CN113550731A - 一种丛式井钻机电控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丛式井钻机电控系统,包括动力区域和井口区域,所述动力区域和井口区域连接;所述动力区域包括连接在三相低压交流母线上的发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统和变压装置A,以及控制机柜A,所述控制机柜A连接泥浆泵变频传动子系统的逆变单元A;所述井口区域包括连接在三相低压交流母线上的绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B,以及控制机柜B,所述控制机柜B与绞车/顶驱/转盘变频传动子系统的逆变单元B连接。本发明通过分布式布置钻机电控系统,以实现丛式井钻机高效率的移运性,减少电磁兼容风险,降低设备故障率,并兼顾设备经济性。

Description

一种丛式井钻机电控系统
技术领域
本发明涉及能源开采领域,尤其涉及一种丛式井钻机电控系统。
背景技术
当前,随着能源需求的日益增长,对石油天然气开发的成本控制要求越来越高。丛式井与单个定向井相比较,可大大减少钻井成本,并能满足油田的整体开发要求,因而,丛式井广泛应用于海上油田开发、沙漠中油田开发等。
区别于单一定向井,丛式井的作业具有整体性和长期性,因此,无论是钻井技术、作业管理,还是钻井设备上,丛式井作业有着自身的特点。
随着钻井作业市场竞争日趋激烈,油田方对修井承包商的作业设备要求越来越高,作业成本也随之增高,为降低成本和提高工作效率,现在越来越多的钻机要求能够实现快速移运性,便利的实现丛式井钻井。
目前,常规丛式井钻机电控系统中,供电系统额定电压一般为600VAC或660VAC,由柴油发电机组提供或由来自工业电网的变电站降压提供,其电控系统架构如下:
1.电控房位于动力区域,内置发电机控制系统、变频传动系统、MCC配电系统、照明系统、控制系统等;其中,变频传动系统包含整流单元、逆变单元、制动单元、制动电阻等,该系统为绞车、顶驱、转盘、泥浆泵等三相低压交流变频电机负载提供动力,最终由电控房集中输出低压动力、控制信号。
2.井口区域布置的设备包含司钻房、绞车、转盘、顶驱、振动筛罐、泥浆缓冲循环装置、防喷装置、录井装置等。
3.为满足快速移运性,分断采用专用电缆槽装置,用于存储和移运电控房至井口区域各设备的低压动力、控制信号、通讯线缆;并在中间设置多个接插件转接装置,便于快速插接。
然而,随着井场丛式井口数量的增多,平移距离不断增加,现有技术存在着如下缺陷和不足:
1.不利于快速移运。由于电控房为井口区域设备集中提供低压动力、控制信号,传输电缆较多,运输途中,则需要分断运输,运输模块较多,也增加了设备安装工作量;在丛式井作业过程中,限制了其移运效率。
2.电磁兼容风险较高。由于电控房至井口区域的电缆较长,长距离电缆增加了敷设难度,同时也增加了电缆的电磁兼容风险,变频器到三相低压交流变频电机的变频电缆易干扰相邻电气回路,也易受外界电磁辐射干扰。
3.设备故障率增加。由于长距离电缆,中间设置了多个接插件转接装置,存在着较高的故障率。接插件在安装、移运过程中,插针及插孔之间的连接,因各种原因会存在磨损和损坏,导致插接不良,引起动力中断或信号丢失等现象,且不易排除故障位置,导致设备停机。
4.设备成本较高。低压动力、控制信号电缆的传输介质多为铜,随着原材料的稀缺性,电缆的成本呈上升趋势;且随着丛式井井口数量的增多,电缆距离越长,电缆成本越高。另外,中间转接接插件数量较多,尤其是将在接插件转接装置位于防爆区域的场合,均需要采用防爆接插件,接插件成本更高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种丛式井钻机电控系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种丛式井钻机电控系统,包括动力区域和井口区域,所述动力区域和井口区域连接,实现动力区域与井口区域之间的输电、通讯和控制;
所述动力区域包括发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统、控制机柜A和变压装置A;其中,泥浆泵变频传动子系统用于驱动各个泥浆泵对应的变频电机;所述井口区域包括变频电机组、绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和控制机柜B和变压装置B;其中,绞车/顶驱/转盘变频传动子系统用于分别驱动绞车、顶驱、转盘对应的变频电机;
所述发电机控制子系统通过三相交流低压母线分别与动力区MCC配电照明子系统、泥浆泵变频传动子系统和变压装置A连接,所述泥浆泵变频传动子系统与控制机柜A连接;
所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B通过三相交流低压母线连接,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统分别连接变频电机组和控制机柜B;
所述变压装置A和变压装置B通过输电线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的输电;
所述控制机柜A和控制机柜B通过通讯线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的通讯和控制。
进一步的,所述泥浆变频传动子系统包括整流单元A和逆变单元A,所述整流单元A一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元A,所述逆变单元A与控制机柜A连接。
进一步的,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统包括整流单元B、逆变单元B、制动单元和制动电阻;所述整流单元B一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元B和制动单元;所述制动单元与制动电阻连接;所述逆变单元B与控制机柜B连接。
其中,整流单元把交流电整流成为直流电,为逆变装置提供直流电源。逆变单元为交流变频电机提供变频电源,精确控制电机速度。制动单元与制动电阻一起组成能耗制动装置,用于消耗直流母线上的所有逆变装置产生的回馈能量,完成能耗制动功能。
进一步的,所述发电机控制子系统包括发电机组和供电开关;所述发电机组通过供电开关与三相低压交流母线连接,用于控制对动力区域和井口区域的供电。
进一步的,所述输电线缆采用高压输电线缆,其电压为3kV~35kV。
进一步的,所述通讯线缆采用光纤或双绞线。
进一步的,所述变压装置A为低压转高压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
进一步的,所述变压装置B为高压转低压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
进一步的,所述变频电机组包括绞车A三相低压交流变频电机、绞车B三相低压交流变频电机、转盘三相低压交流变频电机和顶驱三相低压交流变频电机,均与逆变单元B连接。
进一步的,还包括泥浆泵区域,所述泥浆泵区域与动力区域连接,所述泥浆泵区域包括泥浆泵三相低压交流变频电机组,所述的泥浆泵三相低压交流变频电机组与动力区域的逆变单元A连接。
本发明的有益效果:
1):利于快速移运,井口区域与动力区域仅包含两根线缆,分别为高压输电线缆及通讯线缆,省去了中间的多段存储电缆的专用电缆槽装置及转接装置,移运更加方便;
2):电磁兼容性更优,由于变频传动系统采用分布式布置,就近提供三相交流低压变频动力,大幅度降低了电磁干扰风险;
3):设备故障率更低,井口区域与动力区域的中间端线缆很少,仅含两根线缆,中间端无需设置转接插件,很大程度的减少了设备故障风险;
4):设备经济性更好,对于长距离丛式井,特别是要求采用防爆电气设备的场合,以及要求采用进口品牌线缆及接插件的情况下,本发明的成本优势愈加明显。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中,如图1所示,一种丛式井钻机电控系统,包括动力区域和井口区域,所述动力区域和井口区域连接,实现动力区域与井口区域之间的输电、通讯和控制;
所述动力区域包括发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统、控制机柜A和变压装置A;所述井口区域包括变频电机组、绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和控制机柜B和变压装置B;
所述发电机控制子系统通过三相交流低压母线分别与动力区MCC配电照明子系统、泥浆泵变频传动子系统和变压装置A连接,所述泥浆泵变频传动子系统与控制机柜A连接;
所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B通过三相交流低压母线连接,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统分别连接变频电机组和控制机柜B;
所述变压装置A和变压装置B通过输电线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的输电;
所述控制机柜A和控制机柜B通过通讯线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的通讯和控制。
其中,所述泥浆变频传动子系统包括整流单元A和逆变单元A,所述整流单元A一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元A,所述逆变单元A与控制机柜A连接。
其中,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统包括整流单元B、逆变单元B、制动单元和制动电阻;所述整流单元B一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元B和制动单元;所述制动单元与制动电阻连接;所述逆变单元B与控制机柜B连接。
其中,所述发电机控制子系统包括发电机组和供电开关;所述发电机组通过供电开关与三相低压交流母线连接。
其中,所述输电线缆采用高压输电线缆,其电压为3kV~35kV。
其中,所述通讯线缆采用光纤或双绞线。
其中,所述变压装置A为低压转高压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
其中,所述变压装置B为高压转低压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
其中,所述变频电机组包括绞车A三相低压交流变频电机、绞车B三相低压交流变频电机、转盘三相低压交流变频电机和顶驱三相低压交流变频电机,均与逆变单元B连接。
其中,还包括泥浆泵区域,所述泥浆泵区域与动力区域连接,所述泥浆泵区域包括泥浆泵三相低压交流变频电机组,所述的泥浆泵三相低压交流变频电机组与动力区域的逆变单元A连接。
在优选的实施过程中,三相交流低压母线的电源由发电机组或者工业电网变电站提供,电压为380V~690V,频率为50Hz或60Hz,分别供给动力区域和井口区域的电控房。
在优选的实施过程中,对于井口区域,绞车/顶驱/转盘变频传动子系统根据井口负荷情况,可配置1台或2台整流单元,制动单元根据其容量不同,也可配置1台或2台制动单元。
在优选的实施过程中,对于动力区域,泥浆泵变频传动子系统根据钻机泥浆泵负荷情况,可配置1台或2台整流单元。
本发明通过分布式布置钻机电控系统,在动力区域和井口区域采用中高压进行输电,以实现丛式井钻机高效率的移运性,减少电磁兼容风险,降低设备故障率,并兼顾设备经济性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,包括动力区域和井口区域,所述动力区域和井口区域连接,实现动力区域与井口区域之间的输电、通讯和控制;
所述动力区域包括发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统、控制机柜A和变压装置A;所述井口区域包括变频电机组、绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和控制机柜B和变压装置B;
所述发电机控制子系统通过三相交流低压母线分别与动力区MCC配电照明子系统、泥浆泵变频传动子系统和变压装置A连接,所述泥浆泵变频传动子系统与控制机柜A连接;
所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B通过三相交流低压母线连接,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统分别连接变频电机组和控制机柜B;
所述变压装置A和变压装置B通过输电线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的输电;
所述控制机柜A和控制机柜B通过通讯线缆连接,实现动力区域与井口区域之间的通讯及控制。
2.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述泥浆变频传动子系统包括整流单元A和逆变单元A,所述整流单元A一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元A,所述逆变单元A与控制机柜A连接。
3.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统包括整流单元B、逆变单元B、制动单元和制动电阻;所述整流单元B一端连接三相低压交流母线,另一端通过共用直流母线连接逆变单元B和制动单元;所述制动单元与制动电阻连接;所述逆变单元B与控制机柜B连接。
4.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述发电机控制子系统包括发电机组和供电开关;所述发电机组通过供电开关与三相低压交流母线连接。
5.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述输电线缆采用高压输电线缆,其电压为3kV~35kV。
6.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述通讯线缆采用光纤或双绞线。
7.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述变压装置A为低压转高压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
8.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述变压装置B为高压转低压的变压装置,并设置有相应的低压保护开关。
9.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,所述变频电机组包括绞车A三相低压交流变频电机、绞车B三相低压交流变频电机、转盘三相低压交流变频电机和顶驱三相低压交流变频电机,均与逆变单元B连接。
10.根据权利要求1所述的一种丛式井钻机电控系统,其特征在于,还包括泥浆泵区域,所述泥浆泵区域与动力区域连接,所述泥浆泵区域包括泥浆泵三相低压交流变频电机组,所述的泥浆泵三相低压交流变频电机组与动力区域的逆变单元A连接。
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Inventor after: Wang Liang

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Inventor after: Wang Xicheng

Inventor after: Xie Wei

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