機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)電驅(qū)動鉆機(jī)控制

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)電驅(qū)動鉆機(jī)控制1第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．鉆機(jī)分類（1）按鉆井深度分淺井鉆機(jī)：鉆井深度≤1500m；中深井鉆機(jī)：鉆井深度為1500～3000m；深井鉆機(jī)：鉆井深度為3000～5000m；超深井鉆機(jī)：鉆井深度＞5000m。（2）按使用地區(qū)和用途分海洋鉆機(jī)；淺海鉆機(jī)（適用與0～5m水深或沼澤地區(qū)）；陸地常規(guī)鉆機(jī)；叢式井鉆機(jī)；沙漠鉆機(jī)；直升機(jī)吊運(yùn)鉆機(jī)；小井眼鉆機(jī)；連續(xù)柔管鉆機(jī)等。第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）按驅(qū)動設(shè)備類型分柴油機(jī)驅(qū)動、電驅(qū)動和液壓驅(qū)動。其中電驅(qū)動又分為：交流電驅(qū)動、直流電驅(qū)動、交流變頻電驅(qū)動。（4）按傳動形式分鏈條并車傳動的鏈條鉆機(jī)；V型帶并車傳動的皮帶鉆機(jī)；圓錐齒輪一萬向軸并車傳動的齒輪鉆機(jī)。（5）按移動方式分塊裝式鉆機(jī)、自行式鉆機(jī)和拖掛式鉆機(jī)。第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.鉆機(jī)特點(diǎn)石油鉆機(jī)的主要特點(diǎn)是：（1）功率大，動力傳遞復(fù)雜。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力，以驅(qū)動鉆柱帶動鉆頭破巖，循環(huán)系統(tǒng)要驅(qū)動鉆井泵以提供高壓液體，起升系統(tǒng)則需要起升幾千kN的井下載荷。

（2）鉆井過程不連續(xù)，功率要求也不相同。（3）工作地區(qū)廣闊（平原、山地、沙漠、沼澤、海洋），自然環(huán)境惡劣（風(fēng)、沙、雨、雪），野外流動作業(yè)，要求鉆機(jī)有很強(qiáng)的適應(yīng)地區(qū)、環(huán)境的能力和便捷的移運(yùn)性能。第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月4.中國鉆機(jī)的發(fā)展皮帶鉆機(jī)大慶I-130、ZJ45J鏈條鉆機(jī)ZJ45（ZJ45L）直流電驅(qū)動鉆機(jī)ZJ45D、ZJ60DS交流電驅(qū)動鉆機(jī)ZJ70DB第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月皮帶鉆機(jī)——大慶I-130第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月皮帶鉆機(jī)——ZJ45J第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈條鉆機(jī)——ZJ45（ZJ45L）第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電驅(qū)動鉆機(jī)——ZJ45D叢式井鉆機(jī)第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電驅(qū)動鉆機(jī)——ZJ60DS第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電驅(qū)動鉆機(jī)——ZJ70/4500DB第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二、發(fā)展歷史1926年DC—DC直流電傳動開始用于多種工業(yè)領(lǐng)域，如電車、輪船、造紙業(yè)等，它可連續(xù)無級調(diào)速，一直引領(lǐng)機(jī)械調(diào)速領(lǐng)域半個(gè)多世紀(jì)。1955年直流電傳動開始用于海洋鉆機(jī)1967年，AC—SCR—DC開始用于海洋鉆機(jī)1976年，逐漸用于陸地鉆機(jī)性能日趨完善，逐步取代部分機(jī)械鉆機(jī)

第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

AC-VFD-AC驅(qū)動交流變頻電動鉆機(jī)面世比較晚，21世紀(jì)初，多電平逆變器交流變頻電動鉆機(jī)及其能耗制動系統(tǒng)發(fā)展成熟，能與直流電動鉆機(jī)的性能相抗衡并取而代之。GE公司（通用電氣公司，generalelectric，美國）生產(chǎn)的鉆井專用交流變頻電動機(jī)，如GEBAC型變頻異步電動機(jī)(850kW)其恒功率調(diào)速范圍達(dá)2.8，它的尺寸和GE752直流電動機(jī)的完全相同，可以互換。至今，海洋平臺上的直流電動鉆機(jī)已基本改裝成VFD驅(qū)動的。

第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月我國一直以機(jī)械鉆機(jī)為主

1986年蘭石廠生產(chǎn)了第1臺SCR驅(qū)動的ZJ60D型鉆機(jī)

1996年蘭石廠生產(chǎn)了第1臺VFD驅(qū)動的ZJ40DB型鉆機(jī)1997-2005年，蘭石廠和寶石廠生產(chǎn)了多臺ZJ50DZ，ZJ70DZ型直流電動鉆機(jī)2000年，四川宏華公司生產(chǎn)了ZJ40DBS、ZJ50DBS、ZJ70DBS型交流變頻電動鉆機(jī)2007年，寶石廠研制成功9000m交流變頻電動鉆機(jī)，配套北京石油機(jī)械廠制造的頂驅(qū)第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）

AC-AC驅(qū)動第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）

DC-DC驅(qū)動

DC-DC電驅(qū)動鉆機(jī)是指多臺柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出直流電，供給直流電動機(jī)驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）

AC-SCR-DC驅(qū)動

AC-SCR-DC驅(qū)動是指數(shù)臺柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出交流電并網(wǎng)輸?shù)酵荒妇€電纜上（或由工業(yè)電網(wǎng)供電），經(jīng)晶閘管整流裝置整流后驅(qū)動直流電動機(jī)，帶動絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵。第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）

AC變頻驅(qū)動

AC變頻驅(qū)動是指將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到鉆機(jī)的電驅(qū)動控制系統(tǒng)上，使AC-SCR-DC驅(qū)動鉆機(jī)中的直流驅(qū)動裝置換成交流驅(qū)動裝置，直流電動機(jī)變成交流電動機(jī)

第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

電驅(qū)動鉆機(jī)工作特性一、直流電驅(qū)動鉆機(jī)采用直流發(fā)電機(jī)-電動機(jī)組或可控硅整流電源供電的直流電動機(jī)可聯(lián)合應(yīng)用降壓法與弱磁法，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月絞車提升曲線

第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)盤M-n曲線鉆井泵傳動軸扭矩－沖數(shù)曲線

第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二、交流變頻鉆機(jī)

交流變頻驅(qū)動絞車的特性

第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月頂驅(qū)特性第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)電驅(qū)動鉆機(jī)的控制系統(tǒng)

一、柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)電動鉆機(jī)的“交流控制系統(tǒng)”包括柴油發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制、發(fā)電機(jī)輸出電壓控制、柴油發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)保護(hù)、功率限制等有關(guān)輔助控制裝置及控制電路。交流控制系統(tǒng)的功能是控制柴油發(fā)電機(jī)組，使其輸出電壓穩(wěn)定在600V、輸出頻率穩(wěn)定在50HZ。第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)主要包括同步裝置、功率限制單元、接地故障檢測單元、交流控制單元等，還包括發(fā)電機(jī)斷路器、電流互感器、電源變壓器等檢測控制元器件。

1發(fā)電機(jī)斷路器

發(fā)電機(jī)斷路器的作用是將發(fā)電機(jī)輸出與交流母線隔離。斷路器裝有過電流時(shí)自動分?jǐn)嗟拇琶摽垩b置，還裝有一個(gè)欠電壓（UV）脫扣線圈。它同柴油發(fā)電機(jī)組控制電路中的保護(hù)電路相聯(lián)鎖，當(dāng)電路發(fā)生欠頻、超頻、過壓和逆功率等故障狀態(tài)時(shí)，保護(hù)電路使欠壓脫扣線圈自動脫扣，斷路器跳閘，保護(hù)發(fā)電機(jī)組

第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.同步裝置第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.功率限制功率限制盒

功率限制盒的作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)的有功功率或總電流ITOYAL達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對電動機(jī)負(fù)載進(jìn)行限制，以防柴油機(jī)關(guān)機(jī)或發(fā)電機(jī)斷路器脫扣；當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí)，使柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)載逐漸增加，保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)組；機(jī)組欠頻或逆功率時(shí)，對電動機(jī)負(fù)載進(jìn)行限制。第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

4．

柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)勵磁功率電路第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二、AC-SCR-DC電驅(qū)動鉆機(jī)的控制系統(tǒng)AC-SCR-DC驅(qū)動將數(shù)臺柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出交流電并網(wǎng)輸?shù)酵荒妇€電纜上，經(jīng)晶閘管整流裝置整流后驅(qū)動直流電動機(jī)，帶動絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵。第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．直流驅(qū)動系統(tǒng)第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月工況指配開關(guān)

在司鉆控制臺上裝有一個(gè)工況指配開關(guān)SI（ASSIGNMENTSW），由這個(gè)指配開關(guān)組合各種供電線路和控制線路，以適應(yīng)鉆進(jìn)、起下鉆等各種鉆井工藝要求。

第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月工況指配關(guān)系圖

第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．絞車驅(qū)動系統(tǒng)第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月能耗制動第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月3．轉(zhuǎn)盤驅(qū)動系統(tǒng)第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

4．鉆井泵驅(qū)動系統(tǒng)第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月三、AC變頻電驅(qū)動鉆機(jī)的控制系統(tǒng)第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．交流驅(qū)動系統(tǒng)第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．絞車驅(qū)動系統(tǒng)第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．轉(zhuǎn)盤驅(qū)動系統(tǒng)第43頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

4．鉆井泵驅(qū)動系統(tǒng)第44頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

5．自動送鉆驅(qū)動系統(tǒng)送鉆變頻柜將400V、50Hz恒壓、恒頻交流電壓變成0～400V變壓、變頻連續(xù)可調(diào)的