1、淺談50DB鉆機(jī)特點(diǎn)及發(fā)展劉郢摘要：本文主要介紹了江漢鉆井一公司采購的50DB交流變頻鉆機(jī)的相關(guān)性能，交流變頻技術(shù)的未來發(fā)展方向，以及在礁石壩會戰(zhàn)中50DB鉆機(jī)所起到的作用。關(guān)鍵詞：交流變頻電機(jī)，調(diào)速，控制，礁石壩會戰(zhàn)1、 概述傳統(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能差、效率低、機(jī)械維護(hù)費(fèi)用高等弊端，逐漸退出歷史舞臺，2000年以來，江漢鉆井公司相繼引進(jìn)了半電動交流變頻鉆機(jī)、全電動直流鉆機(jī)及目前最先進(jìn)的全電動交流變頻鉆機(jī)，隨著各種先進(jìn)鉆機(jī)的引進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、參數(shù)穩(wěn)定性、調(diào)試便捷性、維護(hù)方便性等逐步提升。隨著交流變頻技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，我公司培養(yǎng)了大批電氣技術(shù)骨干人才，在這批人的努力下，我公司的全

2、電動鉆機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，為日后引進(jìn)更加先進(jìn)的鉆機(jī)提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)，打下了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。2、 交流變頻鉆機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)難點(diǎn)ZJ50/3150DB-ST鉆機(jī)是中石化江漢石油管理局第四機(jī)械廠根據(jù)用戶的要求，為滿足江漢鉆井設(shè)計制造的打叢式井的模塊鉆機(jī)，該鉆機(jī)是一種轉(zhuǎn)盤、絞車、泥漿泵均采用獨(dú)立交流變頻電機(jī)驅(qū)動鉆機(jī)，可用于5000M井深的鉆井作業(yè)，集數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為一體。由于井架部分架設(shè)在導(dǎo)軌上可左右平移，現(xiàn)在礁石壩會戰(zhàn)中承鉆焦頁30號臺，國內(nèi)第一口井工廠模式平臺，并取得了初步成功，為日后國內(nèi)井工廠模式打井積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。1、 發(fā)電機(jī)部分動力系統(tǒng)選用4臺CAT3512B型電噴柴油發(fā)

3、電機(jī)組，輸出功率1310KW，其控制系統(tǒng)由柴油機(jī)電噴電源系統(tǒng)、手動自啟電源電路、同步并車系統(tǒng)、接地檢測系統(tǒng)、功率限制系統(tǒng)組成，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，系統(tǒng)電網(wǎng)功率因數(shù)高于0.85。發(fā)電機(jī)具有優(yōu)異的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動態(tài)響應(yīng)模塊。2014年承鉆焦頁30號井時，2#CAT啟動后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到900轉(zhuǎn)時自動熄火。當(dāng)時為判斷故障將2#CAT與1#CAT電纜和控制線對調(diào)，2#CAT依舊在900轉(zhuǎn)時自動熄火，后經(jīng)廠家檢查，發(fā)現(xiàn)2#CAT氣壓傳感器失靈，導(dǎo)致CAT控制系統(tǒng)誤以為氣壓不足，自動切斷油路熄火，更換傳感器后2#CAT恢復(fù)正常供電。2、 變頻傳動系統(tǒng) 采用“1對1”控制方案，由6個ABB逆變柜分別控制絞車

4、A、絞車B、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵1#、2#、3#，雖是“1對1”控制，但每組逆變柜里的模塊可以互換，對現(xiàn)場的維修起到了非常便利的作用。這種“1對1”的方案雖然第一次投入費(fèi)用較高，增大了控制系統(tǒng)體積，但勝在可靠性和抗干擾性，特別是5000米鉆機(jī)大功率系統(tǒng)，對絞車能耗制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要。3、 獨(dú)立電機(jī)自動送鉆系統(tǒng) 自動送鉆由一臺45KW小交流變頻電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)大傳動比立式減速機(jī)和齒式離合器后，將動力傳入箱體輸入軸端，再經(jīng)齒輪箱一級減速后帶動滾筒軸完成自動送鉆過程。自動送鉆在絞車中的功能主要由三個方面：一是帶動滾筒，用于起升底座和井架；二是當(dāng)主系統(tǒng)發(fā)生故障時，該系統(tǒng)可進(jìn)行應(yīng)急操作，能提升最大鉆柱重量；三

5、是送鉆時由數(shù)字化變頻拖動系統(tǒng)設(shè)定恒扭矩，反拖滾筒，自動調(diào)速和保護(hù)，可達(dá)恒壓穩(wěn)速送鉆的目的。4、 游車位置自動控制系統(tǒng) 通過PLC采集主電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和滾筒編碼器的數(shù)字信號精確計算出游車的具體位置，與絞車控制系統(tǒng)結(jié)合，具有減速剎車功能，控制主電機(jī)進(jìn)入安全速度，再對主剎車進(jìn)行緊急剎車控制。5、 絞車能耗制動 絞車采用變頻系統(tǒng)能耗制動替代輔助剎車，游車運(yùn)動過程中，游動系統(tǒng)的選中通過滾筒以反力矩拖動主電機(jī)反轉(zhuǎn)，主電機(jī)工作在四象限處于發(fā)電工況，電能作用于直流母排，通過能耗電阻轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)。PLC通過對采集的數(shù)字信號分析游動系統(tǒng)的懸重，控制主電機(jī)反轉(zhuǎn)的速度，使鉆具以設(shè)定的速度平穩(wěn)安全地下放，即使在0轉(zhuǎn)/分

6、鐘轉(zhuǎn)速時也能輸出扭矩，因此可實(shí)現(xiàn)鉆具的懸停。6、 司鉆智能化控制 所有氣控、液控系統(tǒng)均采用電氣聯(lián)控，配以工業(yè)監(jiān)視器來實(shí)現(xiàn)司鉆對鉆機(jī)參數(shù)的控制。 美中不足的是由于電控、氣控、液控系統(tǒng)都從司控房底部進(jìn)入，可靠性較差，檢查與維修均不方便。3、 交流變頻技術(shù)在鉆機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向交流變頻技術(shù)在國外的陸地鉆機(jī)和海洋鉆井平臺上由于其較高的可靠性和智能化已廣泛普及，國內(nèi)部分油田對于此種鉆機(jī)尚處于起步階段，江漢鉆井一公司僅一部交流變頻鉆機(jī)，相關(guān)技術(shù)引進(jìn)及人才的培養(yǎng)還有待提高。交流變頻技術(shù)在深井鉆機(jī)上的成功應(yīng)用，使鉆機(jī)整體工作穩(wěn)定性有了大幅提高，但還不能完全滿足鉆井新工藝的要求，控制系統(tǒng)的可靠性還有待進(jìn)一步完善。

7、 4、 礁石壩頁巖氣會戰(zhàn)中50DB的重要作用江漢鉆井一公司西南分公司目前擁有ZJ70D、ZJ70LDB、ZJ50L、ZJ50D、ZJ50LDB、ZJ50DB九種鉆機(jī)型號，共18部，其中直流鉆機(jī)和50DB交流變頻鉆機(jī)都具有平移功能。鑒于頁巖氣開發(fā)的投入成本高、產(chǎn)能低的問題，井工廠模式應(yīng)運(yùn)而生，對生產(chǎn)施工的鉆機(jī)也提出了不同的要求。在礁石壩頁巖氣會戰(zhàn)中具有平移功能的鉆機(jī)無疑會起到舉足輕重的作用。直流鉆機(jī)的平移方式是前后方向由液壓油缸硬拖曳，由于是縱向平移，在打叢式井時不可避免會遇到諸多問題，如放噴管線的安裝，高架槽的架設(shè)，以及平移完后井架前后方設(shè)備的擺放問題等。此次礁石壩會戰(zhàn)因?yàn)榈乩砑俺杀拘枰S多

8、井隊(duì)都使用網(wǎng)電提供動力，直流鉆機(jī)由于功率因數(shù)較低（約0.3），必須在變壓器上加裝功率補(bǔ)償裝置，增加了設(shè)備的復(fù)雜性，相對的可靠性就會降低。反觀50DB交流變頻鉆機(jī)，它的平移方式是左右橫向平移，放噴管線、高架槽等只需在平移完后加長或縮短即可，也不存在影響設(shè)備擺放問題，而且交流變頻電機(jī)功率因素較高（約0.85，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時可達(dá)0.95以上），使用網(wǎng)電方面較直流電機(jī)方便，不需功率補(bǔ)償。焦頁30號井就是由50DB承鉆的國內(nèi)第一個井工廠模式平臺，目前已開鉆3個月，打完了4個一開，3個二開，第四個二開也已經(jīng)開始。事實(shí)證明井工廠模式可以有效加快鉆井速度，將原本需要45天的搬家時間縮短到1天之內(nèi)結(jié)束。焦頁30號

9、井井工廠模式的成功為江漢鉆井乃至全國的井工廠模式奠定了良好的基礎(chǔ)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，起到了教科書式的至關(guān)重要作用。五、50DB鉆機(jī)目前還存在的問題1、電控部分由于是“1對1”控制，導(dǎo)致VFD房較直流鉆機(jī)的SCR房多出來一個，體積較大，拆裝起來比較麻煩，電控部分若朝共直流母排方式發(fā)展，不僅可以減少控制系統(tǒng)體積，而且可以大大節(jié)省投資成本。2、人才短缺，目前50DB鉆機(jī)配有一名電氣工程師，無電工大班，而且由于鉆井一公司僅此一部交流變頻鉆機(jī)，購入時間也不長，只有極少數(shù)人可以進(jìn)行相關(guān)專業(yè)操作、維修，遇到電氣工程師倒班時，無人頂替，電控部分一旦出現(xiàn)問題難以解決。六、結(jié)論 隨著鉆井工藝的發(fā)展，對交流變頻鉆機(jī)自動化控制系統(tǒng)的可靠性提出更高的要求，進(jìn)一步完善交流變頻鉆機(jī)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、冗余控制、功能互補(bǔ)、安全連鎖、分散控制、集中管理的特點(diǎn)，大力培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才，為實(shí)現(xiàn)信息化管理鉆