钻井电气设备12--井场自动控制系统实例

第十二章井场自动控制系统实例

第一节井场自动控制系统ZJ70/4500DB系列钻机简介ZJ70/4500DB系列钻机是目前国内最先进的7000m级深井交流变频单轴齿轮绞车钻机，由宝鸡石油机械有限责任公司按SY/T5609《石油钻机型式与基本参数》标准及有关API规范的要求设计制造，可满足深井石油及天然气井的勘探和开发需要。在使用本钻机以前，参与此项工作的管理人员、技术人员和操作者必须仔细阅读本钻机配套的全部说明书和相关技术资料，了解并熟悉所有的细节，此外还要具备相应的安全操作知识和技能，操作时必须配备相应的安全防护设备，所有的活动应符合HSE（健康、安全、环保）的要求。全部的管理工作和具体操作还应按照本系统、本单位的相关的规章制度的要求执行。

一、用途及特点

ZJ70/4500DB6钻机是为满足油田深井勘探开发和出国承包钻井的要求而新设计开发的一种AC-DC-AC交流变频电传动全数字控制钻机。该钻机的总体设计广泛征求了油田用户意见并参照了国内外电驱动钻机的优点。钻机基本参数符合SY/T5609标准,主要配套部件符合API规范，能满足钻井新工艺的要求，技术性能和可靠性达到国际90年代末的先进水平,该钻机还可配置顶部驱动钻井装置。

ZJ70/4500DB6钻机技术和结构特点

1．采用先进的全数字化交流变频控制技术，通过电传动系统PLC和触摸屏及气、电、液、钻井仪表参数的一体化设计，实现钻机智能化司钻控制。

2．钻机采用宽频大功率交流变频电机驱动, 完全实现了绞车、转盘、泥浆泵的全程调速。

3．钻机绞车为单轴齿轮传动，一档无级调速，机械传动简单、可靠。主刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用电机能耗制动，并能通过计算机定量控制制动扭矩。

4．绞车采用独立电机自动送钻控制技术，实现自动送钻, 对起下钻工况和钻井工况进行实时监控。

5．首次采用ASI模块实现MCC的保护和监控。

二、钻机总体布置与传动简介

1． ZJ70/4500DB6 钻机采用AC-DC-AC驱动方式，由4台1310kW柴油发电机组作为主动力，发出的50Hz，600V 交流电经VFD变频单元后变为0～140Hz、0～600V的交流电分别驱动绞车、转盘和泥浆泵的交流变频电动机。绞车由2台电动机驱动，转盘由1台电动机驱动，3台泥浆泵各由1台电动机驱动。控制采用一对一方式，即一套VFD柜控制1台交流变频电动机。本钻机共配有7套VFD柜，其中一套用于自动送钻装置变频电机控制。

2．前开口井架，旋升式底座，利用绞车动力起升,井架和所有台面设备均低位安装。

3．绞车主刹车为液压盘式刹车,辅助刹车为主电机能耗制动（由自动制动单元实现）。

4．钻机布置满足防爆、安全、钻井工程及设备安装、拆卸、维修方便的要求。

5．钻机布局分五个区域：钻台区、泵房区、动力及控制区、固控区、油罐区。

*钻台区: ：即主机部分。包括井架、底座、绞车、转盘、游吊系统、司钻偏房、井口机械化工具、钻井仪表、风动绞车、液压提升机、猫道及排管架、绞车冷却水箱等。

*泵房区：布置有3台F-1600泥浆泵组、钻井液管汇等。

*动力及控制区：包括4台柴油发电机组，VFD(MCC)房及电缆架,气源净化设备及辅助发电机组。

*油罐区:包括115m3柴油罐和15m3三品油罐。

*固控区：由泥浆罐、净化设备、泥浆处理房、100m3套装水箱等组成。各区域之间油、气、水、电等连接管线铺设在管线槽内，管线槽采用折叠式，内装电缆线和上钻台管线，可实现搬家不拆电缆和管线,折叠整体运输。上钻台管线槽可随钻机起升就位。

三、钻机主机部件及配套系统

ZJ70/4500DB6钻机是适应国内外钻井需要，而生产的一种先进的交流变频电驱动钻机，其主要配套件都严格按照“API”有关规范设计制造，能满足HSE的有关要求。

1．JC-70DB2绞车

绞车是钻机的核心部件。绞车在石油钻井过程中，不仅担负着起下钻具、下套管、控制钻压、处理事故、提取岩芯筒、试油等各项作业，而且还担负着井架及底座起放任务。JC－70DB2绞车是一种新型交流变频控制的单轴齿轮绞车，它主要由交流变频电动机、减速箱、液压盘刹、滚筒轴、绞车架、自动送钻装置、空气系统、润滑系统等单元部件组成，JC-70DB2绞车具有如下特点：

（1）绞车为单滚筒轴结构，滚筒为开槽式，绞车整体体积小，重量轻。

（2) 绞车动力由两台功率800kW 、转速2800r/min、YJ13型交流变频电机驱动，功率大，变频调速范围宽。

（3) 绞车只设一档，无需专门的换档机构，绞车减速箱输入转速在0－2800r/min范围内可无级调速。

（4）绞车主刹车为液压盘式刹车，配双刹车盘，刹车力矩大，工作安全可靠。

（5）绞车取消了传统的辅助刹车机构，辅助刹车功能由主电机能耗制动实现。

（6）绞车传动采用齿轮传动形式，齿轮采用大模数齿轮，齿轮及轴承润滑采用强制润滑方式。

（7）绞车配置了自动送钻装置，由37kW交流变频电机及立式送钻减速机等实现。

（8）绞车电机、减速箱、滚筒轴及刹车系统等均安装在一个底座上，可构成一个独立的运输单元。

（9）绞车的所有控制（电、气、液）均集中在司钻控制房内，操作方便、灵活。

第二节ZJ70/4500DB6钻机电传动系统和空气系统阀岛简介

一、电传动系统概述

ZJ70/4500DB6钻机电传动系统采用四台CAT交流柴油发电机组并网运行，向7套交流变频传动柜提供电源。变频单元采用全数字矢量控制电压型交流变频调速装置，“一对一”控制方式驱动绞车、转盘、泥浆泵、自动送钻电机，实现无级调速，满足钻机传动要求。采用制动单元和制动电阻代替绞车辅助刹车，实现游车平稳下放。自动送钻电机低频下正常工作，实现空游车——最大钩载的恒功率控制。钻机控制系统以西门子高性能的PLC为控制核心，并通过现场总线控制技术把数字化设备组成Profibus–DP网络，可实现变频器、智能远程司钻电控箱、MCC柜和人机界面等设备的高速通讯，上位计算机实时监控各个系统的运行状态并提供系统故障时的诊断显示，构成典型的三级网络系统，实现远程数据传输通讯、监视和控制操作。操作回路还包括PLC故障时的应急操作回路。按照钻机辅助用电设备要求，经变压器、交流开关柜和MCC单元柜给400V/220V用电设备提供电力及整个井场照明。另外还配备了工业电视监控及井场通讯系统。