引言：本文簡(jiǎn)要闡述了70LDB型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)LDB型鉆機(jī)現(xiàn)有動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)，提出電動(dòng)化改造方案。

一、引言

隨著鉆井設(shè)備的不斷更新，電動(dòng)鉆機(jī)以其調(diào)速特性好、可靠性強(qiáng)、故障率低、操作更安全、方便、靈活等一系列的優(yōu)勢(shì)成為鉆井市場(chǎng)的主力軍。如何讓機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)也擁有電動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，筆者根據(jù)70LDB鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)，提出機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)電動(dòng)化改造方案，提升鉆機(jī)性能。

二、70LDB型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介[1]

2.1動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)組成

70LDB型復(fù)合鉆機(jī)的動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)有以下幾部分組成

1）3臺(tái)G12V190PZL-3/O（810kW ，1300RPM）柴油機(jī)偶合器機(jī)組。 2）2臺(tái)400kW柴油發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)720kW柴油發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)為井場(chǎng)提供交流400V交流電，通過(guò)MCC（Motor Control Center，MCC）房分配，驅(qū)動(dòng)井場(chǎng)所有用電設(shè)備。 3）并車箱。柴油機(jī)輸出動(dòng)力通過(guò)耦合器經(jīng)并車箱分別驅(qū)動(dòng)絞車、泥漿泵、自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)。

4）600kW/400V交流變頻電機(jī)通過(guò)變速箱驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，無(wú)級(jí)調(diào)速。 2.2動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn) 1）模塊式總體傳動(dòng)布局，能快速拆裝、檢修、調(diào)整、檢查。

2）柴油機(jī)偶合器機(jī)組、并車箱、絞車、泵之間，用萬(wàn)向軸傳遞動(dòng)力，不需要復(fù)雜的找正。 3）轉(zhuǎn)盤采用交流變頻電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，解決了以往鉆機(jī)傳動(dòng)上鉆臺(tái)的困難。

4）由于采用了低位絞車，解決了絞車上高鉆臺(tái)的難題。 三、70LDB型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)電動(dòng)化改造方案概述

3.1機(jī)械部分改造

1）增加2臺(tái)1000kW、1500RPM直流電動(dòng)機(jī)及液力偶合器組，替換原有柴油機(jī)耦合器機(jī)組。液力偶合器通過(guò)聯(lián)軸器分別與電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)相連，液力偶合器一端接萬(wàn)向軸，萬(wàn)向軸的另一端通過(guò)氣動(dòng)離合器連接并車箱。可以保留一臺(tái)柴油機(jī)耦合器機(jī)組，作為應(yīng)急使用。

2）增加兩套CAT3512B柴油機(jī)組，每臺(tái)柴油機(jī)功率為1330kW，轉(zhuǎn)速1500RPM，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)CAT SR4 1900kVA、600V、3Ph、50Hz的發(fā)電機(jī)。保留2臺(tái)400kW柴油發(fā)電機(jī)組作為輔助發(fā)電機(jī)組，輸出電壓400V。

3.2電氣部分改造

增加一套電氣控制系統(tǒng)，包括SCR（Silicon Controlled Rectifier，SCR）房和司鉆控制柜，控制兩臺(tái)直流電機(jī)。利用簡(jiǎn)化70D鉆機(jī)SCR房設(shè)計(jì)方案制作電氣控制系統(tǒng)：配備一臺(tái)600V/400V、1250kVA干式變壓器，給MCC房供電，驅(qū)動(dòng)400V電力負(fù)載，SCR房可省去MCC控制部分；利用去除MCC部分節(jié)省的空間配置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高電網(wǎng)功率因數(shù)；保留2或3套交流控制柜，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組接入和控制；保留2或3套（第3套可以備用，也可用來(lái)擴(kuò)展3號(hào)泵）直流控制柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。在司鉆操作臺(tái)增加司鉆控制柜，方便操作者進(jìn)行動(dòng)力模式選擇、電機(jī)起動(dòng)和調(diào)速等操作。

為方便接入成熟區(qū)塊油田電網(wǎng)，使用網(wǎng)電為井場(chǎng)設(shè)備提供電力，可以增加一套高低壓變配電系統(tǒng)。通過(guò)10kV/0.6kV、2500kVA移動(dòng)式高低壓變配電系統(tǒng)將油區(qū)10kV高壓電轉(zhuǎn)換為600V交流電，利用SCR房預(yù)留電源進(jìn)線端子接入SCR房。

四、機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)電動(dòng)化改造系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)通過(guò)電動(dòng)化改造，使其擁有了電動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)。

在鉆井過(guò)程中，機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)由于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的限制了鉆井泵的最低泵沖，使得鉆井泵在使用過(guò)程中排量的調(diào)整受到很大的影響。特別是在上部地層快速鉆進(jìn)階段，工程要求雙泵鉆進(jìn)，充分利用水力破巖，大排量保證攜砂。隨著井深的增加，泵壓不斷上升，當(dāng)立管壓力達(dá)到20MPa左右時(shí)，逐漸調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低泵沖，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到怠速附近時(shí)，只能靠更換較小的鉆井泵缸套來(lái)提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)保證柴油機(jī)的正常使用，這樣既增加了工作人員的勞動(dòng)量又減少了雙泵鉆進(jìn)的時(shí)間，同時(shí)柴油機(jī)長(zhǎng)期低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷的使用，故障率增加，加速設(shè)備磨損。使用直流電動(dòng)機(jī)，調(diào)速范圍廣，理論調(diào)速范圍0-1500RPM（實(shí)際使用過(guò)程中轉(zhuǎn)速在600-1250RPM調(diào)整），解決了上述難題，延長(zhǎng)雙泵鉆進(jìn)的時(shí)間，有利于井下安全。

2）無(wú)功消耗少，節(jié)約成本。

當(dāng)前70D鉆機(jī)配備800KW直流電機(jī)6-9臺(tái)，改造方案中增加兩臺(tái)大功率（1000KW）直流電動(dòng)機(jī)，相對(duì)70D鉆機(jī)直流電機(jī)的數(shù)量大大減少，無(wú)功消耗少，無(wú)功補(bǔ)償裝置容量需求少，電網(wǎng)功率因數(shù)高，減少能源浪費(fèi)。同時(shí)，由于控制電機(jī)數(shù)量少，大大簡(jiǎn)化SCR房的配置，成本投入較70D鉆機(jī)少。

3）動(dòng)力靈活調(diào)配，便于網(wǎng)電接入。

在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)負(fù)荷和工況可以靈活調(diào)配動(dòng)力源。70LDB型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)，總峰值功率在1700KW左右（根據(jù)哈15-14井網(wǎng)電使用情況統(tǒng)計(jì)而得），兩臺(tái)CAT3512B和兩臺(tái)輔助發(fā)電機(jī)多種匹配模式，合理使用動(dòng)力設(shè)備，減少損耗。

根據(jù)哈15-14井網(wǎng)電使用統(tǒng)計(jì)來(lái)看，日平均有功功率大多都在1000KW（日耗電量24000度）附近，由于70LDB鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模式，轉(zhuǎn)盤電機(jī)可以由輔助發(fā)電機(jī)供電，因此根據(jù)生產(chǎn)情況大多時(shí)間可以使用一臺(tái)CAT3512B柴油發(fā)電機(jī)組加一臺(tái)輔助發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式即可，日耗油量在4～5噸。1000kW的平均有功功率對(duì)電動(dòng)鉆機(jī)來(lái)說(shuō)處于不易調(diào)配動(dòng)力設(shè)備的功率區(qū)間，由于功率因數(shù)低（0.7左右）使用一臺(tái)CAT3512B電流大、負(fù)荷重，不宜長(zhǎng)時(shí)間工作；只能使用兩臺(tái)，工作效率低，油耗增加，在有功功率1000kW時(shí)，兩臺(tái)CAT3512B柴油發(fā)電機(jī)組每天耗油量在5～6噸。這樣相同有功負(fù)荷，70D電動(dòng)鉆機(jī)每天多耗油1噸左右，每年多消耗柴油300噸左右，多消耗成本200～300萬(wàn)。

油田電網(wǎng)分布區(qū)域可以通過(guò)增加上文提到的移動(dòng)式高低壓變配電系統(tǒng)，方便接入油田電網(wǎng)，利用網(wǎng)電提供電力，更加經(jīng)濟(jì)。

4）保留一套柴油機(jī)耦合器機(jī)組，可以在SCR電控系統(tǒng)不正常時(shí)應(yīng)急使用，提升了鉆機(jī)的可靠性。

五、結(jié)論

70LDB機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)通過(guò)電動(dòng)化改造，擁有了電動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，鉆機(jī)性能得到很大的提升，同時(shí)動(dòng)力模式多樣，能耗減少，提高了整套鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]ZJ70/4500LDB3鉆機(jī)使用說(shuō)明書第一分冊(cè)[Z]，陜西：寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，2005：8-9.

（作者單位：中石化勝利工程有限公司塔里木分公司）

作者簡(jiǎn)介

梁茂典（1980—），男，山東定陶人，中石化勝利工程有限公司塔里木分公司，工程師，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事電動(dòng)鉆機(jī)電控系統(tǒng)的維護(hù)、管理工作。