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交流變頻電動(dòng)鉆機電控系統的問(wèn)題及解決

近幾年來(lái),隨著(zhù)交流變頻調速技術(shù)及現代控制理論的快速發(fā)展,交流變頻傳動(dòng)應用于石油鉆機以替代SCR直流電驅動(dòng)鉆機已成為一種趨勢,交流變頻電動(dòng)鉆機不僅具有SCR直流電驅動(dòng)鉆機的優(yōu)異性能,還有諸多顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn),因此在油田推廣應用的力度越來(lái)越大。但應用過(guò)程中,由于國內交流變頻電動(dòng)鉆機電控廠(chǎng)家電控系統設計和參數設定出現了一些新的問(wèn)題,如電控系統現場(chǎng)適用性差、性能不穩定等,嚴重影響了鉆井生產(chǎn),對其可靠性、經(jīng)濟性產(chǎn)生了置疑,對先進(jìn)的交流變頻電動(dòng)鉆機的推廣應用也越來(lái)越慎重。


一、電控系統主要存在的問(wèn)題


1、由于絞車(chē)電動(dòng)機未安裝編碼器,電控系統采用無(wú)編碼器矢量控制方式,司鉆操作手柄打至中位無(wú)法實(shí)現絞車(chē)懸停,出現大鉤緩慢向下游動(dòng)現象,游動(dòng)速度隨懸重增加而加快。而在較小懸重下雖能實(shí)現懸停,但游車(chē)緩慢減速后才停止運動(dòng),懸停制動(dòng)時(shí)間超長(cháng),沒(méi)有起到精確制動(dòng)作用,易發(fā)生上碰下砸情況。


2、由于常規轉盤(pán)采用氣胎離合器慣剎,如果井內鉆具發(fā)生嚴重阻卡,轉盤(pán)電動(dòng)機便發(fā)生堵轉,若轉盤(pán)慣剎投入不及時(shí),便容易產(chǎn)生倒開(kāi)鉆具的事故。在取芯鉆進(jìn)時(shí)如遇礫石層等較硬地層,由于地層的沖擊,導致電動(dòng)機轉速和扭矩不穩定,無(wú)法保證正常取芯作業(yè),嚴重影響取芯收獲率。


3、一體化鉆井儀表存在諸多問(wèn)題:大鉤高度、鉆壓、轉盤(pán)扭矩等參數顯示滯后、不準確;隨鉆井工況變化需頻繁設置修改參數;鉆井儀表對司鉆操作指導性差等。由于以上問(wèn)題的存在,導致交流變頻電動(dòng)鉆機在現場(chǎng)使用過(guò)程中溜鉆、頓鉆及倒開(kāi)鉆具等事故發(fā)生,同時(shí)由于部分設計缺陷導致操作維護不便,嚴重影響了鉆井生產(chǎn)。


二、解決方案和完善措施 


為滿(mǎn)足鉆井工藝對鉆機電控系統的特殊要求,交流變頻電動(dòng)鉆機及其它變頻鉆機應從以下幾個(gè)方面入手解決: 


1、絞車(chē)電動(dòng)機能耗制動(dòng)和懸停在電動(dòng)鉆機使用過(guò)程中,司鉆操作無(wú)法實(shí)現控制手柄零位懸停功能,單電動(dòng)機高速提升或下放懸重過(guò)大時(shí),控制手柄零位懸停不住,出現溜鉆現象。而且出現游車(chē)緩慢向下游動(dòng)現象,懸停制動(dòng)響應時(shí)間超長(cháng),無(wú)精確制動(dòng)效果,易發(fā)生上碰下砸情況,是潛在的安全隱患。究其原因,由于鉆機絞車(chē)電動(dòng)機沒(méi)有安裝編碼器,系統采用無(wú)編碼器矢量控制方式,無(wú)法準確檢測電動(dòng)機轉速信號對電動(dòng)機進(jìn)行準確的能耗制動(dòng)。不能保證低速時(shí)的大扭矩輸出,而且在外力作用下,該控制會(huì )由于檢測不到細微的速度變化而產(chǎn)生輕微轉動(dòng)。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是在絞車(chē)電動(dòng)機上安裝編碼器,使變頻器工作在矢量閉環(huán)控制方式,實(shí)現懸停功能。


2、轉盤(pán)制動(dòng)

多數電動(dòng)鉆機采用氣胎離合器慣剎,如果井內鉆具發(fā)生嚴重阻卡,轉盤(pán)電動(dòng)機便發(fā)生堵轉,轉盤(pán)電動(dòng)機扭矩限定閾值一般設定在85%以下,當堵轉扭矩超過(guò)設定閾值,堵轉時(shí)間超過(guò)限定時(shí)間,變頻柜過(guò)載跳閘,報F015電動(dòng)機堵轉故障。當轉盤(pán)慣剎投入不及時(shí),容易產(chǎn)生倒開(kāi)鉆具的事故;即使轉盤(pán)慣剎投入不及時(shí),但由于慣剎采用氣胎離合器,額定扭矩較小,離合器仍然打滑,無(wú)法防止轉盤(pán)倒轉。


此外,根據鉆井工藝要求,?在過(guò)載堵轉時(shí)保證電動(dòng)機的轉矩最大,?使電動(dòng)機在堵轉方式下工作,通過(guò)電動(dòng)機與慣性剎車(chē)聯(lián)動(dòng)工作,防止轉盤(pán)倒轉的發(fā)生,實(shí)現轉盤(pán)反扭矩在操作者的控制下釋放,?同時(shí)還應進(jìn)一步優(yōu)化系統參數。


3、一體化鉆井儀表系統

全數字交流變頻系統有很強的擴展和開(kāi)發(fā)能力,同時(shí)一體化鉆井儀表的性?xún)r(jià)比較好,使得一體化鉆井儀表如神開(kāi)、馬丁代克、PETRON儀表等代替常規儀表成為可能。但還存在如下問(wèn)題:儀表參數顯示滯后、不準確;隨鉆井工況變化需頻繁設置修改,參數顯示只停留在數字顯示,使司鉆無(wú)法直觀(guān)判斷參數增減趨勢,進(jìn)行相應的預防操作給定調整;對司鉆操作指導性差。


三、認識 

國內鉆機電控系統集成商在交流變頻電動(dòng)鉆機一體化控制系統的設計和成套方面,尤其在系統系統軟件和參數設置方面,沒(méi)有全局考慮,兼顧系統的可操作性、安全性和可靠性,還沒(méi)有形成完善統一的標準。為了將先進(jìn)的交流變頻控制技術(shù)和一體化控制系統成功應用于石油鉆機,應不斷完善鉆機電控系統,統一一體化控制系統成套的硬件和軟件標準,并在系統的標準化方面開(kāi)展工作,?使所生產(chǎn)的鉆機滿(mǎn)足鉆井工藝要求,充分體現以人為本,符合現代HSE管理要求,運行經(jīng)濟可靠符合油田需要的先進(jìn)、實(shí)用、經(jīng)濟的鉆機。


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