电驱动钻机

电驱动钻机

一、电驱动钻机的优点 1. 具有传动效率高

2. 对负载的适应能力强 3. 安装运移性好

4. 处理事故能力及对机具的保护能力极强

5. 易于实现对转矩、速度、加减速度及位置的控制 6. 易于实现钻井的自动化和智能化等诸多优越性能 二、点驱动钻井的法杖过程 1. 交流电驱动钻机（AC-AC） 2. 直流电驱动钻机（DC-DC）

3. 可空硅直流电驱动钻机（AC-SCR-DC） 4. 交流变频电驱动钻机（AC-VFD-AC） 三、电动机的机械特性 1.机械特性与特性硬度

n=f(M)：称为电动机的机械特性 ⑴特硬特性：β=∞ ⑵硬特性：β=40~10 ⑶软特性：β＜10

2.固有特性和人为特性

四、直流电动机的机械特性 1.直流电动机的固有机械特性 ⑴他励电动机具有硬特性 ⑵串励电动机具有软特性 2.直流电动机的调速方法 ⑴电枢串电阻调速 ⑵降低电枢电压调速 ⑶减弱磁通调速

五、交流电动机的机械特性 1.交流电动机固有机械特性 同步电动机具有硬特性

2.交流电动机变频调速的机械特性

应用AC变频技术，通过变频器向交流电动机提供频率可调的交流电源，改变电源频率f，可得到人为机械特性。

六、可控硅直流电驱动（AC-SCR-DC） 1.SCR电驱动

数台柴油机交流发电动力机组所发的交流电并网输出到同一汇流母线上（或由工业电网供电），经可控硅装置整流后，驱动直流电动机，带动绞车、转盘、钻井泵，此种电驱动型式称为AC-SCR-DC或简称SCR电驱动 2.SCR电驱动的特点

⑴直流电动机具有人为机械特性（软特性）

⑵简化了机械传动系统

⑶柴油机交流电机组中柴油机始终处于最佳运转工况 ⑷并联驱动，动力可互济，动力分配更灵活合理

⑸便于钻机的平面和立体布置，且维护费用仅为机械驱动的30%左右，自动化程度较高，使用更安全可靠。

3.AC-SCR-DC电动钻机 七、我国电驱动钻机

㈠ DZ-200钻机；DC-DC；5000米；71年宝鸡厂 ㈡ 海洋5000米；DC-DC;75年兰石长 ㈢ ZJ15D钻机；AC-AC；吉林重机厂

㈣ ZJ45D（丛）、ZJ60D、ZJ60D、SAC-SCR-DC兰石厂 ㈤ ZJ70/4500D钻机， AC-SCR-DC

该钻机绞车由两台直流电动机驱动，经二级链轮减速后驱动滚筒和转盘，绞车主刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用水冷式电磁涡流刹车。两台钻井泵各由两台电动机驱动。电传动系统采用一对二控制方式，AC-SCR-DC传动，即一套SCR柜控制2台直流电动机 ㈥ZJ70/450D钻机，AC-ACR-DC，宝鸡厂2000生产 ㈦ZJ20DF

1. ZJ20DF钻机主要技术特性 ⑴名义钻井深度2000米 ⑵大钩额定负荷1350KN ⑶最大钻柱重量750KN

⑷绞车额定输入功率100KW ⑸绞车档数，二正二倒无极调速 ⑹总装机功率2*320+735KW ⑺钻井钢丝绳直径 29mm ⑻最大快绳拉力 20.6T

⑼钩速范围（8绳） 0~1.214m/s ⑽天车*游车滑轮数 5*4 ⑾转盘档数：一档无极调速 ⑿转盘开口直径444.5mm ⒀泥浆泵型号*台数 3NB-1300*1 ⒁泥浆最大输入功率 956KW ⒂泥浆泵最大工作压力 35Mpa ⒃井架有效高度 31m 2. 主要特点

⑴. 符合国际GB5609-1999 ⑵. 开口K型井架

⑶. 底座为箱叠式底座 ⑷. 钻台采用一台400KW交流电机统一驱动绞车和转盘 ⑸. JC20DB绞车主刹车为盘式刹车，可用于自动送钻 ⑹. 泥浆泵采用单独驱动 3. 各部件技术性能及规范 ⑴. JJ135/31-K井架 ⑵. DZ135/4.5-X底座 ⑶. JC20DB绞车 ⑷. TC-135天车 ⑸. YG-135游车大钩

⑹. SL-135水龙头 ⑺. ZP175转盘 ⑻. YJ35交流变频电机

交流变频电驱动（AC-VFD-AC）钻机

1. 交流变频电驱动的基本工作原理

交流电动机的转速关系式为n=60f（1-S）P，改变P、S或f都可以改变转速，但最好的调速方法是改变输入的电源频率f。因此，需要一个输入频率f及电压均可调，并具有良好控制性能的变频电源。

随着电力电子技术的发展，采用可自关断的全控器件，应用脉宽调剂（PWM）技术及电动机矢量控制技术，研制出先进的交流变频器，形成了成熟的交流变频电驱动系统 交流变频电驱动系统由交流电源、交流变频器和交流电动机组成。

对于石油钻机，交流电源主要是柴油交流发电机发出的交流电（380V~600V）。交流变频器的主回路由一个整流器和一个逆变器组成，两者通过直流电路相连接。整流器将输入的固定频率的交流电变为直流电，逆变器再将直流电变为频率和幅值可调过的交流电供给交流电动机，从而可以准确地调节电动机的转速和扭矩

2. 交流变频电驱动的特点 ⑴. 交流变频电驱动钻机的绞车、转盘可实现无级调速，调速范围宽 ⑵. 电动机短时间过载能力强（1~2倍）

⑶. 采用计算机自动控制技术 ⑷. 交流电动机没有碳刷换向器，不需采用防爆型，使用安全可靠、易于操作管理。 ⑸. 负载功率因数搞，能耗低，传动效率高 3. ZJ70/4500DB钻机技术特点 ⑴. 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、

钻井仪表数的一体化设计，实现钻机智能化控制。 ⑵. 采用宽频大功率交流变频电机驱动，完全实现了绞车、转盘、钻井泵的全程调速。 ⑶. 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。 ⑷. 绞车采用独立电动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。 ⑸. 配有井口机械化工具，自动化程度高，减轻了司钻、钻工的劳动程度。 ⑹. 钻机传动有三种基本形式：绞车传动装置、转盘传动装置、机泵组传动装置 ⑺. 井架及所有钻台设备均为低位安装，利用绞车动力整体起升井架。

ZJ50DBS钻机（01年4月宏华公司）

一、设计总则

1. 参照执行的技术标准

《SY/T5609-99石油钻机形式与基本参数》和有关的API规范 2. 设计原则

钻机的基本参数符合《SY/T5609-99石油钻机形式与基本参数》国家标准的规定，并与美国API标准和国外其他先进标准接轨。

机电数字一体化设计，成分发挥先进的数控电传优势，简化机械机构。钻机的主要功能实现数字控制，使钻机初步具有智能化、信息化功能。

钻机满足钻井新工艺的要求，钻机的可靠性和技术性能达到过的外同类钻机先进水平

采用国内外成熟的先进技术和结构，使钻机在先进性上再上一个台阶

采用模块化设计，多种组合方式，增强钻机的通用性，互换性，适应不同用户和需求。 二、钻机基本参数

1. 名义钻深范围 3500-5000m 2. 最大钩载 3150KN 3. 最大钻柱重量 2000KN 4. 游动系统 钻井绳数 10 5. 钻井钢绳直径 35mm

6. 绞车额定输入功率 1100KW 绞车档数 一档无级调数 7. 转盘开口直径 952.5mm

8. 泥浆泵额定功率及台数 1176KW（FF-1600）2台 9. 井架有效高度 43m 形式 K 10. 钻台高度 9m 11. 供气系统 6m3

最大工作压力 1Mpa

12. 双立管高压管汇 4″*35MPa 13. 钻机装机总功率 2*1200KW+510KW

主发电机 底特律D1500 1200KW*2 14. 固控系统 230m3

15. 传动方式 AC-VFD-AV 一对一控

16. 电机功率及台数 1100KW*3

三、钻机设计方案分析

ZJ50DBS钻机采用AC-VFD-AC驱动方式，分为钻台区，泥浆区，动力区和供油供水区井架采用低后安装，整体起升

井架共分为五段，装有死绳稳定器，二层台装有0.5吨的风动绞车；二层台逃生装置；登高助力器等。

底座钻台9米高，满足了“欠平衡钻井”钻井技术要求 四、钻机各部份设计方案介绍 1. 主机系统

JC50DBS绞车是一档变频调速绞车

变频器使用SIEMENS交流变频调速控制器

JC50DBS绞车提升档数为一档，无级调速

大钩速度在0~1.128米/秒之间，电机在0rpm-2300rpm间自动调节转速 JC50DBS绞车转盘为一档无级调速。转盘的转速范围在0~280转/分之间 JC50DBS绞车主刹车采用双作用气推水冷端面盘式刹车WCS436 JC50DBS绞车辅助刹车采用能耗制动，取消了电磁刹车或水刹车

JC50DBS绞车设有37KW辅助电机，辅助电机功能有二：一是，当主电机系统发生故障时，启用辅助电机进行应急操作，二是，利用辅助电机反转带动滚筒转动，将钻压信号转换为电信号，以调节辅助电机转速，达到自动送钻目的。 2. F-1600泵组

该钻机选用2台1600泵，带泵电机基频选在40Hz，转速800e/min，功率1100KW，能

满足泵满负荷工作。

3. 固控系统

该系统满足了钻井工程技术要求 4. 动力系统

变频电驱最大优点之一是功率因素高，均在0.9以上 5. 电气控制系统 ⑴. 数控变频调速系统

ZJ50DBS电气控制系统包括一套对驱动转盘的1100KW变频调速异步电机进行正、反转无级调速的全数字交流调速系统，两套分别驱动2台泥浆泵的1100KW变频调速异步电机，进行无级调速的全数字交流调速系统，和一套控制37KW辅助电机实现自动恒压送钻功能的全数字交流调速系统。 ⑵. 联络切换屏

主要对变压器进行切换控制，同时也对辅助发电机组进行切换。 ⑶. 交流电机控制中心

主要对井场的钻台、泥浆泵房、固控系统、油罐区、气源房、水罐区的交流电机进行控制 ⑷. 能耗制动系统

下钻时，直流母排电压超过额定值后，即通过制动单元，自动向强冷制动电阻馈电，从而实现能耗制动。

ZJ70DBS钻机（2004年5月宏华公司）

第一章 概述

第一节 用途及特点概述

ZJ70DBS钻机是为勘探开发油气资源而设计制造的交流变频点驱动钻机。钻机按中国GB5609-1999《石油钻机形式与基本参数》的规定设计。并符合美国API规范和国外其他先进标准要求。钻机钻深能力为7000m

ZJ70DBS钻机为机电一体化设计，钻机可实现数字化控制，具有自动送钻、能耗制动等先进功能。并具有钻井参数收集记录，以及远程通讯等功能。 钻机电驱动为AC-VFD-AC方式，发电机组输出的交流电力经变频电控系统处理，输送至交流变频电机，分别驱动绞车、转盘和泥浆泵

绞车用2台970kW交流变频电机驱动，提升速度档数为一档无级调速；转盘传动为一档无级调速，倒档由电机反转实现。绞车刹车系统采用液压盘式刹车和能耗制动的组合。 钻机井架、底座主体为新型一体起升结构。设计了第一节井架与底座结构一体化扒杆起升的新型井架底座，钻台随井架一并起升到位。

钻台下配有吊装井口设备和导轨和葫芦；起升缓冲装置；钻台配有安全逃生滑到。

钻机配套2台F-1600泥浆泵，分别用一台1200kW交流变频电机通过联组窄V带驱动。 钻机动力采用4台1200kWCAT3512B主发电机组和1台400kWCAT3412辅助发电机组，5台发电机组可提供钻机动力和井场生活用电。

第二节 钻机主要技术参数 名义钻深 7000m 最大钩载 4500kN 最大钻柱重量 2520kN 提升系统绳系 6*7顺穿 钻井钢丝绳直径 38.1mm