后，流水十年間。 韋應(yīng)物《淮上喜會(huì)梁川故人/淮上喜會(huì)梁州故人》名句賞析?????不限主題不限抒情四季山水天氣人物人生生活節(jié)日動(dòng)物植物食物山有木兮木有枝，心悅君兮君不知。 佚名《越人歌》人生若只如初見，何事秋風(fēng)悲畫扇。 納蘭性德《木蘭詞?擬古決絕詞柬友》十年生死兩茫茫，不思量，自難忘。蘇軾《江城子?乙卯正月二十日夜記夢》只愿君心似我心，定不負(fù)相思意。李之儀《卜算子?我住長江頭》玲瓏骰子安紅豆，入骨相思知不知。 溫庭筠《南歌子詞二首/新添聲楊柳枝詞》曾經(jīng)滄海難為水，除卻巫山不是云。 元稹《離思五首?其四》愿得一心人，白頭不相離。 卓文君《白頭吟》去年今日此門中，人面桃花相映紅。 崔護(hù)《題都城南莊》平生不會(huì)相思，才會(huì)相思，便害相思。 徐再思《折桂令?春情》入我相思門，知我相思苦。 李白《三五七言/秋風(fēng)詞》山無陵，江水為竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢與君絕。 佚名《上邪》人生自是有情癡，此恨不關(guān)風(fēng)與月。 歐陽修《玉樓春?尊前擬把歸期說》一往情深深幾許,深山夕照深秋雨。 納蘭性德《蝶戀花?出塞》兩情若是久長時(shí)，又豈在朝朝暮暮。 秦觀《鵲橋仙?纖云弄巧》執(zhí)子之手，與子偕老。 佚名《擊鼓》花自飄零水自流。一種相思，兩處閑愁。 李清照《一剪梅?紅藕香殘玉簟秋》問世間，情為何物，直教生死相許, 元好問《摸魚兒?雁丘詞/邁陂塘》一日不見兮，思之如狂。 司馬相如《鳳求凰/琴歌》人生如逆旅，我亦是行人。 蘇軾《臨江仙?送錢穆父》世間無限丹青手，一片傷心畫不成。 高蟾《金陵晚望》林花謝了春紅，太匆匆。無奈朝來寒雨，晚來風(fēng)。 李煜《相見歡?林花謝了春紅》獨(dú)立寒秋，湘江北去，橘子洲頭。 毛澤東《沁園春?長沙》身無彩鳳雙飛翼，心有靈犀一點(diǎn)通。 李商隱《無題?昨夜星辰昨夜風(fēng)》滾滾長江東逝水，浪花淘盡英雄。 楊慎《臨江仙?滾滾長江東逝水》怕相思，已相思，輪到相思沒處辭，眉間露一絲。 俞彥《長相思?折花枝》此情可待成追憶,只是當(dāng)時(shí)已惘然。 李商隱《錦瑟》思悠悠，恨悠悠，恨到歸時(shí)方始休。 白居易《長相思?汴水流》取次花叢懶回顧，半緣修道半緣君。 元稹《離思五首?其四》若是前生未有緣，待重結(jié)、來生愿。 樂婉《卜算子?答施》雨打梨花深閉門，忘了青春，誤了青春。 唐寅《一剪梅?雨打梨花深閉門》少年不識愁滋味，愛上層樓。愛上層樓。為賦新詞強(qiáng)說愁。 辛棄疾《丑奴兒?書博山道中壁》自在飛花輕似夢，無邊絲雨細(xì)如愁。 秦觀《浣溪沙?漠漠輕寒上小樓》近水樓臺(tái)先得月，向陽花木易為春。 蘇麟《斷句》一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。 杜牧《過華清宮絕句三首》抽刀斷水水更流，舉杯消愁愁更愁。 李白《宣州謝脁樓餞別校書叔云/陪侍御叔華登樓歌》疏影橫斜水清淺，暗香浮動(dòng)月黃昏。 林逋《山園小梅?其一》人面不知何處去，桃花依舊笑春風(fēng)。 崔護(hù)《題都城南莊》時(shí)光只解催人老，不信多情，長恨離亭，淚滴春衫酒易醒。 晏殊《采桑子?時(shí)光只解催人老》一生大笑能幾回，斗酒相逢須醉倒。 岑參《涼州館中與諸判官夜集》天涯地角有窮時(shí)，只有相思無盡處。 晏殊《玉樓春?春恨》問君能有幾多愁,恰似一江春水向東流。 李煜《虞美人?春花秋月何時(shí)了》似此星辰非昨夜，為誰風(fēng)露立中宵。 黃景仁《綺懷》菩提本無樹，明鏡亦非臺(tái)。 惠能《菩提偈》溪云初起日沉閣，山雨欲來風(fēng)滿樓。 許渾《咸陽城東樓/咸陽城西樓晚眺/西門》春風(fēng)得意馬蹄疾，一日看盡長安花。 孟郊《登科后》枯藤老樹昏鴉，小橋流水人家，古道西風(fēng)瘦馬。 馬致遠(yuǎn)《天凈沙?秋思》空山新雨后，天氣晚來秋。 王維《山居秋暝》人到情多情轉(zhuǎn)薄，而今真?zhèn)€悔多情。 納蘭性德《山花子?風(fēng)絮飄殘已化萍》同是天涯淪落人，相逢何必曾相識?____馬致遠(yuǎn)《雜劇?江州司馬青衫淚》浮