ODPT030212-DBS系列数控变频电动钻机

３２２ 转盘扭矩和钻井泵泵压限制保护 全数字 ．． 控制系统将采集的主电机与带泵电机的电气参数转 换为转盘扭矩和钻井泵泵压， 以动态扭矩曲线和泵 压曲线在触摸屏上显示， 并与设定的转盘扭矩和泵 压范围进行比较， 控制电机的电气参数， 使转盘和钻 井泵动态工作在设定的扭矩和泵压范围内， 有效防 止过扭矩扭断钻具和过泵压对系统冲击的事故产 生。根据扭矩曲线和泵压曲线可判断井内及钻头使 用情况， 避免钻头掉齿、 掉牙轮造成的井内事故。还 可实现 ２台钻井泵负载均衡， 减小泵压波动。表 ２ 为公 ３ 井钻进过程中， ８ 根据转盘扭矩值的异常情 况， 起出钻头的有关数据分析。从 ５ 只钻头的失效 情况看、 与对转盘扭矩值变化的分析结果相符。 ３２３ 止提遇卡和下放遇阻保护 全数字控制系 ．． 统通过对纹车电机的数字控制， 计算游动系统的悬 重， 并设定悬重变化的上下限， 通过控制瞬时悬重的 变化幅度， 实现对上提遇卡和下放遇阻的保护。 ３２４ 防抽吸和防活塞动压作用保护 在起、 ．． 下钻 时产生的抽吸作用（ 抽吸压力） 和活塞动力作用（ 激 动压力）常常造成井喷、 ， 井漏、 井涌和井壁坍塌。 ＤＳ Ｂ 钻机通过全数字控制系统， 根据钻井工程设计， 设置提升系统上提、 下放的速度和加速度限制， 从而 对激动压力和抽吸压力进行限制， 避免了井喷和其 它井下事故发生。
３２５ 保护钻头、 高并眼质ｔ ．． 提 翻神值钻 压自动
石油钻采工艺 ２０ ０３年 ４月（ ２ 第 ５卷） ２ 第 期
表 ２ 公 ３ 井 ０ １．． ８ ２５９ ．钻头失效的有关数据
钻 头型号
ＨＡ ３ ４７ 日八落 ７ ３
ＨＡ４ ７ ３ Ａ
使 用时 间／ ｈ
７ ４ ６ ２ １ ０． ３ １ ３ １１ １ ７． ７ ９ ２ ４． ３
ｍ ｓ可提高钻井时效。 ／， ３３３ 钻并司钻的转“ ．． 型” Ｄ Ｓ Ｂ 钻机先进的数控
４ 结论 （ Ｄ Ｓ系列数控变频电动钻机总体性能优 １ Ｂ ）
越， 具有明显的价格优势和良好的市场前景。 （） 系列数控变频电动钻机、 ２ ＤＳ Ｂ 转盘电驱钻 机和机电复合驱动钻机在我国油气钻井工程中的推 广使用， 将促进钻井装备的升级换代， 推动数控交流 变频技术在我国石油装备设计制造上的运用， 并带 动相关产业的快速发展。
控系统备份及维护问题。
钻 机 参数
１ Ｂ 钻机简介 ＤＳ
１１ 墓本参数 ． ＤＳ Ｂ 钻机的参数符合《 石油钻机型式与基本参 数）即Ｓ／ ５０ 一 ９ 标准和Ａ Ｉ ， ＹＴ ９ １ ９ ６ ９ Ｐ 等相关规范， 见 表 １表 １ ， 中纹车和转盘的档数均为一档无级调速。 １２ 日 钻机的技术特点 ． ＤＳ （） １纹车数字矢量控制；
功能， 简化了司钻的操作， 钻从操作技能型转为 使司
智能控制型。司钻着重于利用装备提供的各种动态 的信息， 根据井况和钻井工程师指令选择优化钻井 参数和机动参数， 从而实现安全、 高效、 低成本钻井。
３ 为建 ． ４ 立钻井工程数据库和远程钻井支持系统
奠定了基础
（） 系列数控变频电 ３ ＤＳ Ｂ 动钻机实现了全数字 控制功能， 建立了 数字化、 信息化、 智能化平台， 为实
９５ 观 蝴
３１ ０ 旧一 ５ ０ ００
３１５０ 姗 １０．２ １３０ ７０ １８０
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国长贫 创断项 目： 家Ｙ大技术装备创断研侧 项 目． 作者简介 讲．９６ １５ 年生。１８ 年毕业于四） 油 ｆ理局 ９１ １
里
０ ） ０ ｓ ｆ ｓ
板师。屯话 佣班一 １ 日】 ５０ 洲 。 ２
号ａ
张 拜等：Ｂ Ｄ Ｓ系列数控变频电动钻机
（） 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； 价） 大功率数控电喷柴油机； （） 底座 低位安装、 ８ 井架、 一体起 升新结构 （ ＤＳ ７ Ｂ 钻机为无人字架起升新结构） ０ 。
３２ 提高钻井作业的安全性 ．
绞车数控运行
下钻 时， 提起钻 具的瞬同， 变摊
３２１ 止碰下砸的预警和保护 全数字控制系统 ．．
采集变频电机和滚筒编码器的数字信号， 将通过软 件计算的游车位置与设定的“ 上碰下砸” 位置比较． 在“ 上碰下砸” 设置的减速点合理减速， 在停止点自
２ １１ 下钻作 业 ．．
Ｄ Ｓ钻机数字化平台的应用 Ｂ
２． １
扭矩， 实现以 设定钻压进行自 动送钻作业。在公３ ８ 井和磨 ７ － ５ 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 动通过变频系统控制电机转速保持钻压稳定， 游动 系统的下放速度自 动跟随变化。此时钻压波动显示 为１ １。根据钻压、 ３０ ０ｉ ｇ 力矩、 钻速的变化和波形， 司 钻可准确判断钻头使用情况、 把握起钻时机。
正 常钻井 扭矩／Ｎ． ｋ ｍ
１阶 一１２ ．０
起钻前． ｝／Ｎ ｍ ｔ ｋｋ － －
０ ５ －０ ７ ．０ ．０
０． ０ ０． ０ ７一 ９ ０． ０ １ ０ ９ 一 ．５
钻头失ｉ情Ｒ １ ；
掉齿 １３， ２３ ／ 断齿 ／ 断掉齿 １ ３ ／ 外排齿全磨钝
３ ＃牙轮松动
２ ｘ牙轮 松 动
用微机芯片 构成。Ｄ Ｓ Ｂ 钻机在系统硬件上己 搭建起 一个坚实的平台， 为实现智能优化钻井创建了必要 条件。 智能控制系统的本质是仿人和仿智， 即从宏 观结构上和行为功能上对人工控制进行模拟， 并依 据积累的经验和知识进行在线推理确定或变换控制 策略。在这一系统中将建立钻井工程专家系统， 它 是一种智能的计算机程序， 能充分利用钻井工程数
据库， 具有很强的人机交互功能， 它能同用户一起， 构成高性能的人机共同思考的系统。该系统具有自 学习和自 提高功能， 能不断完善自已。在钻井工程 中采用远程钻并支持系统， 就能实现智能优化钻井。
５ ｋ 以内， ０ｇ ０ 能提高机械钻速（ 低速钻井中优势更为 明显）在５底部岩层， ， 采用自 动送钻的机械钻速明 显提高， 每米钻时缩短 ３ ７ ｉ － ｍｎ ｏ ３３２ 纹车速度的数字闭环控制 通过数控系统 ．． 所实现的纹车速度与游车位置的数字闭环控制． 使 起下钻作业的全过程实现数字控制， 同时充分利用 电机调速范围宽的优势， 游车速度范围达 ０ ． －１５
动停车， 并在“ 上碰下砸” 预警点（ 停车点） 向司钻预 替并自 动停车。即使司钻误操作， 绞车仍将优先按 编程控制运行。由于控制的是纹车主电机， 因此不 受滚筒排绳的影响， 能有效地防止“ 上碰下砸， ， 事故
的发生。
３ Ｂ 钻机的功能 Ｄ Ｓ
３１ 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
能 优化 钻并提 供 了先进 的设 备。
关铆词 电动
Fra Baidu bibliotek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 （Ｂ ） Ｄ Ｓ钻机， 该研究项目于２０ 年 ５ ０１ 月被列为 ２０ ０１ 年度国家重大技术装备创新研制项 目。２０ 年 ７ ０２ 月， ４Ｄ Ｓ 刁 ０Ｂ 钻机顺利通过国家鉴定和产品验收， 同 时， 还完成了Ｚ５Ｄ ＳＺ ０ Ｂ 钻机的设计， ） Ｂ ， ７Ｄ Ｓ ０ Ｊ 并投入 试制， 实现 了 Ｄ Ｓ数控变颇 电动钻机 的系列化。 Ｅ Ｄ Ｓ系列钻机与交流变频顶驱电控系统及操作系统 Ｂ 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
１仍 一 １２ ． ．５
１０ ． ０一 １ ２ ．５
１． ５一 １ 势 ０ ． １ ０一 １ ３ ．５
日Ａ４ ７ ３Ａ
Ｉ ３Ａ Ａ４ ７
０一 ． ０ ２０
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７ ６ ０． ７
送钻技术的应用使钻压给定均匀、 平稳， 送钻灵敏、 准确， 可避免钻头非正常损坏， 改善井壁质量， 有利 于减少井下事故。 ３３ 优化钻井参数， ． 提高钻井时效， 降低钻井成本 ３３１ Ｉｌ＋） 自ｉｉ＃ 在公 ３ 井， ．． ｋ ｓ ｝ ｖｘ ４ ｔ ， ｉ ｌ － ＋ ． ． ｋ ８ 从井深 １５ ４ ｍ开始到 ２５ ７ ６２ ｍ完钻， 除个别整跳严重的井段 外， 全部使用数控恒钻 压 自动送钻， 压波动在 钻
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休化技米。 研制了电动、 变倾、 数控（Ｂ） ＤＳ
系列数控变预电动钻机。Ｄ Ｓ Ｂ 钻机集成应用了交流变预、 矢全控制、 总线通讯 、 数字可编程序搜制和计算机技术， 建立起数字化、 ａ 合能化平台， 信 化、 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、 实现智能优化钻井莫定 了墓拙。经工业性试脸表明， 钻机设计新领、 性能先进， 为钻井装备的升故换代和智
（） ２游车位置的数字闭环控制； （） ３数控变频恒钻压自动送钻； （） 钻井泵参数的数字限制与调控； ４转盘扭矩、
表 １ Ｂ Ｄ Ｓ系列钻机基本参数
Ｚ５ Ｄ 巧 Ｊ０
２０ ５ ０－ ４ ０ ００
Ｚ ７ ＤＢ Ｊ０ Ｓ
４ Ｎ ） ７ １１ （ 洲 一 ０１
名义钻深（ ７ ｎ钻杆）ｍ １ｍ ２ ） ／
最大钩载ＡＮ 最大钻柱重重ＡＮ 钻井绳数、 液大绳数／ 根 饮车颇定精入功率／Ｗ ｋ 转盘开口立径／ 二
钻井莱功平／ｗ ｋ 钻并 泵台数／ 台 ｋ型井架有效 高度／ ｍ 传动方 式 钻机总功 率／Ｗ ｋ
２５０ 溯 朋
传动系统感知钻具负荷， 自动生成安全高效的下 并 钻速度曲线。此时， 悬重通过纹车滚筒以反力矩拖 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纹车电机的电气参数和扭矩， 通过可编程序逻辑控制器（Ｌ ） ＰＣ 把纹车电机的实际 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。 ２１ 起升作１ 起钻时， ．． ２ ｋ 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 １０ ０％一９％） ０ ， 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。 ２２ 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 ＶＤ变频电控房的触摸屏上， Ｆ 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， 气传动 电 系统工作状态等参数， 并可进行故障自 诊断及报替。 系统每秒采样 １ 能储存 １口井的数据资料。 次， 利用Ｄ Ｓ Ｂ 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 ８ ｈ的图像资料。
第２ 卷 第２期 ５
２０ ０３年 ４月
石 术 油 钻
。
Ｖｏ ． Ｎｏ ２ ｌ２ ５ ．
ＯＬ Ｉ ， Ｉ Ｄ ＬＬＧ＆ Ｐ Ｏ Ｕ ＴＯ Ｒ Ｉ ＲＤＣ Ｎ
Ａ ｒ ２０ ｐ ． ０ ３
ＤＳ Ｂ 系列数控变频电动钻机
江阳 陈 俊 张 弧 彦 张 永 王
！３ （ 川油广汉宏华有限公司 四川 广Ｘ ６８０