石油钻机电驱动系统的进展

王代华　高级工程师,1983年湖南大学本科毕业,1992年浙江大学研究生毕业,获硕士学位。现在天水电气传动研究所从事石油钻机、矿井提升机电气传动领域和电力系统自动化方面的工程应用研究设计工作。

石油钻机电驱动系统的进展

王　代　华

(天水电气传动研究所,741018)

摘要　本文概述了石油钻机电驱动系统的发展情况,并对国内外主要产品作了描述,同时对计算机和全数字直流调速系统在石油钻机方面的应用情况以及新工艺新技术的采用情况进行了分析,最后指出国内发展方向和市场远景。关键词　石油钻机　电驱动系统　进展

The Development of Oil Rig Electric Drive System

W ang D aihua

(T ianshui Electr ic D r iv e R esear ch I nstitute )

Abstract T his paper giv es a brief dev elo pm ent of the o il rig electr ic dr iv e system ,and describes the main pro ducts at ho me and abr oad ,also sums up the use o f co mput er and fully micr opro cesso r -contr olled DC v ariable speed drive sy st em and the adoption of new technolog y and technique in respects of the oil rig ,a t last r efers to the dir ect ion of domestic pro ducts and the pro spect of mar -ket .

Keywords o il rig electric dr ive sy st em dev elo pm ent

1　前言

石油钻机经历了从机械直接驱动到电力驱动的时期,电力驱动比机械驱动具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障率低、

操作更方便灵活等一系列的优越性。未来钻机驱动系统的发展趋势将被电力驱动方式所取代,电力驱动的基础是电力电子器件的成熟发展。以电力电子器件为功率单元的电气传动控制系统目前已进入计算机时代,并将石油钻机电驱动系统推上了一个新的台阶。

2　国外石油钻机电驱动系统情况

目前国外石油钻机电驱动系统的主要生产厂家为美国的几家公司,世界上大部分产品市场都为其所垄断,其中我国进口的就有:美国的GE 公司生产的GE-Ⅲ系统和L drill-3000系统,Ro ss Hill 公司生产的RHLL 系统,IPS 公司生产的IPS 系统,这些产品都属八十年代生产的较为先进的石油钻机电驱动系统,其控制方式主要以模拟量控制为主[1]

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3　国内石油钻机电驱动系统的研究成果

早在七十年代中期我们就着手对石油钻机电驱动系统进行研究。经过多方考察,国家投入大量资金从美国GE 公司引进先进技术,通过我国新一代科技工作者的艰苦奋斗,研制出了较先进的新一代石油钻机电驱动系统,使我国石油钻机方面的装备水平取得了突破性的发展。如我所于1987年研制成功的

1997年11月

ELECTRI CAL DRIVE AUT OMATION

　NOV .1997

ZJ45D4500米陆地钻机电驱动系统,在中原油田经过一年多的工业性运行成功后,于1989年7月通过了石油部和机械部的鉴定,并获得国家重大技术装备成果一等奖[2]。我所1989年推出的ZJ15D1500米钻机电驱动系统成功地应用在大庆油田。特别是1994年研制的国家“八五”重大技术装备科技攻关项目ZJ60DS6000米沙漠钻机电驱动系统,经过塔里木油田塔克拉玛干沙漠腹地的风吹日晒一年多的工业性运行的考验,其性能和可靠性得到验证,于1996年3月通过了由机械工业部和石油天燃气总公司组织的鉴定,专家对此给予了极高的评价,该钻机总体性能达到九十年代初国际先进水平[3]。

ZJ60DS钻机电驱动系统由柴油发电机组及其控制、直流传动系统、直流电动机、交流电动机控制中心、交流电动机以及其它井场电器设备组成,为钻井机械提供动力并对其进行有效控制。其控制系统采用高技术的微机监控系统,应用自诊断功能提供了可靠的安全保护,并在出现故障时便于及时查找,模块化设计方便设备维修。该系统故障率低、可靠性高,为国内首创。该系统的成功把我国石油电驱动钻机的发展推向了一个崭新的高度。

4　新技术的采用

随着电子计算机的不断发展和电力电子器件的性能不断完善,石油钻机电驱动系统也在不断推出新系统。新一代电驱动系统采用先进的交流—电力电子器件—直流的工作模式,其控制环节采用高可靠性的计算机来完成。这种高技术成熟产品有英国的CON-TROL T ECHN IQU ES公司推出的M EN-TOR-Ⅱ,我们已成功地将它应用于石油钻机顶部驱动工程中[4]。德国SIEMENS公司生产的SIM OREG K也已完成绞车提升项目的应用[5]。还有英国EUROT HERM DRIVES公司生产的SSD590用于机械泵的控制[6]。石油钻机主要动力机械是由转盘、绞车泥浆泵组成,石油钻机电驱动系统通过采用这些国际上先进的全数字直流控制器,再加上可编程序控制器的逻辑联锁和计算机集成控制系统的综合协调,钻机的整体性能得到了充分的改善。

5　计算机技术的充分发挥

石油钻机采用计算机控制,其控制功能发挥得淋漓尽致。首先由基于微处理器控制的全数字直流调速系统完成变流调节功能;第二是PIC可编程序控制器完成逻辑联锁实现微机监控和自诊断功能;第三是由微处理器构成的钻机运行参数测控系统完成数据的采集处理控制。以上三部分组成下位机系统,最后由一台工业控制计算机完成综合控制,如报表生成、实时监视、数据打印等。

6　全数字直流调速系统的应用

采用国际上最先进的全数字调速器的控制模板,配上国内生产的高性能电力电子器件组成的功率模件,构成石油钻机电驱动系统。技术上先进,价格上又远低于国外整机进口产品,功能上高度完善,可靠性进一步加强,可实现如下具体功能。

(1)转矩限幅

根据有关参数的设定,设置转矩限幅,防止钻机转盘转矩过大而扭断钻杆。其参数可以很方便地通过司钻台上的手轮给定经模拟量入口输入设置,也可以由监控上位机发出指令通过串行口输入进行干预。

(2)电流限制

用来保护泥浆泵和绞车重载出力时的电动机和整流装置避免过载。与转速有关的电流限幅,是通过参数设定以实现当转速较高时电流极限值随转速的升高按一定规律自动减小来保护机械。功率部分的监控是在所有电流值下计算电力电子器件的发热状态,当达到极限温度时,或者装置出现故障,该功

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1997年11月 王代华　石油钻机电驱动系统的进展