70LDB型机电复合钻机电动化改造

引言：本文简要阐述了70LDB型机电复合钻机动力及传动系统，针对LDB型钻机现有动力及传动系统，提出电动化改造方案。

一、引言

随着钻井设备的不断更新，电动钻机以其调速特性好、可靠性强、故障率低、操作更安全、方便、灵活等一系列的优势成为钻井市场的主力军。如何让机电复合钻机也拥有电动钻机的优势，笔者根据70LDB钻机动力系统及传动系统，提出机电复合钻机电动化改造方案，提升钻机性能。

二、70LDB型机电复合钻机动力系统及传动系统简介[1]

2.1动力及传动系统组成

70LDB型复合钻机的动力及传动系统有以下几部分组成

1）3台G12V190PZL-3/O（810kW ，1300RPM）柴油机偶合器机组。 2）2台400kW柴油发电机组和1台720kW柴油发电机组。发电机为井场提供交流400V交流电，通过MCC（Motor Control Center，MCC）房分配，驱动井场所有用电设备。 3）并车箱。柴油机输出动力通过耦合器经并车箱分别驱动绞车、泥浆泵、自动压风机。

4）600kW/400V交流变频电机通过变速箱驱动转盘，无级调速。 2.2动力及传动系统特点 1）模块式总体传动布局，能快速拆装、检修、调整、检查。

2）柴油机偶合器机组、并车箱、绞车、泵之间，用万向轴传递动力，不需要复杂的找正。 3）转盘采用交流变频电机独立驱动，解决了以往钻机传动上钻台的困难。

4）由于采用了低位绞车，解决了绞车上高钻台的难题。 三、70LDB型机电复合钻机电动化改造方案概述

3.1机械部分改造

1）增加2台1000kW、1500RPM直流电动机及液力偶合器组，替换原有柴油机耦合器机组。液力偶合器通过联轴器分别与电动机、柴油机相连，液力偶合器一端接万向轴，万向轴的另一端通过气动离合器连接并车箱。可以保留一台柴油机耦合器机组，作为应急使用。

2）增加两套CAT3512B柴油机组，每台柴油机功率为1330kW，转速1500RPM，每台驱动一台CAT SR4 1900kVA、600V、3Ph、50Hz的发电机。保留2台400kW柴油发电机组作为辅助发电机组，输出电压400V。

3.2电气部分改造

增加一套电气控制系统，包括SCR（Silicon Controlled Rectifier，SCR）房和司钻控制柜，控制两台直流电机。利用简化70D钻机SCR房设计方案制作电气控制系统：配备一台600V/400V、1250kVA干式变压器，给MCC房供电，驱动400V电力负载，SCR房可省去MCC控制部分；利用去除MCC部分节省的空间配置动态无功补偿装置，提高电网功率因数；保留2或3套交流控制柜，实现柴油发电机组接入和控制；保留2或3套（第3套可以备用，也可用来扩展3号泵）直流控制柜，实现对直流电机的控制。在司钻操作台增加司钻控制柜，方便操作者进行动力模式选择、电机起动和调速等操作。

为方便接入成熟区块油田电网，使用网电为井场设备提供电力，可以增加一套高低压变配电系统。通过10kV/0.6kV、2500kVA移动式高低压变配电系统将油区10kV高压电转换为600V交流电，利用SCR房预留电源进线端子接入SCR房。

四、机电复合钻机电动化改造系统优点

1）机电复合钻机通过电动化改造，使其拥有了电动钻机的优势。

在钻井过程中，机电复合钻机由于柴油机运转速度的限制了钻井泵的最低泵冲，使得钻井泵在使用过程中排量的调整受到很大的影响。特别是在上部地层快速钻进阶段，工程要求双泵钻进，充分利用水力破岩，大排量保证携砂。随着井深的增加，泵压不断上升，当立管压力达到20MPa左右时，逐渐调整柴油机转速降低泵冲，当柴油机转速调整到怠速附近时，只能靠更换较小的钻井泵缸套来提高柴油机转速，来保证柴油机的正常使用，这样既增加了工作人员的劳动量又减少了双泵钻进的时间，同时柴油机长期低转速、大负荷的使用，故障率增加，加速设备磨损。使用直流电动机，调速范围广，理论调速范围0-1500RPM（实际使用过程中转速在600-1250RPM调整），解决了上述难题，延长双泵钻进的時间，有利于井下安全。

2）无功消耗少，节约成本。

当前70D钻机配备800KW直流电机6-9台，改造方案中增加两台大功率（1000KW）直流电动机，相对70D钻机直流电机的数量大大减少，无功消耗少，无功补偿装置容量需求少，电网功率因数高，减少能源浪费。同时，由于控制电机数量少，大大简化SCR房的配置，成本投入较70D钻机少。

3）动力灵活调配，便于网电接入。

在生产过程中根据负荷和工况可以灵活调配动力源。70LDB型机电复合钻机，总峰值功率在1700KW左右（根据哈15-14井网电使用情况统计而得），两台CAT3512B和两台辅助发电机多种匹配模式，合理使用动力设备，减少损耗。

根据哈15-14井网电使用统计来看，日平均有功功率大多都在1000KW（日耗电量24000度）附近，由于70LDB钻机转盘采用独立驱动模式，转盘电机可以由辅助发电机供电，因此根据生产情况大多时间可以使用一台CAT3512B柴油发电机组加一台辅助发电机运行模式即可，日耗油量在4～5吨。1000kW的平均有功功率对电动钻机来说处于不易调配动力设备的功率区间，由于功率因数低（0.7左右）使用一台CAT3512B电流大、负荷重，不宜长时间工作；只能使用两台，工作效率低，油耗增加，在有功功率1000kW时，两台CAT3512B柴油发电机组每天耗油量在5～6吨。这样相同有功负荷，70D电动钻机每天多耗油1吨左右，每年多消耗柴油300吨左右，多消耗成本200～300万。

油田电网分布区域可以通过增加上文提到的移动式高低压变配电系统，方便接入油田电网，利用网电提供电力，更加经济。

4）保留一套柴油机耦合器机组，可以在SCR电控系统不正常时应急使用，提升了钻机的可靠性。

五、结论

70LDB机电复合钻机通过电动化改造，拥有了电动钻机的优势，钻机性能得到很大的提升，同时动力模式多样，能耗减少，提高了整套钻机的经济性和可靠性。

参考文献

[1]ZJ70/4500LDB3钻机使用说明书第一分册[Z]，陕西：宝鸡石油机械有限责任公司，2005：8-9.

（作者单位：中石化胜利工程有限公司塔里木分公司）

作者简介

梁茂典（1980—），男，山东定陶人，中石化胜利工程有限公司塔里木分公司，工程师，学士学位，现主要从事电动钻机电控系统的维护、管理工作。