CN212846477U - 一种石油钻机的电控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于陆地石油钻机控制技术领域，尤其是涉及一种石油钻机的电控装置，其特征在于包括外电网供电系统，与此外电网供电系统相连接的控制装置，与此控制装置相连接的驱动电机，司钻触摸屏操作台，控制装置包括VFD房，此VFD房包括网电馈电单元、整流单元、绞车逆变控制单元、泥浆泵逆变控制单元和PLC程序逻辑控制单元。本实用新型由于采用了以电代油控制技术，实现电网电能驱动电机提供动力替代了柴油机直接链条驱动提供动力的方式，大大降低油料消耗、减少了油料对环境的污染、降低了对大气污染物的排放，减少了现场作业噪声，提高了设备传动利用效率；通过变频器调速技术，速度改变平缓，实现无极调速，控制更精确。

Description

一种石油钻机的电控装置

技术领域

本实用新型属于陆地石油钻机控制技术领域，尤其是涉及一种石油钻机的电控装置。

背景技术

目前陆地石油钻机，尤其50L钻机上用的动力源方式为一般柴油机提供动能，控制方式是集中气控制，司钻房通过钻机上司钻控制台可以完成几乎所有的钻机控制：如总离合的离合，各动力机的并车，绞车，转盘和钻井泵的启停，绞车的高低速控制等。

由于动力设备采用的柴油机，柴油机一般适应于在没有电网的偏远地区打井。而鉴于国家和地方政府环保观念的增强，降低对环境污染的损害呼声越来越高，清洁能源的电网需求被提上日程。开发页岩气项目地处四川省，水力发电电能资源充沛，为满足国家石油发展的战略开采需求，需要对长城钻探现有的10套50L机械钻机升级改造，即将柴油机提供动力的机械传动方式改为电网供电的电机传动方式。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种石油钻机的电控装置，克服了机械石油钻机机械传动效率低、调速控制技术不先进、柴油动力能耗污染大、噪音大、生产成本费用高等不足。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的石油钻机的电控装置，其特征在于包括外电网供电系统，与此外电网供电系统相连接的控制装置，与此控制装置相连接的驱动电机，司钻触摸屏操作台，

所述的控制装置包括VFD房，此VFD房包括网电馈电单元、整流单元、绞车逆变控制单元、泥浆泵逆变控制单元和PLC程序逻辑控制单元。

所述的外电网供电系统通过所述的VFD房市电窗口进入所述的网电馈电单元，向交流母排上输出交流电。

所述的整流单元将交流母排上的交流电转换成直流电，输出到公共直流母排上。

所述的绞车逆变控制单元和泥浆泵逆变控制单元将直流母排上的直流电转换成连续可调的交流电。

本实用新型的优点：

本实用新型的石油钻机的电控装置由于采用了以电代油控制技术，实现电网电能驱动电机提供动力替代了柴油机直接链条驱动提供动力的方式，大大降低油料消耗、减少了油料对环境的污染、降低了对大气污染物的排放，减少了现场作业噪声，提高了设备传动利用效率；通过变频器调速技术，速度改变平缓，实现无极调速，替代气控的档位变换，控制更精确，技术更先进；人机触摸屏操作控制更简洁，改善了工作环境，降低了操作者劳动强度，给用户带来更多的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的钻机电机控制流程图。

图2为本实用新型以电代油技术电控装置VFD房示意图。

图3为本实用新型司钻触摸屏操作台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-3所示，本实用新型的石油钻机的电控装置，其特征在于包括外电网供电系统，与此外电网供电系统相连接的控制装置，与此控制装置相连接的驱动电机，司钻触摸屏操作台7，

所述的控制装置包括VFD房1，此VFD房1包括网电馈电单元2，整流单元3、绞车逆变控制单元4、泥浆泵逆变控制单元5和PLC程序逻辑控制单元6。

所述的外电网供电系统通过所述的VFD房1市电窗口进入所述的网电馈电单元2，向交流母排上输出交流电。

所述的整流单元3将交流母排上的交流电转换成直流电，输出到公共直流母排上。

所述的绞车逆变控制单元4和泥浆泵逆变控制单元5将直流母排上的直流电转换成连续可调的交流电。

本实用新型提供了一种改造机械石油钻井为以电代油石油钻机的控制技术装置。该技术装置实现了电网代替柴油为石油钻机提供动力的方法，调速控制方式由机械气控离合器换挡技术升级变为变频控制的先进调速技术，以及先进的人机界面触摸屏操作降低了操作者的劳动强度。

以50L链条陆地石油钻机为例，升级为以电代油钻机改动方案：全部取消后台联动箱及柴油机组改为外电网供电系统供电(CAT3512B发电机组作为备用动力)，绞车和泥浆泵的机械链条传动改为1200kW电机驱动。升级后的控制装置由VFD房1(包含网电馈电单元2、整流单元3、绞车逆变控制单元4、泥浆泵逆变控制单元5、PLC程序逻辑控制单元6)和司钻触摸屏操作台7等部分组成。如图2所示，房体外形尺寸L*W*H:12000mm×3000mm×3100mm,钻机控制流程：外电网供电系统通过VFD房1市电窗口进入网电馈电单元2(满足4000A进线电流的要求)，向交流母排上输出600VAC、3φ、50Hz交流电。采用整流装置的公共直流母线方案，由整流单元3将交流母排上的600VAC交流电转换成810VDC，输出到公共直流母排上。由绞车逆变控制单元4和泥浆泵逆变控制单元5将直流母排上的810VDC直流电转换成电压0～600VAC、频率0～150Hz连续可调的交流电，采用一对一控制方式驱动4台交流变频电动机(1台绞车1200KW交流变频电动机驱动，3台泥浆泵各用1台1200KW交流变频电动机)，满足绞车、泥浆泵的传动要求。针对PLC程序逻辑控制单元6前端设计有净化电源，整个系统以西门子PLC(S7-1500)为控制核心，通过现场总线将数字化设备组成PROFINET网络,实现4台变频器、司钻监控、人机界面系统间的高速通讯，触摸屏实时监视、控制各个系统的运行状态。自动化级(PLC)、现场数字传动级和司钻触摸屏操作台7(带HMI触摸屏)通过PROFINET网络连接，构成两级网络系统，参数双向传递，为钻井工程创建数字化、智能化的管理平台，最终实现对系统各装置的数据传输和故障监控，优化控制和监测整个钻井过程。

在图1中，本实用新型的钻机电机控制流程图，检查钻机电控系统是否就位，当司钻触摸屏操作变频电机使能时，检测电机使能条件是否满足，若满足，则变频器使能灯亮；此时再操作电机给定转速，控制变频器，检查变频电机是否运转，若电机停下来，则转速置零，从而完成钻机一次电机启停调速控制过程。

在图2中，VFD房1由网电馈电单元2、整流单元3、绞车逆变控制单元4、泥浆泵逆变控制单元5、PLC程序逻辑控制单元6等组成，具有防火、防震、防水、保温功能。网电馈电单元2，为系统提供600V、50Hz交流电源；经整流单元3把600V交流电整流成810V直流电作为公共直流母线，为逆变装置提供直流电源；通过绞车逆变单元4和泥浆泵逆变单元5输出交流电为交流变频电机提供电源；PLC程序逻辑控制单元6内装有西门子控制系统，通过采集数字量和模拟量，再经过CPU的逻辑运算和处理，能对整个系统进行综合控制和诊断，实现钻井作业。

在图3中，司钻触摸屏操作台7主要为触摸屏操作部分。司钻前方的触摸屏为西门子TP1200(TP1200)HMI触摸屏，两个触摸屏同时在线，互为备用，一台可作为电控操作屏，另一台则作为钻井参数显示屏，可以任意切换使用。同时具有协调控制、功能互补，安全互锁，分散控制，集中管理等优点，通过触摸屏可对绞车、泥浆泵等进行起停、调速控制和实时状态检测。

该电控装置对比50L链条机械传动(无PLC程序逻辑控制)，升级后具有优异的调速性能、可靠性高、设计布局合理、操作简便可靠、易于维护及维修等特点，充分发挥PLC程序逻辑控制及现场总线技术的优点，优化控制和监测整个钻井过程，实现了以电代油后更高的逻辑控制要求。

Claims (4)

1.一种石油钻机的电控装置，其特征在于包括外电网供电系统，与此外电网供电系统相连接的控制装置，与此控制装置相连接的驱动电机，司钻触摸屏操作台，

所述的控制装置包括VFD房，此VFD房包括网电馈电单元、整流单元、绞车逆变控制单元、泥浆泵逆变控制单元和PLC程序逻辑控制单元。

2.根据权利要求1所述的石油钻机的电控装置，其特征在于所述的外电网供电系统通过所述的VFD房市电窗口进入所述的网电馈电单元，向交流母排上输出交流电。

3.根据权利要求1所述的石油钻机的电控装置，其特征在于所述的整流单元将交流母排上的交流电转换成直流电，输出到公共直流母排上。

4.根据权利要求1所述的石油钻机的电控装置，其特征在于所述的绞车逆变控制单元和泥浆泵逆变控制单元将直流母排上的直流电转换成连续可调的交流电。

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