[发明专利]应用于钻井电机的电控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于钻井电机的电控制系统。

背景技术

石油钻机随着钻井方法、钻井工艺的出现而产生，又随着钻井技术的发展而发生相应变化。进入21世纪以来，石油钻机自动化、数字化、智能化、信息化水平快速发展。钻机整体向着交流变频调速电驱动石油钻机(AC-GTO-AC)方向发展。随着交流变频技术的迅速发展，交流变频电驱动钻机会取代可控硅直流电驱动钻机，该型钻机具有现代机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能，将成为陆地和石油钻机的换代产品。

石油钻机是指用来进行石油与天然气勘探、开发的成套钻井设备。一般说来，整套钻机由下述八大系统设备组成：

1.旋转系统设备

为了转动井中钻具，带动钻头破碎岩石，钻机配备了旋转系统。它主要由转盘、水龙头、钻杆柱及钻头组成。另外，水龙头、钻杆柱和钻头也起着循环高压钻井液的作用。转盘是旋转系统的核心，是钻机的三大工作机组之一。顶部驱动钻机配备了顶部驱动钻井装置，代替转盘驱动钻杆柱和钻头旋转。

2.循环系统设备

为了及时清洗井底、携带岩屑、保护井壁，钻机配备了钻井液循环系统。主要有钻井泵、地面高压管汇、钻井液净化设备和钻井液调配装置(固控设备)等。当采用井下动力钻具钻进时，循环系统还担负着提供高压钻井液，驱动井下涡轮钻具或螺杆钻具带动钻头破碎岩石的任务。钻井泵是循环系统的核心，是钻机的三大工作机组之一。

3.起升系统设备

为了起下钻具、下套管、控制钻压及钻头送进等，钻机配备了起升系统，以辅助完成钻井作业。这套设备主要由钻井绞车、辅助刹车、游动系统(如钢丝绳、天车、游动滑车)、大钩和井架组成。另外，还有用于起下操作的井口工具及机械化设备(如吊环、吊卡、卡瓦、动力大钳、立根移运机构等)。绞车是起升系统的核心，是钻机的三大工作机之一。

上述三大系统设备是直接服务于钻井生产的，是钻机的三大工作系统。绞车、转盘、钻井泵称为钻机的三大工作机组。

4.动力驱动系统设备

动力驱动系统设备是指为整套机组(三大工作机组及其他辅助机组)提供能量的设备，可以是柴油机及其供油设备，或是交流、直流电动机及其供电、保护、控制设备等。

5.传动系统设备

传动系统设备是指连接动力机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式转换的设备。它包括减速、并车、倒车及变速机构等。钻机中常用的机械传动副主要是链条、三角胶带、齿轮和万向轴。此外，不少钻机还采用了液力传动、液压传动、电传动等传动形式。

6.控制系统和监测显示仪表

为了指挥、控制各机组协调地进行工作，整套钻机配备有各种控制装置，常用的有机械控制、气控制、电控制、液控制和电、气、液混合控制。机械驱动钻机，普遍采用集中统一气控制。现代钻机还配备各种钻井仪表及随钻测量系统，监测显示地面有关系统设备的工作状况，测量井下参数，实现井眼轨迹控制。

7.钻机底座

底座包括钻台底座和机房底座，用于安装钻井设备，方便钻井设备的移运。钻台底座用于安装井架、转盘，放置立根盒及必要的井口工具和司钻控制台，多数还要安装绞车。钻台底座应能容纳必要的井口装置，因此，必须有足够的高度、面积和刚性。机房底座主要用于安装动力机组及传动系统设备，因此，也要有足够的面积和刚性，以保证机房设备能够迅速安装找正、平稳工作且移运方便。

8.辅助设备

成套钻机还必须具有供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备及辅助起重设备，在寒冷地带钻井时还必须配备保温设备。

石油钻机的型式多样，可分为：驱动型式、传动型式、移运方式。

按驱动型式分为：柴油机驱动、电驱动、液压驱动。其中电驱动又分为：交流电驱动、直流电驱动、交流变频电驱动。

按传动型式分为：链条传动、V带传动、齿轮传动。

按移运方式分为：块装式、自行式、拖挂式。

40多年来，我国石油钻机经历了仿制、引进消化、吸收的过程，现已进入以自主开发为主的阶段。近10年来，我国石油钻机技术得到最为快速的发展，制造能力得到极大提高。我国钻机制造厂制造的各种钻机已基本满足我国石油勘探开发工作自身的需要，先后开发了适于陆地、沙漠及海洋作业的石油钻机，传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机、电复合传动并举。我国已形成年制造钻机200台的能力，已成为全球最大钻机制造国。我国石油钻机技术及制造能力的发展为我国石油工业实施低成本战略，参与国际市场竞争及保证我国石油安全奠定了良好的基础。