1 引言

石油鉆機(jī)是油田生產(chǎn)的比較主要的設(shè)備之一，隨著鉆進(jìn)井深的增加，鉆桿會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，重量越來(lái)越重，每鉆進(jìn)9m，須接換鉆桿一次，就要將鉆桿提升下放一次，絞車作業(yè)時(shí)間的比例越來(lái)越大; 在鉆進(jìn)的過程中，隨著所鉆進(jìn)地質(zhì)條件的變化，要相應(yīng)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)的壓力和轉(zhuǎn)速，以提高鉆進(jìn)速度和防止卡鉆的發(fā)生。因此對(duì)鉆機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的性能有很高的要求。采用高性能交流變頻調(diào)速傳動(dòng)是解決這一問題的比較理想、比較有效的途徑。

2 鉆井工藝簡(jiǎn)介

鉆井過程分為起落井架、鉆進(jìn)、泥漿循環(huán)、鉆具更換、下套管、測(cè)井等幾大工序，主要分為絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵等。絞車由滾筒、齒輪箱、離合器、制動(dòng)器、電機(jī)和控制設(shè)備組成，用來(lái)起落井架，提升和下放鉆桿，套管。隨著井深的增加，鉆具越來(lái)越長(zhǎng)，重量迅速加大，絞車的負(fù)載也越來(lái)越大，我國(guó)目前已有7000m甚至近9000m深的油井，其鉆具接近或超過600t重。由于每鉆進(jìn)約9m就要提升下放鉆桿一次，因此絞車作業(yè)時(shí)間也隨著井深的增加而占整個(gè)作業(yè)時(shí)間的比例越來(lái)越大，絞車負(fù)載如圖1所示。

圖1 絞車負(fù)載示意圖

為降低成本，希望在野外或海上的作業(yè)時(shí)間越短越好，要求絞車能高速運(yùn)行，平穩(wěn)起停，以保證不損壞鉆井設(shè)備并提高井的質(zhì)量，這要求驅(qū)動(dòng)設(shè)備有良好的動(dòng)態(tài)特性。如果在內(nèi)線井區(qū)作業(yè)，電源可與井區(qū)電網(wǎng)相連，下放鉆桿時(shí)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，能量可回饋電網(wǎng)，節(jié)能效果顯著。轉(zhuǎn)盤和絞車可共用同一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)，鉆桿加長(zhǎng)后，驅(qū)動(dòng)部分切換到轉(zhuǎn)盤，由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，實(shí)施鉆進(jìn)作業(yè)，司鉆工通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和壓力來(lái)改變鉆進(jìn)速度。轉(zhuǎn)盤正常工作時(shí)為正轉(zhuǎn)，處理卡鉆時(shí)需反轉(zhuǎn)以收回鉆頭，為防止鉆桿正轉(zhuǎn)時(shí)折斷或反轉(zhuǎn)時(shí)脫扣，要求電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，調(diào)節(jié)靈活且設(shè)定限幅值，同時(shí)電機(jī)的剎車部件也是必不可少的。 泥漿泵相當(dāng)于整個(gè)鉆井設(shè)備的心臟，它所輸出的泥漿的作用類似于人體內(nèi)的血液。泥漿從鉆桿內(nèi)部自上而下注入，流過鉆頭后，再?gòu)你@桿和井壁的縫隙自下而上流出，在這一過程中，泥漿協(xié)助鉆頭沖擊地殼，冷卻鉆頭，帶出碎屑，而更重要的是通過在泥漿中摻入重晶石粉等物質(zhì)可保持井下一定的壓力，以避免井噴，像血液在人體內(nèi)循環(huán)，運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)，帶走廢物。泥漿泵的壓力和沖數(shù)分別與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和速度成正比。

3 系統(tǒng)配置

3.1 配置1
1998年我們?yōu)樾陆凸芾砭帚@井公司的一套可打3200m深度的鉆井設(shè)備配置了變頻器。
所用產(chǎn)品: siemens simovert masterdrives 6se71電壓源型變頻器柜。
動(dòng)力系統(tǒng)由3×800kw柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，3臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)于3相，600v/50hz交流母線。
傳動(dòng)部分由3×6se7141整流柜(3×800kw)供電給公共直流母排，4×6se7135逆變柜(4×400kw)和2×6se7136逆變柜(2×450kw)共6臺(tái)逆變柜接到直流母排上，每臺(tái)逆變柜各驅(qū)動(dòng)一臺(tái)400kw的電機(jī)。4臺(tái)電機(jī)2臺(tái)一組共驅(qū)動(dòng)2臺(tái)泥漿泵，另2臺(tái)電機(jī)為絞車和轉(zhuǎn)盤共用，詳見圖2。圖2中: r1～r3