方永春

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

0 引言

ZJ50JDB 復(fù)合鉆機(jī)是為適應(yīng)井控要求，將原ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)底座由7.5 m 提升到9 m，為簡(jiǎn)化動(dòng)力傳遞將轉(zhuǎn)盤(pán)單獨(dú)由600 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并車系統(tǒng)和絞車、泥漿泵驅(qū)動(dòng)與ZJ50機(jī)械鉆機(jī)相同，均采用3 臺(tái)PZ12V190 柴油機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)皮帶或鏈條并車后驅(qū)動(dòng)1500 HP 低位絞車和1300 HP 泥漿泵，這種方式傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低，由于采用柴油機(jī)為動(dòng)力，燃油效率低，損耗大，噪聲高，作業(yè)成本高，且無(wú)法滿足現(xiàn)代鉆井工藝所需要的“大排量、高泵壓、大扭矩、大鉆壓、高轉(zhuǎn)速”提速、提效等強(qiáng)化參數(shù)要求，針對(duì)ZJ50JDB 鉆機(jī)的問(wèn)題，結(jié)合交流變頻驅(qū)動(dòng)的成熟技術(shù)和公司服務(wù)油區(qū)工業(yè)電網(wǎng)相對(duì)發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，對(duì)ZJ50JDB 鉆機(jī)升級(jí)改造，以滿足鉆井工藝要求，實(shí)現(xiàn)提速、提效目標(biāo)。

1 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造方案分析

1.1 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造原因

ZJ50JDB 鉆機(jī)的傳動(dòng)方式和配置方案主要存在以下問(wèn)題：①搬安拆卸、安裝工作量大，效率低，維護(hù)運(yùn)行成本高；②無(wú)法滿足特殊工藝井強(qiáng)化鉆井參數(shù)對(duì)配置的設(shè)備及動(dòng)力的要求；③由于使用柴油機(jī)，產(chǎn)生的廢機(jī)油、排放的尾氣、產(chǎn)生的噪聲污染井場(chǎng)及周邊環(huán)境，無(wú)法適應(yīng)環(huán)保新要求。

1.2 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造原則

①機(jī)械部分改造盡可能利用原有設(shè)備，控制改造成本；②電驅(qū)動(dòng)電源以用工業(yè)網(wǎng)電為主，如沒(méi)有工業(yè)網(wǎng)電，采用動(dòng)力發(fā)電外包，采用成熟的交流變頻技術(shù)，提高傳動(dòng)效率，改善設(shè)備性能；③進(jìn)行模塊化改造，利于拆裝搬安作業(yè)。

1.3 ZJ50JDB 鉆機(jī)總體改造方案

ZJ50JDB 鉆機(jī)總體改造方案是將原柴油機(jī)動(dòng)力經(jīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)并車后統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)絞車、泥漿泵的模式，改造成由600 V、50 Hz 外接電源（工業(yè)網(wǎng)電、或發(fā)電機(jī)供電）提供，經(jīng)VFD 房變頻后輸出頻率可控的交流電分別驅(qū)動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵的交流變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)鉆井工藝需要靈活調(diào)整交流變頻電機(jī)參數(shù)對(duì)鉆井工藝參數(shù)要求的分組驅(qū)動(dòng)方式。

1.4 ZJ50JDB 具體方案

1.4.1 ZJ50JDB 鉆機(jī)絞車傳動(dòng)改造方案

利用原鉆機(jī)絞車，絞車內(nèi)部傳動(dòng)不改變，配1 臺(tái)1000 kW交流變頻電機(jī)，通過(guò)交流變頻電機(jī)與原鉆機(jī)偶合減速箱連接經(jīng)外置鏈箱驅(qū)動(dòng)絞車。改造方案如圖1 所示。

1.4.2 ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)泥漿泵改造方案

為滿足鉆井工藝高泵壓、大排量對(duì)泥漿泵的要求，增大泥漿泵的功率，將原鉆機(jī)所配備的1300 HP 的泥漿泵更換為1600 HP 泥漿泵，取消原并車箱和柴油機(jī)，將1600 HP 泥漿泵采用直接由雙600 kW 的交流變頻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)直驅(qū)泵組方案。方案如圖2 所示。

1.4.3 ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)其余部件改造方案

（1）后臺(tái)改造。保留1#機(jī)組位置，重新制作底座，用于鏈條箱和絞車電機(jī)的安裝。1#機(jī)組底座改造成配重水箱，滿足井架起升要求。去掉原2#、3#機(jī)動(dòng)力組后臺(tái)及并車箱后臺(tái)。

（2）司鉆控制系統(tǒng)改造。對(duì)原司鉆房操作系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)司鉆對(duì)絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)和泥漿泵的集中控制操作。新增電控系統(tǒng)房1 套，電控系統(tǒng)采用600 V、50 Hz 供電，通過(guò)房?jī)?nèi)的進(jìn)線柜（含斷路器）引入系統(tǒng)，同時(shí)房?jī)?nèi)提供1 臺(tái)1600 kV·A 600/400 V 變壓器，為系統(tǒng)和原鉆機(jī)電控房提供400 V 輔助配電系統(tǒng)；600 V 電源用于轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵和絞車傳動(dòng)箱交流變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)采用SIEMENS G150 系列全數(shù)字矢量控制交流變頻調(diào)速裝置，包括絞車變頻控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵變頻控制系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)。由3 套變頻單元控制5 臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)（絞車用1 臺(tái)1000 kW，2 套泥漿泵各用2 臺(tái)600 kW 交流變頻電動(dòng)機(jī)），拖動(dòng)性能滿足絞車、泥漿泵的工作要求。變頻控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7-1500 PLC的PROFIBUS-DP 通信控制加BYPASS 的旁路控制方案，確?？刂频目煽啃院腿哂嘈?。系統(tǒng)配備3 相400 V、50 Hz、2000 A 電源接口給原鉆機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行供電。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用情況

由于克拉瑪依鉆井公司于2017年底使用ZJ50JDB 鉆機(jī)在吉木薩爾致密油JHW037 從事鉆井施工作業(yè)，該井設(shè)計(jì)井深4066.17 m，水平段長(zhǎng)1201.64 m，在大位移水平井鉆井施工過(guò)程中，井眼清潔是難點(diǎn)，要求循環(huán)系統(tǒng)在滿足鉆井工藝要求的泵壓的前提下，泥漿排量應(yīng)滿足水平段鉆具環(huán)空泥漿流速，保證攜砂能力，由于原配套鉆機(jī)所使用泥漿泵為F1300；驅(qū)動(dòng)方式由柴油機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)并車驅(qū)動(dòng)，在水平段1000 m 左右，由于較高的泵壓和要求的排量造成該鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)皮帶拉長(zhǎng)、打滑，柴油機(jī)高溫運(yùn)行，造成該井遇阻頻繁劃眼，完成該井的鉆井周期75.23 d。2018年初對(duì)該鉆機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造后上鉆JHW035 井，由于2 臺(tái)使用600 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)1600 HP 泥漿泵，泵壓和排量均滿足鉆井工藝要求，杜絕了提、下遇阻、遇卡等復(fù)雜，鉆井周期52 d，鉆井周期大幅縮短。目前克拉瑪依鉆井公司已采用該方案改造ZJ50JDB 鉆機(jī)5 臺(tái)，通過(guò)近2 a 的現(xiàn)場(chǎng)的鉆井實(shí)踐表明，將ZJ50JDB 鉆機(jī)升級(jí)改造為ZJ50DB 交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)后，能充分適應(yīng)大位移水平井等特殊工藝井強(qiáng)化參數(shù)的要求，實(shí)現(xiàn)鉆井大提速目標(biāo)。同時(shí)使用升級(jí)的ZJ50DB 鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益顯著，50596 隊(duì)改造前在JHW037 井每鉆機(jī)臺(tái)月消耗柴油112 t。改造后使用工業(yè)電網(wǎng)，每臺(tái)月累計(jì)耗電472 803 度，兩者對(duì)比，僅節(jié)約油電差價(jià)每臺(tái)月5 萬(wàn)元左右，同時(shí)可節(jié)約使用聯(lián)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)消耗的潤(rùn)滑油、防凍液、三濾等維護(hù)費(fèi)用、修理費(fèi)用及人工等間接費(fèi)用每年20 多萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約成本80 萬(wàn)元左右。

3 結(jié)束語(yǔ)

升級(jí)改造后的ZJ50DB 鉆機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)便，拆卸方便、安裝工作量和搬家車次減少，杜絕了柴油機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，減少了環(huán)境污染。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小、噪聲低，凈化鉆井現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，順應(yīng)節(jié)能減排的發(fā)展要求，同時(shí)鉆機(jī)性能極大提升，適應(yīng)現(xiàn)代鉆井“高泵壓、大排量、高轉(zhuǎn)速、大鉆壓、大扭矩”強(qiáng)化鉆井參數(shù)的激進(jìn)式鉆井工藝要求。滿足井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、螺桿、及扭力沖擊等各種定向、提速工具承鉆各種特殊工藝井、復(fù)雜井的鉆井工藝需要，提速、提效成果顯著。

圖1 1000 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)JC50B 絞車原理

圖2 F1600 交流變頻直驅(qū)泥漿泵驅(qū)動(dòng)原理