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DBS系列数控变频电动钻机
ΞDBS系列数控变频电动钻机张弭张彦永王江阳陈俊(川油广汉宏华有限公司,四川广汉618300)摘要为实现安全、高效、低成本钻井,应用机电液数字通讯和经济一体化技术,研制了电动、变频、数控(DBS)系列数控变频电动钻机。DBS钻机集成应用了交流变频、矢量控制、总线通讯、数字可编程序控制和计算机技术,建立起数字化、信息化、智能化平台,使钻机实现全数字控制功能,并为以后建立钻井工程数据库和远程钻井支持系统、实现智能优化钻井奠定了基础。经工业性试验表明,钻机设计新颖、性能先进,为钻井装备的升级换代和智能优化钻井提供了先进的设备。关键词电动数控变频钻机为提高钻机在钻井工程市场的竞争力,实现安全、高效、低成本钻井,研制了电动、变频、数控(DBS)钻机,该研究项目于2001年5月被列为2001年度国家重大技术装备创新研制项目。2002年7月,ZJ40DBS钻机顺利通过国家鉴定和产品验收,同时,还完成了ZJ50DBS、ZJ70DBS钻机的设计,并投入试制,实现了DBS数控变频电动钻机的系列化。DBS系列钻机与交流变频顶驱电控系统及操作系统相容,且可进行一体化整合,该系列钻机仅需配套顶驱主体即可使用。既降低了购置费用,又解决了电控系统备份及维护问题。1DBS钻机简介1.1基本参数DBS钻机的参数符合《石油钻机型式与基本参数》,即SY/T5609-1999标准和API等相关规范,见表1,表1中绞车和转盘的档数均为一档无级调速。DBS钻机的技术特点(1)绞车数字矢量控制;(2)游车位置的数字闭环控制;(3)数控变频恒钻压自动送钻;(4)转盘扭矩、钻井泵参数的数字限制与调控;1.2表1DBS系列钻机基本参数表钻机参数ZJ40DBSZJ50DBSZJ70DBS名义钻深(127mm钻杆)/m最大钩载/kN最大钻柱重量/kN钻井绳数、最大绳数/根绞车额定输入功率/kW转盘开口直径/mm钻井泵功率/kW钻井泵台数/台k型井架有效高度/m传动方式钻机总功率/kW2500~400022503000~500031504000~7000450016008、10955200010、121300280010、121911700700950960118011803或245224345AC-VFR-ACAC-VFR-ACAV-VFR-AC5100或400027202920创新项目:国家重大技术装备创新研制项目,编号:国经贸技术2001519号。作者简介:张弭,1956年生。1981年毕业于四川石油管理局职工大学,工程师。电话:0838-5102080。张弭等:DBS系列数控变频电动钻机45(5)数字化多参数的显示、储存、打印、调控和远程管理;(6)齿轮传动单轴一挡无级调速绞车,电机与滚筒同步运行;(7)大功率数控电喷柴油机;(8)井架、底座低位安装、一体起升新结构(70DBS钻机为无人字架起升新结构)。2DBS钻机数字化平台的应用2.1绞车数控运行2.1.1下钻作业下钻时,提起钻具的瞬间,变频传动系统感知钻具负荷,并自动生成安全高效的下钻速度曲线。此时,悬重通过绞车滚筒以反力矩拖动绞车电机反转“发电”,产生电磁制动力矩;系统通过总线方式实时采集绞车电机的电气参数和扭矩,通过可编程序逻辑控制器(PLC)把绞车电机的实际速度和设定速度的差值发送到变频系统,动态控制绞车电机的下放速度,实现绞车的数控能耗制动,并保证在安全高度减速直至悬停。2.1.2起升作业起钻时,绞车在变频传动系统拖动下先慢速上提,在将钻具提起的瞬间感知钻具负荷,并根据负荷生成起升曲线,绞车按照设定的指令提升运行,具有高效(可将功率设在100%~90%)、安全(根据载荷、速度自行计算出减速点、慢速段和悬停点)和预防井下事故等优点。2.2钻井参数和电气参数的数字调控利用全数字控制系统,在一体化司钻控制室和VFD变频电控房的触摸屏上,能够以数字或曲线形式显示:悬重、钻压、泵压、立管压力、转盘扭矩、转盘转速、钻井液排量、大钩位置(可清零)、井深(可校正)、液压猫头压力、自动送钻速度,钻井泵和绞车/转盘及送钻电机的转速、转矩、电流、功率,电气传动系统工作状态等参数,并可进行故障自诊断及报警。系统每秒采样1次,能储存1口井的数据资料。利用DBS钻机配置的图像监视系统,可实时监视井架二层台、绞车滚筒、钻井液出口和钻井泵等重要部位或设备的工况。系统能储存8h的图像资料。3DBS钻机的功能3.1钻进过程的自动控制钻进中,利用全数字控制系统采集自动送钻电机的电气参数和扭矩,通过软件处理得到实际瞬时钻压及与设定钻压的差值,通过程序控制送钻电机扭矩,实现以设定钻压进行自动送钻作业。在公38井和磨75-H水平井钻井作业中,恒钻压自动送钻功能正常,即使在送钻速度接近于零时仍能长期正常工作;当井底情况变化,引起钻压波动时,系统自动通过变频系
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