70LDB型機電復合鉆機電動化改造

引言：本文簡要闡述了70LDB型機電復合鉆機動力及傳動系統，針對LDB型鉆機現有動力及傳動系統，提出電動化改造方案。

一、引言

隨著鉆井設備的不斷更新，電動鉆機以其調速特性好、可靠性強、故障率低、操作更安全、方便、靈活等一系列的優勢成為鉆井市場的主力軍。如何讓機電復合鉆機也擁有電動鉆機的優勢，筆者根據70LDB鉆機動力系統及傳動系統，提出機電復合鉆機電動化改造方案，提升鉆機性能。

二、70LDB型機電復合鉆機動力系統及傳動系統簡介[1]

2.1動力及傳動系統組成

70LDB型復合鉆機的動力及傳動系統有以下幾部分組成

1）3臺G12V190PZL-3/O（810kW ，1300RPM）柴油機偶合器機組。 2）2臺400kW柴油發電機組和1臺720kW柴油發電機組。發電機為井場提供交流400V交流電，通過MCC（Motor Control Center，MCC）房分配，驅動井場所有用電設備。 3）并車箱。柴油機輸出動力通過耦合器經并車箱分別驅動絞車、泥漿泵、自動壓風機。

4）600kW/400V交流變頻電機通過變速箱驅動轉盤，無級調速。 2.2動力及傳動系統特點 1）模塊式總體傳動布局，能快速拆裝、檢修、調整、檢查。

2）柴油機偶合器機組、并車箱、絞車、泵之間，用萬向軸傳遞動力，不需要復雜的找正。 3）轉盤采用交流變頻電機獨立驅動，解決了以往鉆機傳動上鉆臺的困難。

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

3.1機械部分改造

1）增加2臺1000kW、1500RPM直流電動機及液力偶合器組，替換原有柴油機耦合器機組。液力偶合器通過聯軸器分別與電動機、柴油機相連，液力偶合器一端接萬向軸，萬向軸的另一端通過氣動離合器連接并車箱。可以保留一臺柴油機耦合器機組，作為應急使用。

2）增加兩套CAT3512B柴油機組，每臺柴油機功率為1330kW，轉速1500RPM，每臺驅動一臺CAT SR4 1900kVA、600V、3Ph、50Hz的發電機。保留2臺400kW柴油發電機組作為輔助發電機組，輸出電壓400V。

3.2電氣部分改造

增加一套電氣控制系統，包括SCR（Silicon Controlled Rectifier，SCR）房和司鉆控制柜，控制兩臺直流電機。利用簡化70D鉆機SCR房設計方案制作電氣控制系統：配備一臺600V/400V、1250kVA干式變壓器，給MCC房供電，驅動400V電力負載，SCR房可省去MCC控制部分；利用去除MCC部分節省的空間配置動態無功補償裝置，提高電網功率因數；保留2或3套交流控制柜，實現柴油發電機組接入和控制；保留2或3套（第3套可以備用，也可用來擴展3號泵）直流控制柜，實現對直流電機的控制。在司鉆操作臺增加司鉆控制柜，方便操作者進行動力模式選擇、電機起動和調速等操作。

為方便接入成熟區塊油田電網，使用網電為井場設備提供電力，可以增加一套高低壓變配電系統。通過10kV/0.6kV、2500kVA移動式高低壓變配電系統將油區10kV高壓電轉換為600V交流電，利用SCR房預留電源進線端子接入SCR房。

四、機電復合鉆機電動化改造系統優點

1）機電復合鉆機通過電動化改造，使其擁有了電動鉆機的優勢。

在鉆井過程中，機電復合鉆機由于柴油機運轉速度的限制了鉆井泵的最低泵沖，使得鉆井泵在使用過程中排量的調整受到很大的影響。特別是在上部地層快速鉆進階段，工程要求雙泵鉆進，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，當立管壓力達到20MPa左右時，逐漸調整柴油機轉速降低泵沖，當柴油機轉速調整到怠速附近時，只能靠更換較小的鉆井泵缸套來提高柴油機轉速，來保證柴油機的正常使用，這樣既增加了工作人員的勞動量又減少了雙泵鉆進的時間，同時柴油機長期低轉速、大負荷的使用，故障率增加，加速設備磨損。使用直流電動機，調速范圍廣，理論調速范圍0-1500RPM（實際使用過程中轉速在600-1250RPM調整），解決了上述難題，延長雙泵鉆進的時間，有利于井下安全。

2）無功消耗少，節約成本。

當前70D鉆機配備800KW直流電機6-9臺，改造方案中增加兩臺大功率（1000KW）直流電動機，相對70D鉆機直流電機的數量大大減少，無功消耗少，無功補償裝置容量需求少，電網功率因數高，減少能源浪費。同時，由于控制電機數量少，大大簡化SCR房的配置，成本投入較70D鉆機少。

3）動力靈活調配，便于網電接入。

在生產過程中根據負荷和工況可以靈活調配動力源。70LDB型機電復合鉆機，總峰值功率在1700KW左右（根據哈15-14井網電使用情況統計而得），兩臺CAT3512B和兩臺輔助發電機多種匹配模式，合理使用動力設備，減少損耗。

根據哈15-14井網電使用統計來看，日平均有功功率大多都在1000KW（日耗電量24000度）附近，由于70LDB鉆機轉盤采用獨立驅動模式，轉盤電機可以由輔助發電機供電，因此根據生產情況大多時間可以使用一臺CAT3512B柴油發電機組加一臺輔助發電機運行模式即可，日耗油量在4～5噸。1000kW的平均有功功率對電動鉆機來說處于不易調配動力設備的功率區間，由于功率因數低（0.7左右）使用一臺CAT3512B電流大、負荷重，不宜長時間工作；只能使用兩臺，工作效率低，油耗增加，在有功功率1000kW時，兩臺CAT3512B柴油發電機組每天耗油量在5～6噸。這樣相同有功負荷，70D電動鉆機每天多耗油1噸左右，每年多消耗柴油300噸左右，多消耗成本200～300萬。

油田電網分布區域可以通過增加上文提到的移動式高低壓變配電系統，方便接入油田電網，利用網電提供電力，更加經濟。

4）保留一套柴油機耦合器機組，可以在SCR電控系統不正常時應急使用，提升了鉆機的可靠性。

五、結論

70LDB機電復合鉆機通過電動化改造，擁有了電動鉆機的優勢，鉆機性能得到很大的提升，同時動力模式多樣，能耗減少，提高了整套鉆機的經濟性和可靠性。

參考文獻

[1]ZJ70/4500LDB3鉆機使用說明書第一分冊[Z]，陜西：寶雞石油機械有限責任公司，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，學士學位，現主要從事電動鉆機電控系統的維護、管理工作。