[發(fā)明專利]一種高效智能安全石油鉆井絞車系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310510072.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN103523689A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程波;譚剛強(qiáng);鄭明建;張洪;田樹貴;李勇;李飛;劉東方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 程波
• 主分類號(hào): B66D1/12
• 分類號(hào): B66D1/12;B66D5/30
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明具體涉及一種高效智能安全石油鉆井絞車系統(tǒng)及其控制方法。

二、背景技術(shù)：

交流變頻鉆機(jī)具有操作簡便、控制精度與可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)；具備人工智能化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，與傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)和直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)速范圍寬；以極低的速度恒扭矩輸出，對(duì)井下鉆具的事故處理、側(cè)鉆、修井、小泥漿排量作業(yè)以及優(yōu)選參數(shù)鉆井作業(yè)十分有利。

2、可使電機(jī)的短時(shí)增矩倍數(shù)達(dá)到1.5～2倍以上,大大提高了鉆機(jī)的提升能力和事故處理能力。

3、由于具有恒功率、寬調(diào)速的特性,可大大精簡鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

4、具有轉(zhuǎn)盤扭矩限制的功能,可防止鉆具或機(jī)件扭斷。

5、交流變頻技術(shù)對(duì)電機(jī)具有安全保護(hù)功能。

6、負(fù)載功率因數(shù)高，具有軟起動(dòng)性能，降低供電電源的容量。

7、在負(fù)載情況下,可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速；在起、下鉆時(shí)，通過對(duì)電網(wǎng)能量的反饋，減少制動(dòng)裝置損耗，節(jié)約能源。

8、交流電機(jī)具有體積小、單機(jī)容量大、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，無需進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)，維護(hù)費(fèi)用低，使用安全可靠，易于操作管理等。

9、容易實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的自動(dòng)化、智能化和對(duì)外界變化的自適應(yīng)控制。

10、安裝、拆卸和搬運(yùn)等方便靈活。

由于變頻調(diào)速技術(shù)可使石油鉆機(jī)獲得更好的鉆井性能和寬廣的調(diào)速使用范圍，用于驅(qū)動(dòng)絞車，可使絞車重量減少20～30%、尺寸減小25～40%，并且整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)也被極大地簡化，因此普遍認(rèn)為交流變頻電驅(qū)動(dòng)是目前石油鉆機(jī)最好的驅(qū)動(dòng)形式。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，交流變頻調(diào)速鉆機(jī)近年來得到了快速發(fā)展，在國內(nèi)外獲得廣泛應(yīng)用。

近年來，國內(nèi)交流變頻鉆機(jī)基本形成了從1000～12000米鉆機(jī)系列產(chǎn)品，幾年應(yīng)用后，經(jīng)過再認(rèn)識(shí)分析，與國際先進(jìn)技術(shù)相比，產(chǎn)品存在以下缺點(diǎn)：

1、與直流驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)相比，起下鉆作業(yè)效率低，鉆井周期長、成本高。

2、由于鉆井工程技術(shù)要求快速下鉆，而變頻鉆機(jī)絞車由于下放控制模式的限制，下放過程能量無法快速釋放，對(duì)控制系統(tǒng)電壓沖擊較大，導(dǎo)致設(shè)備故障率高，安全性下降。

3、提升過程受下放控制模式的限制，導(dǎo)致提升速度無法提高。為盡可能提高提升速度，充分利用電機(jī)功率，導(dǎo)致絞車電機(jī)種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，互換性差。

4、變頻鉆機(jī)通過簡單的功能集成，絞車結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)未進(jìn)行系統(tǒng)化匹配設(shè)計(jì)，絞車系統(tǒng)的一體化程度較低。

三、發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種從絞車結(jié)構(gòu)、變頻交流控制模式、電磁渦流剎車結(jié)構(gòu)及控制方式的三位一體系統(tǒng)解決長期困擾用戶的變頻鉆機(jī)鉆井效率低、下放安全性差、系統(tǒng)故障率較高的高效智能安全石油鉆井絞車系統(tǒng)及其控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高效智能安全石油鉆井絞車系統(tǒng)，包括絞車結(jié)構(gòu)部分及絞車控制部分，其特征在于：所述的絞車結(jié)構(gòu)包括電磁渦輪剎車、盤式剎車、滾筒軸總成、雙檔變速箱，所述的雙檔變速箱通過離合器與交流變頻電機(jī)連接，雙檔變速箱通過離合器與滾筒軸總成連接，滾筒軸總成通過花鍵與電磁漩渦剎車連接，滾筒軸總成與電磁漩渦剎車之間通過花鍵連接有盤式剎車；

所述的絞車控制部分包括可控硅整流裝置、PLC控制系統(tǒng)、變頻器、司鉆操作臺(tái)、觸摸屏和滾筒編碼器，所述的PLC控制系統(tǒng)通過工業(yè)控制總線分別與可控硅整流裝置、變頻器、司鉆控制臺(tái)相連；司鉆操作臺(tái)通過工業(yè)控制總線分別與電磁渦流剎車和觸摸屏相連；可控硅整流裝置通過動(dòng)力電纜與電磁渦流剎車相連；變頻器通過動(dòng)力電纜與交流變頻電機(jī)相連，滾筒編碼器通過連軸器與滾筒軸總成相連；

所述的交流變頻電機(jī)有兩個(gè)，分別設(shè)置于雙檔變速箱的兩側(cè)。

所述的一種高效智能安全石油鉆井絞車系統(tǒng)的控制方法為：

1）開始；

2）判斷PLC、渦流剎車、高度系統(tǒng)是否正常，是，則進(jìn)入下一步；否，則流程結(jié)束；

3）絞車進(jìn)行下放動(dòng)作，PLC系統(tǒng)采集滾筒編碼器的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部程序進(jìn)行判斷，由觸摸屏顯示數(shù)據(jù)；

4）進(jìn)行絞車下放動(dòng)作后，判斷絞車給定速度是否回零，是，則進(jìn)入第8）步，否，則進(jìn)入下一步；

5）進(jìn)行絞車鉤速判斷，比較絞車鉤速是否大于設(shè)定鉤速，是，則表明PLC驅(qū)動(dòng)電磁渦流剎車短時(shí)電動(dòng)剎車，控制絞車鉤速在設(shè)定鉤速以內(nèi)，否，則絞車按給定速度運(yùn)行；