油田5000米鉆機選型分析

1、油田5000米鉆機選型分析吳福才1,盧群輝2(1、江蘇石油勘探局生產(chǎn)協(xié)調(diào)處，揚州225009；2、江蘇石油勘探局裝備處，揚州225009；)摘要：文章著重從油田生產(chǎn)和經(jīng)驗的角度，對幾種5000米鉆機的方案結(jié)構(gòu)、傳動及動力配置、可靠性、適用性、投資、維護維修等方面對其優(yōu)缺點進行分析和探討，以便于鉆機的用戶在5000米鉆機選型時提供參考。關鍵詞：油田鉆機選型分析Analysesandchoiceof5000mrigforoilfieldWUFu-cai1,LUQun-hui2(1、Departmentofproductionharmony,JiangsuPetroleumExplorationBu

2、reau;2、Departmentofequipmentmanagement,JiangsuPetroleumExplorationBureau;)Abstract:Analyzethestructure,transmissionofpowerandadmeasuringpower,characteristic,reliability,applicability,investment,andmaintenanceofthe500mrigontheviewofuserisbenefitforchoiceofrigofoilfield.Keywords:Analyses;choice;rig目前，

3、5000米鉆機在各油田占有一定的比例，由于其方案較多，在選型時就比較復雜。各個鉆機制造廠主要生產(chǎn)的新鉆機由ZJ50L鏈傳動鉆機、ZJ50D直流電驅(qū)動鉆機、ZJ50D皎流變頻驅(qū)動鉆機和ZJ50LD衷合驅(qū)動鉆機等。這幾種鉆機技術參數(shù)都符合SY/T5609-1999H油行業(yè)標準，但其對于不同的油田和地區(qū)或不同的項目和經(jīng)營的理念，選擇的思路應當是不同的，必須對這幾種鉆機的情況作認真分析，才能確定決策的依據(jù)?，F(xiàn)就針對這一問題，本文著重從幾種鉆機的方案結(jié)構(gòu)、可靠性、適用性、投資、維護維修等方面對其優(yōu)缺點進行分析和探討。一、鉆機方案分析1、ZJ50L傳動鉆機方案作者簡介：吳福才（1952-），男，山東德州人

4、，工程師，從事鉆機調(diào)度和鉆井工程協(xié)調(diào)工作。ZJ50LB機是柴油機統(tǒng)一機械驅(qū)動鉆機，采用液力傳動、整體鏈條箱并車方案。由三臺12V190柴油機與750液力變矩器正車減速器直接連接、正車減速器與并車箱（兩者之間采用萬向軸）組成的動力機組傳動總成布置在0.8m高的后臺底座上。通過五軸整體鏈條箱并車后，由萬向軸分別驅(qū)動兩臺1300泥漿泵，通過傳動鏈條箱驅(qū)動絞車，絞車布置在1.4m高的后臺底座上。鉆臺高7.5m，布置有轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動箱、貓頭絞車等，絞車動力通過直角箱萬向軸直角箱爬臺裝置輸入到轉(zhuǎn)盤驅(qū)動箱。動力配備：3臺190柴油機，2臺300KW發(fā)電機。鉆機井架為K型井架，可滿足安裝頂驅(qū)裝置的要求；塊裝式

5、底座，井架采用低位安裝、整體起升方式。2、ZJ50步占機方案鉆機采用3臺1000-1200kw柴油發(fā)電機組作為主動力，發(fā)出的600V（或690V）50HZ交流電經(jīng)SCR巨整流后變?yōu)?-750V可調(diào)直流電分別驅(qū)動絞車、泥漿泵和轉(zhuǎn)盤的串勵（或并勵）直流電動機。絞車由2臺電機驅(qū)動，2臺鉆井泵各分別由2臺電機通過窄V皮帶驅(qū)動，轉(zhuǎn)盤由1臺電機驅(qū)動或通過絞車聯(lián)合驅(qū)動。絞車主剎車可采用液壓盤式剎車或帶剎車。前開口井架，雙升式底座，均利用絞車動力起升。動力配備：3臺1200KW柴油發(fā)電機組，1臺400KW發(fā)電機。3、ZJ50D嚷頻驅(qū)動鉆機方案 全變頻驅(qū)動方案（ZJ50DB。鉆機采用3臺（CAT3512B柴油發(fā)

6、電機組作為主動力，發(fā)出的600V（690V）50Hz交流電經(jīng)變頻單元（VFD廢頻后分別驅(qū)動帶絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵的交流變頻電動機。絞車電機通過一部高速齒輪減速箱驅(qū)動單滾筒絞車工作。絞車主剎車采用液壓盤式剎車，輔助剎車采用電機能耗制動。配1臺300KW輔助發(fā)電機，在停鉆時使用。電傳系統(tǒng)主要由8個變頻柜和MCC組成，實現(xiàn)一對一控制。前開口井架，雙升式底座，利用絞車動力起升。動力配備：3臺1200KW柴油發(fā)電機組，1臺300KW發(fā)電機。 轉(zhuǎn)盤變頻驅(qū)動方案（ZJ50LDB）。ZJ50LDB占機方案是在3臺柴油機并車后統(tǒng)一機械驅(qū)動的基礎上，轉(zhuǎn)盤采用變頻電動機單獨驅(qū)動2。供交流發(fā)電機組的原動機由兩種形式，一

7、是由整體鏈條箱驅(qū)動的發(fā)電機，發(fā)出的600V三相交流電經(jīng)過交流變頻器后供到驅(qū)動轉(zhuǎn)盤的變頻電機，另外，配配2臺發(fā)電機供380V交流電；二是由單獨的柴油機驅(qū)動發(fā)電機，構(gòu)成獨立的800KW柴油發(fā)電機組，發(fā)出的600V三相交流電一路經(jīng)過變壓器后供到380V交流母排，另一路經(jīng)過交流變頻器后供到驅(qū)動轉(zhuǎn)盤的變頻電機。機械驅(qū)動部分與ZJ50L#傳動鉆機方案相同。動力配備：1臺800KW機械驅(qū)動發(fā)電機，3臺190柴油機，2臺300KW發(fā)電機組?；?臺800KW柴油發(fā)電機組，3臺190柴油機，2臺300KW發(fā)電機組。井架型式基本相同。 華變頻半機械驅(qū)動方案（ZJ50DBF。采用2臺（CAT3512B3000系列19

8、0）柴油發(fā)電機組作為主動力，發(fā)出的600V50Hz交流電經(jīng)變頻單元（VFD變頻后分別驅(qū)動帶絞車和轉(zhuǎn)盤的交流變頻電動機。絞車電機通過一部高速齒輪減速箱驅(qū)動單滾筒絞車工作。絞車主剎車采用液壓盤式剎車，輔助剎車采用電機能耗制動。2臺泥漿泵各由1臺12V190柴油機+液力偶合器驅(qū)動。配1臺300KW輔助發(fā)電機，在停鉆時使用。電傳系統(tǒng)主要由2-3個變頻柜和MCC組成，實現(xiàn)一對一控制。動力配備：2臺1200KW柴油發(fā)電機組，2臺190柴油機，1臺300KW發(fā)電機。井架型式基本相同。二、三類鉆機優(yōu)缺點分析1、ZJ50L條機械驅(qū)動鉆機優(yōu)缺點該鉆機的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾方面：1）功率利用率高，正常鉆進開兩臺柴油

9、機和一臺發(fā)電機，起下鉆一般開一臺柴油機和一臺發(fā)電機即可，相對比較節(jié)能。2）可靠性相對較高。由于其方案特點與ZJ40L1不多，其主要部件都經(jīng)過近十年的現(xiàn)場檢驗，總體質(zhì)量是可靠的，同時，使用和管理人員對其有清楚的認識，有一套相應的管理和維護辦法，確保了鉆機的可靠運行。根據(jù)鉆機可靠性評定指標和在用鉆機故障分析3,其鉆機主要部件大修周期MTTR都在規(guī)定的范圍內(nèi)，高危害度故障極少發(fā)生。3）操作簡單。井隊工人對其結(jié)構(gòu)、原理、安裝拆卸、使用要求比較清楚，操作上有一定的經(jīng)驗。4）維修及維護保養(yǎng)比較方便簡單。一般情況下井隊工人可以完成維護保養(yǎng)和小修工作。5）投資相對少。全部配套在2000萬元左右，包括鉆機主體、

10、動力、傳動、泵、凈化系統(tǒng)、防噴器、儀表等。主要缺點：1）技術性能和調(diào)速特性相對較差。表現(xiàn)在轉(zhuǎn)盤、泥漿泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍小，不能較好地滿足鉆井工藝的要求，特別是在固井、處理復雜情況或處理事故的情況時，需要設備具有良好的調(diào)速和控制特性。此時，只能通過拆閥或控制柴油機轉(zhuǎn)速來調(diào)整排量，其效果也不理想，同時使泵和柴油機的工況惡化。2）由于是機械傳動，設備在硬特性工況下運行，工作平穩(wěn)性差，對設備的使用壽命也有影響。3）鉆機安裝和拆卸時間長，運輸車次多。由于后臺底座和機械傳動機組構(gòu)件較多，增加了安裝、拆卸和運輸?shù)墓ぷ髁俊３醪綔y算每口井約增加1天拆卸時間，運輸車次增加8-10車。4）對于4000米以上的深井適應性

11、相對較差。特別是大井眼、大斜度、復雜地層、探井等特殊井，由于鉆機提升能力、扭矩、控制特性等差距，使其適應性下降。2、ZJ50D直流電驅(qū)動鉆機優(yōu)缺點相對機械傳動鉆機而言，該鉆機的優(yōu)點主要是：1）調(diào)速特性相對較好。扭矩和轉(zhuǎn)速可以在較大范圍內(nèi)進行無級變化調(diào)整，特別是轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速和泥漿泵的排量可以得到最大的滿足，提高了工藝性和工作效果。這是鉆井工藝對鉆機提出的最重要的要求之一。2）傳動平穩(wěn)，變速沖擊負荷小，有利于起下鉆作業(yè)，同時也改善了設備的工況，減少了設備的磨損。3）直流電機扭矩大，并且具有較大的過載能力，進一步滿足了現(xiàn)代鉆井工藝的要求。4）電傳動系統(tǒng)與機械傳動相比，維修工作量減少，設備大修壽命延長。

12、5）電傳動鉆機整體結(jié)構(gòu)簡單，搬家安裝時間少，運輸車次也相對減少，節(jié)約了運行成本。6）動力配備合理，正常工作時開1-2臺1000KW發(fā)電機組。7）在對外市場的競爭中，具有較強的優(yōu)勢。主要缺點：1 ）投資大。一臺鉆機至少需要3500萬元以上，與機械鉆機相比，每年成本需要增加約150萬元，在國內(nèi)打井使用，性價比相對差。2 ）鉆機的使用和維護保養(yǎng)對井隊工人的素質(zhì)要求較高，并且要求配備2名專門的電氣工程師，確保電傳系統(tǒng)運行和維護。3）與交流變頻驅(qū)動鉆機相比，技術特性和可控性差。3、ZJ50(DB、DBF、LDBB交流變頻電驅(qū)動鉆機優(yōu)缺點目前，交流變頻電驅(qū)動包含了全變頻驅(qū)動、半變頻驅(qū)動和轉(zhuǎn)盤變頻驅(qū)動三種型

13、式。交流變頻電驅(qū)動鉆機與直流電驅(qū)動鉆機相比，幾乎具備了直流電驅(qū)動鉆機全部優(yōu)點，同時克服了它的缺點，下面主要與直流電驅(qū)動鉆機相比，分析其優(yōu)缺點。主要優(yōu)點：1）鉆機絞車為單軸齒輪傳動，一檔無級調(diào)速，機械傳動簡單、可靠，傳動效率高。主剎車采用液壓盤式剎車，輔助剎車采用電機能耗制動，取代廣泛使用的輔助剎車裝置，同時，能通過計算機定量控制制動扭矩。絞車采用主電機和獨立電機自動送鉆技術，對起下鉆工況和鉆井工況進行實時監(jiān)控。2）交流電動機與直流電動機相比，便于向高壓、高轉(zhuǎn)速和大容量方向發(fā)展，因此采用高速、大功率、寬頻交流電動機和交流變頻系統(tǒng)完全實現(xiàn)了一檔單軸齒輪傳動絞車0-100%范圍的無級調(diào)速。而直流SC

14、R電傳動系統(tǒng)根本無法實現(xiàn)。3）變頻器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較高，可以達到0.9，變頻器控制交流變頻異步電機傳動系統(tǒng)的綜合功率因數(shù)遠高于直流系統(tǒng)（約0.6左右），因此系統(tǒng)能耗小，運行經(jīng)濟性好。4）交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護費用低。交流異步電機無換向器，不產(chǎn)生電火花，可以實現(xiàn)防爆功能，更適合油氣田使用。5）鉆機絞車變頻制動系統(tǒng)采用了矢量控制和直接扭矩控制1，便于實現(xiàn)智能化操作，穩(wěn)速精度高，極大地提高了鉆機控制的水平，實現(xiàn)了自動送鉆。運行可靠，參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)試簡便，維護方便。6）配備合理，功率利用率高，經(jīng)濟性好。ZJ50DB正常工況帶泵開2臺發(fā)電機組，起下鉆開1臺發(fā)動機組即可。7）對于ZJ50LD璘專盤

15、變頻驅(qū)動鉆機和ZJ50DB泮變頻驅(qū)動鉆機而言，是花費少量的資金使機械驅(qū)動鉆機得到轉(zhuǎn)盤或前臺設備性能的改善和提高。主要缺點：1）投資大。一臺全變頻鉆機至少需要4000萬元以上，與機械驅(qū)動鉆機相比，每年成本需要增加約200萬元；一臺半變頻鉆機至少需要3400萬元以上，每年成本需要增加約140萬元，在國內(nèi)打井使用，性價比相對差。2）機械驅(qū)動鉆機相比，鉆機的使用和維護保養(yǎng)對井隊工人的素質(zhì)要求較高，并且要求配備至少1名專門的電氣工程師，確保電傳系統(tǒng)運行和維護。3）半變頻方案中，泥漿泵為機械驅(qū)動，不具備電驅(qū)動的優(yōu)點，而且，190柴油機驅(qū)動的單機泵組，柴油機功率偏小，相對聯(lián)合驅(qū)動而言，工況較差，柴油機壽命短

16、。轉(zhuǎn)盤變頻方案，在機械驅(qū)動的基礎上，只是轉(zhuǎn)盤性能略有提高，但整體性能沒有變化。三、結(jié)論1 、鉆機的選擇首先必須考慮是否滿足現(xiàn)代鉆井工藝及其發(fā)展的要求。隨著鉆井工藝的發(fā)展，叢式井、水平井、多把點定向井、復雜地層特殊工藝井以及科學探井等所占的比例不斷提高，現(xiàn)代鉆井工藝強調(diào)鉆井工程的經(jīng)濟性、時效性、科學性和HSE的要求，其中許多要求要通過鉆機來實現(xiàn)，涉及到鉆機的提升能力、扭矩、控制水平、鉆井參數(shù)的監(jiān)測、動力配置的經(jīng)濟性、HSE的防護能力、鉆井液的供給和處理能力、鉆機整體運行的經(jīng)濟性等。2、在國內(nèi)使用，特別是在本油田油區(qū)使用，對于地層和鉆井的類型及工藝比較了解，選用ZJ50LZJ50LD的鉆機經(jīng)濟性較好。這種鉆機在機械驅(qū)動鉆機中屬于國內(nèi)最先進水平。3、在需要開拓外部市場、參與市場競爭情況下，不同地區(qū)和國家的甲方對鉆機的認識和要求不同，