CN102955445A - 用于石油钻井设备的电传控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于石油钻井设备的电传控制系统，它包括供电系统、控制系统和驱动系统：供电系统包括高压电网（1）、高压房（2）和与高压电网（1）并联设置的柴油发电机组（14）；控制系统包括控制房（3）、司钻控制室（4）、电机操作箱（8）和MCC及电控系统（5）；驱动系统包括电机（9）、液力耦合器（11）、编码器（10）、并车箱（12）、绞车（16）和泥浆泵（13）。本发明的优点在于：柴油发电机组作为备用供电设备，高压电网无法供电时，为控制系统和驱动系统供电；传动控制采用闭环控制，保障电机转速、转矩的精确控制；变频电机与机房柴油机组具有完全互换性，可随时将柴油机组换为变频电机，操作简单、快速。

Description

用于石油钻井设备的电传控制系统

技术领域

本发明涉及石油钻探设备的控制系统，特别是用于石油钻井设备的电传控制系统。

背景技术

随着现代化工业的发展，我国对石油能源的需求量逐年升高，石油开采力度越来越大。现有许多钻井现场位于人口密集区域，柴油机组运转产生巨大动力的同时，也产生了超过122dB的噪音和月排放10余吨的碳烟及氮氧化物，对环境保护造成了极大的危害。目前作为井队供电的主要设备是主发电机和备用发电机，采用柴油机驱动，柴油消耗量大，定期维护工作量较大，大批主力型钻机，由于设备老化，消耗柴油、机油逐年增加，钻井成本高居不下。将柴油机驱动钻机改为电力驱动钻机已经势在必行，但是钻井位置距国家电网距离远近不同，若距离较远，前期架设供电线路投资较大，而且在供电过程中会有较大的功率损耗，因此采用高压输送电力的方式供电，在距钻井较近的地方配备电传控制系统，将高压电转换为钻井电机需要电压，利用闭环控制的方式对整个系统进行控制。本发明就是针对高压电网远程供电，再将高压电转换为钻井电机需要的电压并采用编码器进行精确控制而设计的控制系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种应变能力强、控制精确可靠和操作简单的用于石油钻井设备的电传控制系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：用于石油钻井设备的电传控制系统，它包括供电系统、控制系统和驱动系统：

供电系统包括高压电网、高压房和与高压电网并联设置的柴油发电机组，高压电网与安装在高压房内部的变压装置通过电缆相连；

控制系统包括控制房、司钻控制室、电机操作箱和MCC及电控系统，控制房内设置有PLC系统和传动系统，PLC系统与设置于司钻控制室内部的司钻操作箱相连，PLC系统还与电机操作箱相连，传动系统分别与柴油发电机组和设置于高压房内部的变压装置相连，MCC及电控系统与传动系统相连；

驱动系统包括电机、液力耦合器、编码器、并车箱、绞车和泥浆泵，电机的输入端与液力耦合器的输入端通过联轴器相连，电机的尾部设置有编码器，液力耦合器的输出端与并车箱的输入端相连，并车箱的输出端分别与绞车和泥浆泵相连；电机与电机操作箱的信号输出端相连，编码器与电机操作箱的信号输入端相连。

所述的控制房内部还设置有空调系统。

所述的并车箱还与和电机并联设置的柴油机相连。

所述的电机为HTB02C变频调速异步电动机。

所述的编码器为磁编码器、电编码器或光编码器。

本发明具有以下优点：

1、利用柴油发电机组作为备用供电设备，在遇到高压电网无法供电的意外情况时，紧急启动柴油发电机组，为控制系统和驱动系统供电，不会影响钻井进度。

2、传动控制可采用闭环控制方式，通过安装编码器，保障电机转速、转矩的精确控制。

3、变频电机组与机房柴油机组具有完全互换性，可在钻前或钻井过程中随时将机房的柴油机组更换为变频电机组，操作简单、快速。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图

图2 为本发明的控制系统方框图

图中：1-高压电网，2-高压房，3-控制房，4-司钻控制室，5-MCC及电控系统，6-PLC系统，7-司钻操作箱，8-电机操作箱，9-电机，10-编码器，11-液力耦合器，12-并车箱，13-泥浆泵，14-柴油发电机组，15-柴油机，16-绞车，17-变压装置，18-传动系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，用于石油钻井设备的电传控制系统，它包括供电系统、控制系统和驱动系统：

所述的供电系统包括高压电网1、高压房2和与高压电网1并联设置的柴油发电机组14，高压电网1与安装在高压房2内部的变压装置17通过电缆相连，柴油发电机组14在高压电网1无法输送电力时启动，为控制系统和驱动系统供电；

所述的控制系统包括控制房3、司钻控制室4、电机操作箱8和MCC及电控系统5，控制房3内设置有PLC系统6和传动系统18，PLC系统6与设置于司钻控制室4内部的司钻操作箱7相连，PLC系统6还与电机操作箱8相连，传动系统18分别与柴油发电机组14和设置于高压房2内部的变压装置17相连，MCC及电控系统5与传动系统18相连，传动系统18主要是把600VAC交流电源经过开关总断路器，传输至两台6脉波整流柜转化成直电源，再由SIEMENS逆变单元把整流出来的直流电源逆变为频率、电压可控的交流电源去驱动交流变频电机；

所述的驱动系统包括电机9、液力耦合器11、编码器10、并车箱12、绞车16和泥浆泵13，电机9为HTB02C变频调速异步电动机，可根据钻井实时情况以及负载情况，调节电机9的转速，电机9的输入端与液力耦合器11的输入端通过联轴器相连，电机9的尾部设置有编码器10，液力耦合器11的输出端与并车箱12的输入端相连，并车箱12的输出端分别与绞车16和泥浆泵13相连；电机9与电机操作箱8的信号输出端相连，编码器10与电机操作箱8的信号输入端相连，编码器10实时将电机9的转速传递至司钻控制室4，方便操作人员对电机9的转速的控制。

控制房3内部还设置有空调系统，通过强制吹风把房内传动系统18等产生的热量带走，保持传动和电控系统能在成长的温度范围内正常工作。

并车箱12还与和电机9并联设置的柴油机15相连，在电机9不能正常工作时，采用该备用柴油机15，以便于应变突发情况，减小停钻的几率。

编码器10为磁编码器、电编码器或光编码器。

如图2所示，供电系统将高压电转化为低压电，输送至控制系统，经由司钻控制系统对PLC系统发出指令，控制驱动系统工作，电机上的编码器将电机转速反馈给司钻控制系统。 

Claims (5)

1.用于石油钻井设备的电传控制系统，其特征在于：它包括供电系统、控制系统和驱动系统：

所述的供电系统包括高压电网（1）、高压房（2）和与高压电网（1）并联设置的柴油发电机组（14），高压电网（1）与安装在高压房（2）内部的变压装置（17）通过电缆相连；

所述的控制系统包括控制房（3）、司钻控制室（4）、电机操作箱（8）和MCC及电控系统（5），控制房（3）内设置有PLC系统（6）和传动系统（18），PLC系统（6）与设置于司钻控制室（4）内部的司钻操作箱（7）相连，PLC系统（6）还与电机操作箱（8）相连，传动系统（18）分别与柴油发电机组（14）和设置于高压房（2）内部的变压装置（17）相连，MCC及电控系统（5）与传动系统（18）相连；

所述的驱动系统包括电机（9）、液力耦合器（11）、编码器（10）、并车箱（12）、绞车（16）和泥浆泵（13），电机（9）的输入端与液力耦合器（11）的输入端通过联轴器相连，电机（9）的尾部设置有编码器（10），液力耦合器（11）的输出端与并车箱（12）的输入端相连，并车箱（12）的输出端分别与绞车（16）和泥浆泵（13）相连；电机（9）与电机操作箱（8）的信号输出端相连，编码器（10）与电机操作箱（8）的信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的用于石油钻井设备的电传控制系统，其特征在于：所述的控制房（3）内部还设置有空调系统。

3.根据权利要求1所述的用于石油钻井设备的电传控制系统，其特征在于：所述的并车箱（12）还与和电机（9）并联设置的柴油机（15）相连。

4.根据权利要求1所述的用于石油钻井设备的电传控制系统，其特征在于：所述的电机（9）为HTB02C变频调速异步电动机。

5.根据权利要求1所述的用于石油钻井设备的电传控制系统，其特征在于：所述的编码器（10）为磁编码器、电编码器或光编码器。

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