交流变频电机自动送钻系统的原理和应用

交流变频电机自动送钻系统的原理和应用频道:电机发布时间:2008-06-27自动送钻系统的发展及原理1.1变频电机自动送钻系统的发展中国的石油钻机技术由仿制前苏联的机械皮带传动钻机到自行研制的大庆I型,II型钻机经历了几十年的时间。在这个时期，工人的劳动强度特别大，工作危险性高。20世纪80年代开始出现电动钻机，特别是变频技术、PLC技术、微电脑技术、工业自动化等先进技术的发展，大大提高了石油钻机的自动化水平。在这种环境下，通过许多钻机技术人员、电控技术人员、钻机操作人员的共同努力，自动送钻机技术得到了长足的进步，为钻机实现自动化、智能化打下了坚实的基础。纵观世界各国的自动送钻系统，按控制系统主传动方式可以分为机械式、气动式、液动式、电动式和计算机式，其中计算机式由于具有软件编程的灵活性，控制算法可优化选择，能不断提高控制品质特点，成为自动送钻技术发展的新热点。按控制钻进参数可分为恒钻压控制、恒钻速控制、恒扭矩控制、钻压与钻速乘积值控制，其中以恒钻压控制应用最为广泛。1.2原理主电机自动送钻系统主电机自动送钻系统组成如图1131。在钻井过程中，钻压变化信号通过死绳作用于压力变送器转换成电压信号，经过A/D采样后，膜式传感器输出液压变化信号，液压变化信号再通过选择单元进行判断，正常范围内压力信号的采样值与钻压给定值进行比较运算，输出控制量通过D/A转换，将数字信号转换成模拟信号，再用该信号控制变频调速单元，输出可变的频率电压信号来控制绞车主电动机的转速。主电动机转速的变化通过减速机构和纹车筒等传动装置最终控制大钩下放快慢，完成恒钻压闭环控制。如果由A/D采样后的钻压信号经选择单元后为异常钻压信号，则由选择单元自动给定一个下放速度，直接输人到速度控制单元进行恒转速控制，直到钻压重新恢复正常。该系统增设了测速码器构成的局部反馈回路，将反映绞车主电动机转速的脉冲信号反馈到速度控制单元的输人端因为钻压控制单元（或速度给定单元）信号与速度反馈信号极性相反，故此回路为负反馈回路。速度反馈回路有助于增加系统稳定性，改善系统非线性，提高变频电动机转速的控制精度。此外，该系统具有上位工控机监控功能。同时通过对钻具转速、扭矩、大钩钩载、钻井泵泵压和游车位置的监控，实现报警及紧急刹车制动功能。小电机自动送钻系统在实际工况中，虽然主电机在进行自动送钻过程中，结构简单，操作方便。但是主电机在速度很低的时候，尤其是长时间在低于额定功率、额定转速下运行是很不稳定的，尤其是该系统主电动机运行的频率较低，较容易受其他谐波信号的干扰，使系统控制性能变差，控制精度下降，而且对电机影响比较大。所以在目前国内大多采用小电机自动送钻系统，其工作原理与图1相似，是在绞车的后部或者是前部加装一个小电机。由于在自动送钻过程中需要低转速、大转矩，所以需给小电机加装1台大减速比的减速箱。自动送钻系统的硬件构成川自动送钻系统的硬件部分主要由信号检测变送单元、控制单元、变频器及执行机构单元和上位机监控单元等构成，如图1,信号检测变送单元该单元由指重钻压、钻具扭矩、钻井泵泵压、钻具转速和游车位置传感变送器组成。其中指重钻压、钻具扭矩、钻井泵泵压变送器输出信号为4-20mA，而钻具转速和游车位置变送器输出，号为0或5V的电平信号。控制单元该单元的控制器是整个系统的核心，负责钻机的各种运行数据和状态的采集和显示，并把采集的数据进行处理来控制钻机的运行。变频器及执行机构单元由微机输出4-20mA的电流信号进人变频器，控制输出电压为。0-600V,频率为。0-200Hz的信号对钻机绞车主电动机（小电机）进行调速控制，输出一定的转速来控制钻井速度。同时，数字编码器将反映主电动机的脉冲信号反馈到速度控制单元的输人端，随后脉冲信号直接进入计算机参与被控对象的控制。上位机监控单元上位机是整个自动送钻系统的重要组成部分，上位机监控单元硬件基本配置为:CPU为奔腾三处理器，内存256M,硬盘40G以上;上位机操作系统采用Windows98或Windows2000以及各种监控辅助软件等。这种操作系统主要功能为显示钻机工作所需要的各种运行参数及工作状态，对钻机运行数据进行运行参数记录、参数设置、资料查询和打印等操作。自动送钻系统在变频钻机中的应用交流变频电动钻机交流变频电动钻机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青睐的钻机。交流变频电动钻机与机械钻机和直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全性、可靠性和移运性。交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便;调速范围宽，可实现无级调速;能够以极低的速度恒扭矩输出，实现数控恒钻压自动送钻，对提高钻井时效、优化钻井工艺、处理井下事故等十分有利。新型司钻控制系统控制精确、操作简单，使司钻摆脱了繁重的体力劳动，并注重了操作技巧和钻井参数的优选。交流变频电动钻机中的自动送钻系统在交流变频电动钻机发展中最重要的是对绞车的改进和发展。交流变频电动钻机的绞车通常都会配置1套数控恒钻压自动送钻装置（有少数纹车也采用主电机自动送钻）。该装置由1台小功率的交流变频电机通过大传动比减速后驱动滚筒轴。送钻时由数字化变频拖动系统设定恒力矩反拖滚筒，自动调速和保护，达到恒压稳速送钻的目的，送钻钻压误差＜40-500N。存在的问题及措施a） 利用软件实现自动送钻，需与转盘扭矩的自适应控制相结合，以便在自动送钻情况下，井下突然出现憋卡等复杂工况时，自动改变转盘变频器的电压、电流、频率等电参数，释放钻杆扭矩，自动适应井下扭矩变化。b） 为实现纹车自动送钻和转盘自适应控制功能，需要在2台纹车电机和转盘电机自由端分别安装编码器。根据目前的情况，存在2个问题，首先，国产变频电机自由端是封闭的，没有伸出安装轴;其次，我国设计的绞车配置的2台永济电机，背对式安装，电机自由端间隔很小，安装2只编码器有困难，尤其在转盘电机中。同功率的ABB变频电机，体积要小于永济电机，标准配置带有编码器，适合于这种应用场合。c） 在应用过程中，小电机自动送钻装置从性价比上更能适应目前变频钻机的

要求。但是，自动送钻装置一般安装在纹车的后部或者前部，其结构属于绞车的一

部分。所以造成纹车结构比较复杂，体积比较大等诸多不利因素。这方面问题与自

动送钻装置生产厂家有关系，需与他们协商，共同将自动送钻装置的体积减小，更加简单可靠。结论论述了交流变频电机自动送钻系统在变频钻机中的出现、各种存在形式、原理、结构以及发展。应根据结构简单、安全可靠、安装方便、控制准确的原则推广应用。小电机自动送钻在解决结构复杂、体积大等缺点的前提下，应是变频钻机采用自动送钻系统首先选择的方案。名句赏析〜〜〜〜〜不限主题不限抒情四季山水天气人物人生生活节日动物植物食物山有木兮木有枝，心悦君兮君不知。 佚名《越人歌》人生若只如初见，何事秋风悲画扇。 纳兰性德《木兰词?拟古决绝词柬友》十年生死两茫茫，不思量，自难忘。 苏轼《江城子?乙卯正月二十日夜记梦》只愿君心似我心，定不负相思意。 李之仪《卜算子?我住长江头》玲珑骰子安红豆，入骨相思知不知。 温庭筠《南歌子词二首/新添声杨柳枝词》曾经沧海难为水，除却巫山不是云。 元稹《离思五首?其四》愿得一心人，白头不相离。 卓文君《白头吟》去年今日此门中，人面桃花相映红。 崔护《题都城南庄》平生不会相思，才会相思，便害相思。 徐再思《折桂令?春情》入我相思门，知我相思苦。 李白《三五七言/秋风词》山无陵，江水为竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢与君绝。 佚名《上邪》人生自是有情痴，此恨不关风与月。 欧阳修《玉楼春?尊前拟把归期说》一往情深深几许,深山夕照深秋雨。 纳兰性德《蝶恋花?出塞》两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。 秦观《鹊桥仙?纤云弄巧》执子之手，与子偕老。 佚名《击鼓》花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。 李清照《一剪梅?红藕香残玉簟秋》问世间，情为何物，直教生死相许, 元好问《摸鱼儿?雁丘词/迈陂塘》一日不见兮，思之如狂。 司马相如《凤求凰/琴歌》人生如逆旅，我亦是行人。 苏轼《临江仙?送钱穆父》世间无限丹青手，一片伤心画不成。 高蟾《金陵晚望》林花谢了春红，太匆匆。无奈朝来寒雨，晚来风。 李煜《相见欢?林花谢了春红》独立寒秋，湘江北去，橘子洲头。 毛泽东《沁园春?长沙》身无彩凤双飞翼，心有灵犀一点通。 李商隐《无题?昨夜星辰昨夜风》滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。 杨慎《临江仙?滚滚长江东逝水》怕相思，已相思，轮到相思没处辞，眉间露一丝。 俞彦《长相思?折花枝》此情可待成追忆,只是当时已惘然。 李商隐《锦瑟》思悠悠，恨悠悠，恨到归时方始休。 白居易《长相思?汴水流》取次花丛懒回顾，半缘修道半缘君。 元稹《离思五首?其四》若是前生未有缘，待重结、来生愿。 乐婉《卜算子?答施》雨打梨花深闭门，忘了青春，误了青春。 唐寅《一剪梅?雨打梨花深闭门》少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼。为赋新词强说愁。 辛弃疾《丑奴儿?书博山道中壁》自在飞花轻似梦，无边丝雨细如愁。 秦观《浣溪沙?漠漠轻寒上小楼》近水楼台先得月，向阳花木易为春。 苏麟《断句》一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。 杜牧《过华清宫绝句三首》抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。 李白《宣州谢脁楼饯别校书叔云/陪侍御叔华登楼歌》疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏。 林逋《山园小梅?其一》人面不知何处去，桃花依旧笑春风。 崔护《题都城南庄》时光只解催人老，不信多情，长恨离亭，泪滴春衫酒易醒。 晏殊《采桑子?时光只解催人老》一生大笑能几回，斗酒相逢须醉倒。 岑参《凉州馆中与诸判官夜集》天涯地角有穷时，只有相思无尽处。 晏殊《玉楼春?春恨》问君能有几多愁,恰似一江春水向东流。 李煜《虞美人?春花秋月何时了》似此星辰非昨夜，为谁风露立中宵。 黄景仁《绮怀》菩提本无树，明镜亦非台。 惠能《菩提偈》溪云初起日沉阁，山雨欲来风满楼。 许浑《咸阳城东楼/咸阳城西楼晚眺/西门》春风得意马蹄疾，一日看尽长安花。 孟郊《登科后》枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。 马致远《天净沙?秋思》空山新雨后，天气晚来秋。 王维《山居秋暝》人到情多情转薄，而今真个悔多情。 纳兰性德《山花子?风絮飘残已化萍》同是天涯沦落人，相逢何必曾相识〜____马致远《杂剧?江州司马青衫泪》浮云一别后，流水十年间。 韦应物《淮上喜会梁川故人/淮上喜会梁州故人》名句赏析〜〜〜〜〜不限主题不限抒情四季山水天气人物人生生活节日动物植物食物山有木兮木有枝，心悦君兮君不知。 佚名《越人歌》人生若只如初见，何事秋风悲画扇。 纳兰性德《木兰词?拟古决绝词柬友》十年生死两茫茫，不思量，自难忘。苏轼《江城子?乙卯正月二十日夜记梦》只愿君心似我心，定不负相思意。李之仪《卜算子?我住长江头》玲珑骰子安红豆，入骨相思知不知。 温庭筠《南歌子词二首/新添声杨柳枝词》曾经沧海难为水，除却巫山不是云。 元稹《离思五首?其四》愿得一心人，白头不相离。 卓文君《白头吟》去年今日此门中，人面桃花相映红。 崔护《题都城南庄》平生不会相思，才会相思，便害相思。 徐再思《折桂令?春情》入我相思门，知我相思苦。 李白《三五七言/秋风词》山无陵，江水为竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢与君绝。 佚名《上邪》人生自是有情痴，此恨不关风与月。 欧阳修《玉楼春?尊前拟把归期说》一往情深深几许,深山夕照深秋雨。 纳兰性德《蝶恋花?出塞》两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。 秦观《鹊桥仙?纤云弄巧》执子之手，与子偕老。 佚名《击鼓》花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。 李清照《一剪梅?红藕香残玉簟秋》问世间，情为何物，直教生死相许, 元好问《摸鱼儿?雁丘词/迈陂塘》一日不见兮，思之如狂。 司马相如《凤求凰/琴歌》人生如逆旅，我亦是行人。 苏轼《临江仙?送钱穆父》世间无限丹青手，一片伤心画不成。 高蟾《金陵晚望》林花谢了春红，太匆匆。无奈朝来寒雨，晚来风。 李煜《相见欢?林花谢了春红》独立寒秋，湘江北去，橘子洲头。 毛泽东《沁园春?长沙》身无彩凤双飞翼，心有灵犀一点通。 李商隐《无题?昨夜星辰昨夜风》滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。 杨慎《临江仙?滚滚长江东逝水》怕相思，已相思，轮到相思没处辞，眉间露一丝。 俞彦《长相思?折花枝》此情可待成追忆,只是当时已惘然。 李商隐《锦瑟》思悠悠，恨悠悠，恨到归时方始休。 白居易《长相思?汴水流》取次花丛懒回顾，半缘修道半缘君。 元稹《离思五首?其四》若是前生未有缘，待重结、来生愿。 乐婉《卜算子?答施》雨打梨花深闭门，忘了青春，误了青春。 唐寅《一剪梅?雨打梨花深闭门》少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼。为赋新词强说愁。 辛弃疾《丑奴儿?书博山道中壁》自在飞花轻似梦，无边丝雨细如愁。 秦观《浣溪沙?漠漠轻寒上小楼》近水楼台先得月，向阳花木易为春。 苏麟《断句》一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。 杜牧《过华清宫绝句三首》抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。 李白《宣州谢脁楼饯别校书叔云/陪侍御叔华登楼歌》疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏。 林逋《山园小梅?其一》人面不知何处去，桃花依旧笑春风。 崔护《题都城南庄》时光只解催人老，不信多情，长恨离亭，泪滴春衫酒易醒。 晏殊《采桑子?时光只解催人老》一生大笑能几回，斗酒相逢须醉倒。 岑参《凉州馆中与诸判官夜集》天涯地角有穷时，只有相思无尽处。 晏殊《玉楼春?春恨》问君能有几多愁,恰似一江春水向东流。 李煜《虞美人?春花秋月何时了》似此星辰非昨夜，为谁风露立中宵。 黄景仁《绮怀》菩提本无树，明镜亦非台。 惠能《菩提偈》溪云初起日沉阁，山雨欲来风满楼。 许浑《咸阳城东楼/咸阳城西楼晚眺/西门》春风得意马蹄疾，一日看尽长安花。 孟郊《登科后》枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。 马致远《天净沙?秋思》空山新雨后，天气晚来秋。 王维《山居秋暝》人到情多情转薄，而今真个悔多情。 纳兰性德《山花子?风絮飘残已化萍》同是天涯沦落人，相逢何必曾相识〜____马致远《杂剧?江州司马青衫泪》浮