水冷式電磁渦流臺車在石油鉆機上的應用

水冷式電磁渦流臺車在石油鉆機上的應用

在鉆井過程中，當鉆孔柱或套筒被插入時，輔助部件與主缸一起工作，調整噴射速度，以滿足鉆井工藝的要求。當下鉆載荷一定時,下鉆功率隨轉速一次方變化。用水剎車時,必須靠帶剎的幫助才能使速度降低。用電磁剎車時,可實現(xiàn)在任意認為滿意的速度下鉆。由于鉆機結構型式、驅動方式的不同,以及使地域和操作習慣的不同,鉆機絞車配備的輔助剎車也不盡相同。所以在石油鉆機上合理配備輔助剎車,不僅能大大提高鉆井效率,而且可以提高鉆機的經濟性,延長鉆修井機的使用壽命。1比較與絞車輔助系統(tǒng)的比較1.1結構復雜,適用范圍受限電磁渦流剎車以其制動力矩大、低速性能好、操作簡單等優(yōu)勢,近年來在中、深井鉆機得到了廣泛的推廣應用。根據冷卻方式的不同,電磁渦流剎車可分為水冷式和風冷式。水冷式電磁渦流剎車冷卻效果好,但常會因水源、水質、低溫等原因產生水垢、堵塞、銹蝕、設備凍裂等缺陷,且結構復雜,限制了其應用范圍。風冷式電磁渦流剎車繼承了水冷卻渦流剎車的優(yōu)點,又克服了其缺陷,深受鉆井作業(yè)人員的歡迎。特別是寒冷地區(qū)的油田,更適合配備風冷式電磁渦流剎車。但由于電磁剎車外形尺寸和重量較大,影響了其在輕便鉆機上的使用。在拖掛鉆機上配套電磁渦流剎車時,需把電磁渦流剎車及水箱做成單獨一撬,電磁渦流剎車和主滾筒通過萬向軸連接,掛合裝置位于絞車主滾筒上。此配置的缺點是增加了運輸車次和現(xiàn)場安裝調整的工作量。在安裝尺寸較小,但需增加鏈傳動及掛合等輔助裝置,增加了維護保養(yǎng)的工作量。在電驅動或復合驅動鉆機上配套電磁渦流剎車時,電磁渦流剎車的控制系統(tǒng)安裝在MCC房內,其遠程控制裝置(啟停開關、運行指示燈)、故障指示、盤剎電磁閥等安裝在司鉆臺,為司鉆的操作提供指示,當電磁剎車發(fā)生故障或失風時,盤剎電磁閥斷電,通過氣-液控制,實現(xiàn)盤剎保護剎車。1.2進口水車載pa明確水剎車在低轉速下剎車力矩較小,已逐漸被用戶放棄。由于國產水剎車密封質量不可靠,在為國外生產配套的鉆機上,一般選用進口水剎車(如PARMAC水剎車)。采用單向離合器和水位調節(jié)裝置,可較快地下放空鉤,減少起下鉆時間,并可根據下放鉆具負荷大小,調節(jié)一定高度的水位,更好地吸收下鉆功,減少主剎車系統(tǒng)的磨損,延長其使用壽命。1.3輔助剎車主車載使用伊頓WCB輔助剎車是氣控剎車最典型的代表,伊頓剎車具有低速制動性能好,結構緊湊、體積小、質量輕等特點。同時,氣動控制方式安全性高,適用于易燃易爆的工作環(huán)境。但在現(xiàn)場使用中,由于配置和使用不合理,出現(xiàn)了伊頓剎車易損件磨損過快、剎車水腔漏水、剎車性能惡化等問題,給現(xiàn)場使用和維護帶來了諸多不便。伊頓輔助剎車力矩是在壓縮空氣作用下,壓緊盤組件壓緊動摩擦盤所產生的摩擦力而形成的。在剎車狀態(tài)下,摩擦盤長時間摩擦產生大量熱量必須由冷卻水腔中的冷卻水流帶走。如果冷卻不充分,將嚴重影響剎車性能。因此,伊頓剎車配套和使用的關鍵是剎車必須能夠得到充分冷卻。其冷卻水流量要求為204L/min,剎車每個進水口的壓力小于0.41MPa,該輔助剎車有4個進水口和4個出水口,進水口的位置必須在正下方,出水口的位置在正上方,中間進水口的水流量為總流量的50%,兩側進水口的流量各為25%。應在靠進輔助剎車進水口部位,配置水流量表和水壓表,以檢測冷卻水流的實際情況,保證伊頓剎車得到充分的冷卻。在靠近剎車進氣口的部位配置氣壓表,以檢測施加到剎車上的實際氣壓。盡管伊頓輔助剎車的制動性能優(yōu)良,在現(xiàn)場使用中,也有把其作為主剎車使用的現(xiàn)象(尤其是在主剎車性能欠佳時),實踐表明,此種操作對整個鉆機而言是不經濟的。在緊急情況下,可以用伊頓剎車來實現(xiàn)完全制動,但剎車力矩必須在其制動能力范圍內,不能超負荷使用。1.4推動石油鉆機的傳動按電動機驅動類型不同,石油鉆機的傳動方式可分為直流傳動和交流傳動。對于交流傳動系統(tǒng),能耗制動功能是交流變頻電機調速固有的特性。電動機能耗制動方式可以直接利用石油鉆機絞車的驅動電機即可完成,既減少了設備的投入成本和維護費用,又減輕了絞車、整機的體積和質量,是石油鉆機理想的輔助剎車裝置。但是交流傳動系統(tǒng)由于成本較高、控制復雜等因素,影響了交流能耗制動的應用。隨著交流變頻技術的日漸成熟和關鍵元部件的國產化,交流變頻電機能耗制動系統(tǒng)的應用將更加廣泛。1.5懸停技術近年來,出現(xiàn)了一種新型交頻鉆機的輔助剎車,這種輔助剎車可以實現(xiàn)電機“懸停”。所謂“懸停”是絞車制動的一項新技術,“懸?！睜顟B(tài)下電機以零速度提著鉆具不動,此時絞車在大繩拉力下,始終有一個轉動速度,而絞車電機處于工作狀態(tài),不斷調節(jié)其速度和轉矩,來平衡絞車的轉動趨勢,使絞車處于靜止狀態(tài),長時間“懸停”對電機運行不利,而且也不太安全。2零轉速+采用密閉式組合結構安全特性通過以上幾種輔助剎車的對比分析及應用情況,可以看出:1)水剎車是效果較差的一種絞車輔助方式,在國內鉆機中應用較少,在小型修井機還有部分在使用。2)伊頓輔助剎車存在剎車滯后現(xiàn)象,不能實現(xiàn)零速滿扭矩特性,但性能明顯優(yōu)于電磁渦流剎車和水剎車。比較適用于中、淺井的石油鉆修井機。冷卻系統(tǒng)應嚴格要求進行設計,盡量滿足進出水口溫度要求。3)電磁剎車有良好的低速性能,有水冷和風冷兩種型式,具有很好的適應性,但其外形尺寸大,重量重,限制了在輕型鉆機上的使用。4)電機制動具有較為理想的性能曲線。在零轉速的情況下,依然具有滿轉