羅軍

【摘要】隨著油氣能源開采力度加大，油氣勘探開發(fā)向深海等難動(dòng)用儲(chǔ)量延伸，大功率直流電機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是強(qiáng)弱電控制結(jié)合的系統(tǒng)，系統(tǒng)弱電部分檢測(cè)工作轉(zhuǎn)速，電機(jī)溫度等信號(hào)，強(qiáng)電部分根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。隨著中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國已成為世界最大石油消費(fèi)國。我國海域油氣資源豐富，需要加大海洋石油勘探開發(fā)力度。隨著石油鉆探行業(yè)新工藝技術(shù)發(fā)展，電動(dòng)鉆機(jī)具有諸多優(yōu)勢(shì)得以廣泛應(yīng)用，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是鉆機(jī)核心控制部分，本文圍繞西部鉆探克拉瑪依鉆機(jī)公司某隊(duì)采用直流調(diào)速器鉆機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)研究，闡述故障處理工作，為相關(guān)工作開展提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】石油鉆井;直流電機(jī);故障處理

電機(jī)調(diào)速發(fā)展與電子技術(shù)發(fā)展相關(guān)，電機(jī)調(diào)速與電子技術(shù)相互促進(jìn)，以弱電檢測(cè)發(fā)出控制信息，現(xiàn)代電氣控制技術(shù)是強(qiáng)弱電結(jié)合的技術(shù)。石油鉆井由多種機(jī)器設(shè)備組成的聯(lián)合工作機(jī)組，主要功能是打通地下油氣層井筒，整套鉆機(jī)必須具備起升設(shè)備，旋轉(zhuǎn)設(shè)備，傳動(dòng)系統(tǒng)等。絞車是鉆機(jī)工作機(jī)組之一，是鉆井中的核心設(shè)備，用于起下鉆具，鉆井中控制專家等。絞車是石油鉆井等石油鉆采機(jī)械核心部件，其可靠性直接影響系統(tǒng)安全性能。隨著油氣能源開采力度加大，油氣勘探向深地層等難動(dòng)用儲(chǔ)量延伸，致使鉆機(jī)發(fā)展向大型化方向推進(jìn)，引了發(fā)國內(nèi)開發(fā)適合深井鉆采設(shè)備熱潮。對(duì)直流電機(jī)絞車故障問題分析，對(duì)保證石油鉆井電機(jī)正常工作，提高石油開采生產(chǎn)效率具有重要意義。

1.石油鉆井直流電動(dòng)鉆機(jī)絞車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

石油鉆機(jī)是由機(jī)電液氣等設(shè)備組成的聯(lián)合工作組，是油氣田開發(fā)的專業(yè)設(shè)備，隨著鉆井作業(yè)要求發(fā)展不斷進(jìn)步。石油鉆機(jī)主體機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)形式包括液壓驅(qū)動(dòng)等，通過傳動(dòng)系統(tǒng)完成并車，換向等功能。是由主體機(jī)械包括提升設(shè)備，旋轉(zhuǎn)設(shè)備與循環(huán)設(shè)備。電氣控制系統(tǒng)完成對(duì)主體機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)為電動(dòng)鉆機(jī)，隨著科技的發(fā)展，大型鉆機(jī)進(jìn)入全面電氣傳動(dòng)時(shí)代。

為勘探開采石油需要進(jìn)行鉆井作業(yè)，破碎地面下巖石形成到油氣層的通道。石油鉆機(jī)是完成打通通道的關(guān)鍵設(shè)備，總裝場(chǎng)地調(diào)式設(shè)備底座安放井口上方，轉(zhuǎn)盤安裝在鉆臺(tái)上，鉆桿連接通過懸掛在游動(dòng)裝置上被樹立，通過轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿柱旋轉(zhuǎn)，控制轎車帶動(dòng)游動(dòng)裝置升降?？刂七B續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆頭對(duì)破碎巖層作用，使鉆井從鉆頭水眼噴入井底，由于鉆桿連接形成可使鉆頭延伸實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。隨著石油鉆機(jī)發(fā)展，單機(jī)電氣控制功能日益強(qiáng)大，成為石油鉆機(jī)聯(lián)合工作的核心設(shè)備。

鉆井轎車是提升系統(tǒng)設(shè)備，是鉆機(jī)工作機(jī)，其功能包括起下鉆具，鉆進(jìn)中控制鉆研，整體起放井架等。絞車種類很多，有多種不同的分類方法：按軸數(shù)可分為單雙軸與多軸絞車;按提升速度可分為二三四六八速絞車;電驅(qū)動(dòng)絞車分為直流與交流電驅(qū)動(dòng)絞車。大型交流電驅(qū)動(dòng)絞車通常采用單軸結(jié)構(gòu)。通過單雙速齒輪箱帶動(dòng)滾筒軸，三速交流絞車僅在德國WIRTH公司生產(chǎn)。通常采用電機(jī)能耗制動(dòng)作為主剎車，雙軸絞車由滾動(dòng)軸加矛頭軸組成，矛頭軸轉(zhuǎn)速通過滾筒軸交換。三軸結(jié)構(gòu)目前不帶撈沙滾筒軸柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)常見結(jié)構(gòu)形式，傳動(dòng)系統(tǒng)往往由動(dòng)力輸入軸及滾筒軸組成?？稍O(shè)計(jì)為四六八速結(jié)構(gòu)。

各型絞車結(jié)構(gòu)存在差異，但具有類似功能機(jī)構(gòu)。絞車基本結(jié)構(gòu)包括滾筒軸總成，制動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)。絞井絞車是多功能起重工作機(jī)，能量通過絞車變速系統(tǒng)傳遞給絞車滾筒。通過鉆井鋼絲繩帶動(dòng)油車等油吊系統(tǒng)完成下行垂直運(yùn)動(dòng)，絞車通過剎車裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)減速等。驅(qū)動(dòng)石油鉆井絞車動(dòng)力機(jī)有柴油與電動(dòng)機(jī)兩類。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)歷了四個(gè)技術(shù)發(fā)展階段。柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式因受調(diào)速范圍小，可靠性差等性能影響基本淘汰。變頻電動(dòng)鉆機(jī)購置成本較高，促使用戶選購直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。

2.ZJ50D鉆井電氣控制系統(tǒng)故障處理

2.1 鉆井電氣控制系統(tǒng)介紹

ZJ50D鉆機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由3臺(tái)發(fā)電機(jī)組，SCR房，4臺(tái)泥漿泵主流電機(jī)，交流變頻自動(dòng)送鉆電機(jī)等構(gòu)成。系統(tǒng)分為供電，配電與控制部分。供電回路由主發(fā)輔發(fā)電機(jī)組組成，主發(fā)電機(jī)組為600V1200kW1500柴油發(fā)電機(jī)組，輔助發(fā)電機(jī)組為400V440kW發(fā)電機(jī)組。配置目的是搬家作業(yè)時(shí)耗電需求不高，啟動(dòng)輔助發(fā)電機(jī)組可降低油耗。

配電部分分SCR與低壓配電部分，SCR傳動(dòng)部分將發(fā)電機(jī)發(fā)出600VAC交流電整流成0～750VDC連續(xù)可調(diào)直流電，驅(qū)動(dòng)絞車，轉(zhuǎn)盤。低壓配電部分回路由抽屜式開關(guān)柜，LC1接觸器，鼠籠式電機(jī)等組成?？刂撇糠植捎梦鏖T子S7-300系列PLC，實(shí)現(xiàn)CPU與Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)其他分布式站點(diǎn)高速數(shù)據(jù)傳輸，司控房采用西門子工業(yè)觸摸屏顯示終端，WINCC操作軟件實(shí)用，帶有實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示。PCL控制部分發(fā)生故障可采用BYPASS旁路控制應(yīng)急操作，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)等控制絞車等設(shè)備。

2.2 鉆機(jī)電控系統(tǒng)故障處理

直流電動(dòng)鉆機(jī)中，司鉆控制房配置工況指配開關(guān)。根據(jù)不同工況可選擇使用指配。通常使用指配1點(diǎn)概念股礦，SCR1柜驅(qū)動(dòng)1#泥漿泵，SCR3柜空載，SCR5柜驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。4#柜單獨(dú)驅(qū)動(dòng)絞車AB電機(jī)，串聯(lián)運(yùn)行滿足。工況置換至提下鉆井作業(yè)，SCR1柜驅(qū)動(dòng)1#泥漿泵，SCR3柜驅(qū)動(dòng)絞車A，SCR5柜驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。絞車電機(jī)AB由3#2#SCR柜供電。

電氣控制系統(tǒng)故障分為軟硬件故障，軟件故障是PLC程序，直流調(diào)速器參數(shù)設(shè)置故障，硬件故障是電線電纜出現(xiàn)故障，軟件及參數(shù)在廠家配套時(shí)調(diào)試正常，使用中故障概率校小。電氣控制系統(tǒng)中供電部分電路故障頻次少，配電控制出現(xiàn)故障頻次多。SCR傳動(dòng)部分由SCR裝置整流驅(qū)動(dòng)控制直流電動(dòng)機(jī)，采用全數(shù)字控制后性能完善。低壓配電中600VAC通過變壓器400VAC供MCC抽屜式開關(guān)柜使用。低壓配電部分故障通常采用排除法，抽取MCC抽屜，拆掉出線板相應(yīng)線，合上抽屜測(cè)量出線板接線處電壓。無電壓說明SCR房?jī)?nèi)MCC抽屜出線板問題，有電壓測(cè)量SCR房出線板到設(shè)備配電箱中間線纜。利用搖表測(cè)量電機(jī)，逐步排查找到故障點(diǎn)。

系統(tǒng)由S7300PLC控制，CPU主站在SCR房?jī)?nèi)，PLC通過DI/DO，與外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集控制，系統(tǒng)通訊采用PROFIBUS-DP總線實(shí)現(xiàn)，PCL控制出現(xiàn)問題可暫用旁路控制?？刂苹芈饭收咸幚砀鶕?jù)工控機(jī)檢測(cè)故障記錄分兩種。有記錄時(shí)查看故障記錄確定故障發(fā)生位置。如非設(shè)備損壞檢查設(shè)備回路問題。如非配電路問題檢查SCR房?jī)?nèi)與設(shè)備啟動(dòng)，接線排等。查看PLC模塊輸入及中間繼電器狀態(tài)。如繼電器正常手動(dòng)打開試啟動(dòng)。無故障記錄，工控機(jī)未報(bào)故障多因配電回路問題，需按配電回路檢查排查故障。

參考文獻(xiàn)：

1.國偉.直流電動(dòng)鉆機(jī)與交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)技術(shù)對(duì)比[J].石油和化工設(shè)備，2018，21（04）：99-101.

2.張?zhí)焐?電動(dòng)鉆機(jī)絞車控制研究[J].電氣傳動(dòng)，2012，42（08）：50-54.

3.蘇成坤.直流與交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].石油鉆探技術(shù)，2004（05）：36-38.

4.王子剛.礦用提升絞車的故障分析與維護(hù)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2019，34（09）：287-288.

5.聶振興，孟凡龍.探究礦井提升絞車液壓系統(tǒng)故障及判斷方法[J].決策探索（中），2017（08）：31-32.