电驱动钻机文档格式.docx

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AC-AC；

吉林重机厂

㈣ZJ45D（xx）、ZJ

60D、ZJ

60D、SAC-SCR-DCxx厂

㈤钻机，AC-SCR-DC

该钻机绞车由两台直流电动机驱动，经二级链轮减速后驱动滚筒和转盘，绞车主刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用水冷式电磁涡流刹车。

两台钻井泵各由两台电动机驱动。

电传动系统采用一对二控制方式，AC-SCR-DC传动，即一套SCR柜控制2台直流电动机㈥钻机，AC-ACR-DC，宝鸡厂2000生产

㈦ZJ20DF

1.ZJ20DF钻机主要技术特性

⑴名义钻井xx2000米

⑵大钩额定负荷1350KN

⑶最大钻柱重量750KN

⑷绞车额定输入功率100KW

⑸绞车档数，二正二倒xx调速

⑹总装机功率2*320+735KW

⑺钻井钢丝绳直径29mm

⑻最大快绳拉力

20.6T

⑼钩速范围（8绳）0~

1.214m/s

⑽天车*游车滑轮数5*4

⑾转盘档数：

一档xx调速

⑿转盘开口直径

444.5mm

⒀泥浆泵型号*台数3NB-1300*1

⒁泥浆最大输入功率956KW

⒂泥浆泵最大工作压力35Mpa

⒃井架有效高度31m

2.主要特点

⑴.符合国际GB5609-1999

⑵.开口K型井架

⑶.底座为箱叠式底座

⑷.钻台采用一台400KW交流电机统一驱动绞车和转盘

⑸.JC20DB绞车主刹车为盘式刹车，可用于自动送钻

⑹.泥浆泵采用单独驱动

3.各部件技术性能及规范

⑴.井架

⑵.底座

⑶.JC20DB绞车

⑷.TC-135天车

⑸.YG-135游车大钩

⑹.SL-135水龙头

⑺.ZP175转盘

⑻.YJ35交流变频电机

交流变频电驱动（AC-VFD-AC）钻机

1.交流变频电驱动的基本工作原理

交流电动机的转速关系式为n=60f（1-S）P，改变P、S或f都可以改变转速，但最好的调速方法是改变输入的电源频率f。

因此，需要一个输入频率f及电压均可调，并具有良好控制性能的变频电源。

随着电力电子技术的发展，采用可自关断的全控器件，应用脉宽调剂（PWM）技术及电动机矢量控制技术，研制出先进的交流变频器，形成了成熟的交流变频电驱动系统

交流变频电驱动系统由交流电源、交流变频器和交流电动机组成。

对于石油钻机，交流电源主要是柴油交流发电机发出的交流电（380V~600V）。

交流变频器的主回路由一个整流器和一个逆变器组成，两者通过直流电路相连接。

整流器将输入的固定频率的交流电变为直流电，逆变器再将直流电变为频率和幅值可调过的交流电供给交流电动机，从而可以准确地调节电动机的转速和扭矩

2.交流变频电驱动的特点

⑴.交流变频电驱动钻机的绞车、转盘可实现无级调速，调速范围宽

⑵.电动机短时间过载能力强（1~2倍）

⑶.采用计算机自动控制技术

⑷.交流电动机没有碳刷换向器，不需采用防爆型，使用安全可靠、易于操作管理。

⑸.负载功率因数搞，能耗低，传动效率高

3.钻机技术特点

⑴.采用先进的全数字化交流变频控制技术，通过电传动系统PLC和触摸屏及气、电、液、钻井仪表数的一体化设计，实现钻机智能化控制。

⑵.采用宽频大功率交流变频电机驱动，完全实现了绞车、转盘、钻井泵的全程调速。

⑶.钻机绞车为单轴齿轮传动，一档无级调速，机械传动简单、可靠。

主刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用电机能耗制动，并能通过计算机定量控制制动扭矩。

⑷.绞车采用独立电动机自动送钻控制技术，实现自动送钻，对起下钻工况和钻井工况进行实时监控。

⑸.配有井口机械化工具，自动化程度高，减轻了司钻、钻工的劳动程度。

⑹.钻机传动有三种基本形式：

绞车传动装置、转盘传动装置、机泵组传动装置⑺.井架及所有钻台设备均为低位安装，利用绞车动力整体起升井架。

ZJ50DBS钻机（

01年4月宏华公司）

一、设计总则

1.参照执行的技术标准

《SY/T5609-99石油钻机形式与基本参数》和有关的API规范

2.设计原则

钻机的基本参数符合《SY/T5609-99石油钻机形式与基本参数》国家标准的规定，并与美国API标准和国外其他先进标准接轨。

机电数字一体化设计，成分发挥先进的数控电传优势，简化机械机构。

钻机的主要功能实现数字控制，使钻机初步具有智能化、信息化功能。

钻机满足钻井新工艺的要求，钻机的可靠性和技术性能达到过的外同类钻机先进水平采用国内外成熟的先进技术和结构，使钻机在先进性上再上一个台阶

采用模块化设计，多种组合方式，增强钻机的通用性，互换性，适应不同用户和需求。

二、钻机基本参数

1.名义钻深范围3500-5000m

2.最大钩载3150KN

3.最大钻柱重量2000KN

4.游动系统钻井绳数10

5.钻井钢绳直径35mm

6.绞车额定输入功率1100KW

绞车档数一档无级调数

7.转盘开口直径

952.5mm

8.泥浆泵额定功率及台数1176KW（FF-1600）2台

9.井架有效高度43m

形式K

10.钻台高度9m

11.供气系统6m³

最大工作压力1Mpa

12.双立管高压管汇4″*35MPa

13.钻机装机总功率2*1200KW+510KW

主发电机底特律DKW*2

14.固控系统230m³

15.传动方式AC-VFD-AV一对一控

16.电机功率及台数1100KW*3

三、钻机设计方案分析

ZJ50DBS钻机采用AC-VFD-AC驱动方式，分为钻台区，泥浆区，动力区和供油供水区井架采用低后安装，整体起升

井架共分为五段，装有死绳稳定器，二层台装有

0.5吨的风动绞车；

二层台逃生装置；

登高助力器等。

底座钻台9米高，满足了“欠平衡钻井”钻井技术要求

四、钻机各部份设计方案介绍

1.主机系统

JC50DBS绞车是一档变频调速绞车

变频器使用SIEMENS交流变频调速控制器

JC50DBS绞车提升档数为一档，无级调速

大钩速度在0~

1.128米/秒之间，电机在0rpm-2300rpm间自动调节转速

JC50DBS绞车转盘为一档无级调速。

转盘的转速范围在0~280转/分之间

JC50DBS绞车主刹车采用双作用气推水冷端面盘式刹车WCS436

JC50DBS绞车辅助刹车采用能耗制动，取消了电磁刹车或水刹车

JC50DBS绞车设有37KW辅助电机，辅助电机功能有二：

一是，当主电机系统发生故障时，启用辅助电机进行应急操作，二是，利用辅助电机反转带动滚筒转动，将钻压信号转换为电信号，以调节辅助电机转速，达到自动送钻目的。

2.F-1600泵组

该钻机选用2台1600泵，带泵电机基频选在40Hz，转速800e/min，功率1100KW，能满足泵满负荷工作。

3.固控系统

该系统满足了钻井工程技术要求

4.动力系统

变频电驱最大优点之一是功率因素高，均在

0.9以上

5.电气控制系统

⑴.数控变频调速系统

ZJ50DBS电气控制系统包括一套对驱动转盘的1100KW变频调速异步电机进行正、反转无级调速的全数字交流调速系统，两套分别驱动2台泥浆泵的1100KW变频调速异步电机，进行无级调速的全数字交流调速系统，和一套控制37KW辅助电机实现自动恒压送钻功能的全数字交流调速系统。

⑵.联络切换屏

主要对变压器进行切换控制，同时也对辅助发电机组进行切换。

⑶.交流电机控制中心

主要对井场的钻台、泥浆泵房、固控系统、油罐区、气源房、水罐区的交流电机进行控制⑷.能耗制动系统

下钻时，直流母排电压超过额定值后，即通过制动单元，自动向强冷制动电阻馈电，从而实现能耗制动。

ZJ70DBS钻机（

2004年5月宏华公司）

第一章概述

第一节用途及特点概述

ZJ70DBS钻机是为勘探开发油气资源而设计制造的交流变频点驱动钻机。

钻机按中国GB5609-1999《石油钻机形式与基本参数》的规定设计。

并符合美国API规范和国外其他先进标准要求。

钻机钻深能力为7000m

ZJ70DBS钻机为机电一体化设计，钻机可实现数字化控制，具有自动送钻、能耗制动等先进功能。

并具有钻井参数收集记录，以及远程通讯等功能。

钻机电驱动为AC-VFD-AC方式，发电机组输出的交流电力经变频电控系统处理，输送至交流变频电机，分别驱动绞车、转盘和泥浆泵

绞车用2台970kW交流变频电机驱动，提升速度档数为一档无级调速；

转盘传动为一档无级调速，倒档由电机反转实现。

绞车刹车系统采用液压盘式刹车和能耗制动的组合。

钻机井架、底座主体为新型一体起升结构。

设计了第一节井架与底座结构一体化扒杆起升的新型井架底座，钻台随井架一并起升到位。

钻台下配有吊装井口设备和导轨和葫芦；

起升缓冲装置；

钻台配有安全逃生滑到。

钻机配套2台F-1600泥浆泵，分别用一台1200kW交流变频电机通过联组窄V带驱动。

钻机动力采用4台1200kWCAT3512B主发电机组和1台400kWCAT3412辅助发电机组，5台发电机组可提供钻机动力和井场生活用电。

第二节钻机主要技术参数

名义钻深7000m

最大钩载4500kN

最大钻柱重量2520kN

提升系统绳系6*7顺穿

钻井钢丝绳直径

38.1mm

绞车额定输入功率1940kW

绞车速度无级调速

转盘开口直径950mm

钻井泵额定功率*xx数1176kW*3xx

井架有效高度/形式45m/K

最高工作压力1MPa

传动方式AC-VFD-AC

交流变频电动机总功率6185kW

绞车电机970kW*2

钻井泵电机1200kW*3

钻盘电机600kW

绞车辅助驱动电机45kW

逆变调速柜5xx

额定输出电压0~690V（AC）

额定效率97%

第三节钻机总体布置

钻机组装后，钻机分为钻台区，动力区、泵房区、固控区、供油供水区等，地面设有管线、电缆槽、上钻台管线、电缆槽为折叠结构，可实现搬家不坼电缆和管线，整体运输

钻台区有井架、底座、绞车、转盘、游车、大钩、水龙头、司钻操作室，钻台偏房、液压猫头、以及2台5吨气动绞车等

动力区有发电房和VFD房和MCC房。

发电房共5幢，分别安装4台主发电机组，1台辅助发电机组，供气系统也布置在房内。

泵房区有2xxF-1600机泵组

固控区有泥浆罐，泥浆处理设备等

供油水区有高架水罐，高架柴油罐，机油罐等

钻机各与区域之间由电缆槽、管线槽连接。

油、气、水管线和各种电缆布置其中。

第四节钻机主机配套设备清单（略）

第二章钻机主机部件

第一节井架

1.技术参数

最大钩载（6*7顺穿）4500kN

2.结构特点

井架为无綳绳K型井架

第二节底座

转盘xx最大载荷4500kN

2.结构特点：

DZ

450、10.5-S底座为一次旋升式结构，低位安装，随井架起升到位。

第三节JC70DB绞车

绞车输入功率1940kW

辅助驱动装置功率45kW

钢绳最大拉力487kN

制动系统，速度及功能控制能耗制动及交流变频控制

驻车、定位、紧急制动、手动控制液压盘式刹车

2.传动原理及结构特点

绞车提升速度为0-

1.26m/s无级调速

绞车刹车系统采用能耗制动和液压盘式刹车的组合，液压盘式刹车采用自然冷却方式。

绞车速度及功能控制采用能耗制动及交流变频控制。

能耗制动等功能，均通过计算机和电控系统实现了全数字控制。

正常情况下盘刹仅起驻车、定位和紧急停车作用，同时具有手动控制下放钻具功能

绞车辅助驱动装置主要有2方面的功能；

一、数控变频自动送钻。

二、故障处理。

绞车在变频电传动系统控制下，可进行提升和下放速度、游车位置的数字闭环控制。

同时时使主电机停机，液压盘刹紧急制动。

第四节ZP375转盘

第五节提升系统

1.TC450天车

2.YC450游车

3.DG450大钩

弹簧行程200mm

钩口开宽220mm

4.SL450-5两用水龙头

5.钻井钢丝绳

直径

第三章钻机配套系统

第一节动力系统

1.组成

动力系统由4台1200KWCAT3512B主柴油发电机组和井机柜，1台400Kwcat3412辅助柴油发电机组，以及安装5台发电机组的发电房组成，发电房安装时可互相拼接成一个整体，内部连通。

2.起动系统

主柴油发电机组使用气起动

辅助柴油发电机组使用电启动

3.发电房

用于安装五台发电机组

电气传动系统

1.交流变频电机

2.电气传动系统特点

电气传动系统特点是采用直接转矩控制、变频系统采用共用直流母线方式、能耗制动、数控变频自动送钻、全数字化操作控制系统、零转速输入最大转矩、顶驱的电气传动及控制系统的兼容。

系统采用一体化钻井参数仪实现钻井参数的实时监测，替代了传统的钻井参数仪，实现了参数数字化显示。

系统由完善的保护功能：

位置闭环控制实现游动系统防止上碰、下砸功能外，失电保护、自动送钻保护等功能。

总结DBS钻机设计和使用中存在的不足，70DBS钻机设计中在转盘的惯性刹车设联动保护功能。

这套钻机专门设计了一套组合式液压站，液压站有机融合了液压大钳、盘刹、平移装置和加油泵等设备。

液压站电气控制系统设计采用PLC控制，优化控制线路的复杂性，便于操作控制和系统运行状态纳入司钻控制房的人机界面。

3.电传动系统组成

变频电传动系统由CFD房，MCC房和动力电缆等组成。

第二节钻机控制系统

钻机控制系统由司钻控制室、外围仪表及气控阀件组成。

2.控制功能

起升及下放井架底座

起下钻与游车位置闭环调控

放碰放顿功能

自动送钻与手动送钻

盘刹与能耗制动控制

转盘运行与扭矩限制

钻井泵运行与泵压限制

主电机故障时的应急操作

顶驱控制

钻台机具控制

绞车的应急制动与解除

数控钻机的自动控制

自动灌浆

3.钻井参数显示功能

显示内容：

悬重、钻压、立管压力、出口排量、泵冲（含累计值）、转盘扭矩、转盘转速、钩速、送钻速度、猫头拉力、游车高度、井深、钻时等参数。

4.监视通讯功能

二层台、钻台、振动筛、泵房的四个位置安装有可变焦、可视化监视系统

六个对讲机相互联系

配置海事xx系统

第四节气源系统

第五节F-1600泵装置

第六节高压管汇系统

第七节xx机械化工具

1.5t气绞车

2.YM-10液压猫头

3.ZQ100液压钻杆动力钳

4.TQ35液压套管钳

5.综合液压站

第八节液压系统

液压系统以综合液压站为动力源，分别为1台液压钻杆动力钳，1台液压小绞车，1台液压套管钳，2台液压猫头，1套井口液压吊装装置提供液压动力。

并为井架及底座起升、下放油缸提供液压动力和缓冲。

液压主要有各种液控阀件，液压管线组成。

第四章钻机辅助系统（略）

第五章钻机的安装及调试

第一节钻机的安装

1.安装准备

技术准备

工具准备

吊装车辆准备

2.浇注钢筋混泥土基础

3.钻机安装

钻机安装参照钻机平面图。

钻机安装流程

钻台区安装

动力及控制区部分

泵房区部分

钻机油、气、水管线及电缆连接

4.井架、底座起升后安装的部分

5.钻机安装后的检查

第二节钻机调试

1.调试前的准备工作

2.柴油发电机组的调试

3.

4.

5.

6.VFD（MCC）的调试

气源系统设备的调试

辅助电机气胎离合器的调试

绞车的调试

重点检查

⑴.齿轮减速箱运转情况

⑵.气胎离合器的进、排气状况。

⑶.放碰过卷阀动作的可靠性，准确性

7.空载运转调试

8.绞车调试要求

各操作准确、灵活

各部位xx良好，不得有渗、漏油现象

润滑油压稳定，润滑点油量最适宜

运转平稳，无异常振动和响声

各部位轴承xx正常

9.泥浆泵组的调试

10.转盘传动装置的调试

11.xx机械化工具调试

12.外围控制装置调试

第三节钻机起升

井架和底座起升

起升之前应做好起升前的所有准备工作

将井架和底座一起起升

第六章钻机的使用与维护保养

第一节警示

1.严格按使用说明书安全操作规范操作钻机

2.游车下放至转盘面时，滚筒第一层缠绳不少于滚筒长度的

3.严禁未切断钻机控制源检修设备

4.变频电机检修时，保证主回路断电

5.钻机工作时，钻井泵附近不允许人逗留

6.钻机速度调节应缓慢平稳

第二节钻机使用注意事项

1.根据工况，选择合适发电机组。

2.正常钻井时，绞车使用一台主电机

3.当一台电机应故障不能使用时，可单机低速提升钻柱重量

4.钻井作业中根据负荷合理调整速度

5.向绞车、钻井泵补充润滑油时，采用密闭输送方式

第三节适用与维护保养规程

1.钻井队应配有机械、电气、仪表技术人员

2.钻机出现故障时应停止使用并及时处理

3.严禁钻机超载、超速、超温、超压运转

4.钻机应进行周期性的维护管理

5.周期性的维护规定

5.1井架和底座

5.1.1

5.1.2

5.1.3

5.1.4常规检查维护项目

起放前，检查缓冲装置

在任何情况下，不允许拆除井架上的横、斜拉梁和其他构件

钢结构上的各构件不允许钻孔和割孔，或进行任何焊接

5.1.5应在每月或在下重套管等承受特殊负荷之前检查井架和底座

5.2提升系统

5.2.1xx维护检查作业项目

5.2.2xx维护检查作业项目

5.2.3月维护检查作业项目

5.3传动系统

5.3.1xx维护检查作业项目

5.3.2xx维护检查作业项目

5.3.3月维护检查作业项目

5.4固控系统

5.4.1xx维护检查作业项目

5.4.2xx维护检查作业项目

5.4.3月维护检查作业项目

5.5供气系统

5.5.1xx维护检查作业项目

5.5.2xx维护检查作业项目

5.5.3月维护检查作业项目

6.高寒期的使用和维护

6.1、高压泥浆系统

6.2、提升系统

6.3、其他系统

第七章钻机的拆迁与运输

第一节钻机下放

钻机下放与钻机起升的顺序相反。

井架底座的下放与起升完全相反

井架底座下放前，切记应做好以下工作

1.将左、右基座装回原处

2.将井架底座起升后安装的零、部件全部拆下

3.消防水柜内必须装满清水

第二节钻机拆卸

钻机拆卸的顺序一般按后装的先拆，先装的后拆

拆卸时应将紧固件分开包装，并用标签说明

第三节钻机的运输

钻机运输时需预先根据钻机部件的外形尺寸和重量编制车辆运输作业计划。

第十章钻机的驱传动系统

第一节工作机对动力与传动特性的要求

一、绞车要求

1.连续变矩变速R=5~10

2.具有一定的过载能力

3.操作xx可靠

二、转盘要求

1.R=5~10

2.能倒转、微调

3.有限扭装置

三、钻井泵要求

1.R=

1.3~

1.5

2.允许短期过载

小结

作业

第二节动力传动类型与特性

一、钻机动力传动类型

1.柴油机驱动

①.柴油机——机械驱动

②.柴油机——液力驱动

2.直流电驱动

3.交流电驱动

二、特性参数

1.适应系数K=M名义/M额

2.调速范围R=n最大/n最小

3.发动机驱动特性：

第三节钻机传动的基本概念

一、传动系统功用

发动机硬特性←传动系统→工作机具有特性

传动系统要解决几个问题

1.增扭减速

2.变扭变速

3.并车

4.正倒车

5.脱挂能力

二、钻井传动方案及特点

1.统一驱动

2.单独驱动

3.分组驱动

三、钻机的功率

1.装机总功率计算

①.统一驱动

N总=N发泵+N发转+N发辅

②.单独驱动

N总=N发起+N发泵+N发转+N发辅

③.分组驱动

a.绞车+转盘

N总=N发起+N发泵+N发辅

b.绞车+泵

2.工作机组功率计算

①绞车功率计算

N发起=KG游*V1/η发钩

②转盘功率计算

N发转=N转/η转

③泵组功率计算

N发泵=KN水/η发泵η泵

第四节液力传动装置在钻机上的应用

一、液力传动基本概念

液力传动——利用液体来传动动力的一种形式

二、液力传动工作原理

液力传动式把主动轴上的机械能先变成液体能，再把液体能转换成从动轴上的机械能

三、液力传动优缺点

优点：

1.传动性能柔和

2.对动力机过载保护

3.吸收振动

4.没有摩擦和磨损

5.克服静载启动性能

缺点

1.传动功率损失大，效率低

2.一般只适应告诉传动

3.需要附加设备

四、液力传动基本类型

1.液力偶合器

2.液力变距器

①WB-700

②CHC液力变阻器

M涡=M泵+M导

-MT=MB+MD

“-”表示液体对叶轮的作用

“+”表示叶轮对液体的作用

特点：

⑴.N涡为0时M涡达到最大

⑵.M涡变化时，M泵变化不大

⑶.反转工况

⑷.自动变距变速

3.综合式液力传动副

导轮可以转动可以固定

五、液力传动装置在钻机上的应用

1.在绞车上的应用

①充分利用钻机功率

②改善了绞车调节性能

M泵=An²

泵因为nxx=n泵

又因为η=M涡*n涡/M泵*n泵所以An³

柴*η=M涡*n涡

可得n涡=A*n³

柴*η/M涡=A*n³

柴*η/n涡

应用

a.调节一点油门，可使n涡变化很大

b.调节一点油门，可使大钩提升力变化很大

③提高了绞车的柔和型与可靠性

④提高了绞车的启动力矩

2.在钻井泵上的应用

①提高了泵组功率利用率

②便于处理事故

③减缓振动

④简化开双泵操作

3.在转盘上的应用

①充分利用功率

②有利于处理事故

③消除了与泵的干扰

六、使用中的几个