專利名稱：石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油鉆采設(shè)備，特別涉及到石油鉆機上絞車的一種新型的恒功率 調(diào)速系統(tǒng)。
技術(shù)背景 在石油鉆機上，絞車是提升系統(tǒng)的動力來源，也是提升系統(tǒng)速度快慢的控制中樞。 對于交流/直流電動鉆機的鉆井作業(yè)過程而言，司鉆在司鉆控制房內(nèi)操控絞車的操作手 柄，人為給定一個絞車電機轉(zhuǎn)速調(diào)整指令信號，遠程通訊給電氣控制房內(nèi)的可編程控制器 (PLC)，由PLC控制變頻器/直流柜發(fā)出動作指令來改變絞車電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對絞車 速度的控制。在鉆井起下鉆作業(yè)過程中，司鉆的操作工序是單一和重復(fù)的，而且耗時長，使得司 鉆極易產(chǎn)生生理和心理上的疲憊感。此時，為保證鉆井作業(yè)過程的安全性，司鉆常采用有意 降低絞車電機轉(zhuǎn)速的方式進行作業(yè)，結(jié)果導(dǎo)致了鉆井工作效率降低，鉆井作業(yè)成本增加。根據(jù)電機的理論公式功率(kw)=扭矩(Nm) X轉(zhuǎn)速(rpm)/常數(shù)。對于絞車而 言，功率是個恒定值，即為絞車標定的額定功率，而扭矩和轉(zhuǎn)速是兩個變化值。當扭矩一定 時，即可獲得絞車一定轉(zhuǎn)速值，也就是說電機運行在恒功率的狀態(tài)下。對于鉆機而言，鉆機 鉆具隨提升系統(tǒng)做直線垂直升降運動，扭矩就取決與鉆具的實時重量。因此，此時電機的轉(zhuǎn) 速計算公式為最大轉(zhuǎn)速=額定功率/鉆機鉆具重量*常數(shù)。在鉆井起下鉆作業(yè)過程中，絞車若能經(jīng)常運行在最大轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)下，即絞車 電機能保持在恒功率運行狀態(tài)下，則對于提高鉆井作業(yè)效率、降低鉆井作業(yè)成本的意義非 常明顯。以一臺交流電動鉆機挖掘一口 4000米深油井的作業(yè)過程為例，整個作業(yè)過程通常 需要起下鉆各6次，每次需要用時18 24個小時。如果絞車電機一直處于恒功率工作狀 態(tài)，則可以節(jié)省36 48個小時的鉆井作業(yè)時間，即提高鉆井作業(yè)效率16% 20%。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決鉆機電機速度控制單一帶來的鉆井效率的問題，提供 一種使絞車電機一直處于恒功率工作的調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速系統(tǒng)使得絞車電機能保持在恒功 率運行狀態(tài)下，則可提高鉆井作業(yè)效率、降低鉆井作業(yè)成本。為了達到上述發(fā)明目的，本實用新型提供的技術(shù)方案如下一種石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)，該石油鉆機上包括有操作手柄、絞車、絞車電 機、變頻器、PLC、提升系統(tǒng)、鉆機鉆具和死繩固定器，所述的死繩固定器上設(shè)有用以讀取鉆 機鉆具重量的壓力變送器，該壓力變送器通過電纜連接至PLC，絞車電機通過電纜與變頻器 相連，該變頻器連接至PLC，所述的操作手柄通過電纜與PLC通訊，所述PLC中設(shè)定有絞車 電機的基速，還設(shè)有比較即時轉(zhuǎn)速和基速的比較模塊以及向變頻器發(fā)送控制轉(zhuǎn)速的指令模 塊。在本實用新型中的PLC內(nèi)，所述的即時轉(zhuǎn)速小于基速狀態(tài)下，絞車電機設(shè)有用于輸入人為轉(zhuǎn)速的操作手柄。所述的即時轉(zhuǎn)速大于基速狀態(tài)下，絞車電機采用壓力變送器所 測重量轉(zhuǎn)化后的最大轉(zhuǎn)速。本實用新型中的鉆機鉆具的實時重量通過鉆井鋼絲繩傳遞給死繩固定器，再由死 繩固定器上的壓力變送器將鉆具的重量信息傳遞給電氣控制房內(nèi)的PLC，計算出屆時絞車 電機最大轉(zhuǎn)速；本實用新型通過司鉆控制房內(nèi)的絞車操作手柄，人為給定絞車電機的轉(zhuǎn)速，并通 訊給電氣控制房內(nèi)的PLC ；同時變頻器也將絞車電機的即時速度通訊給PLC；由PLC比較三個速度來自絞車操作手柄人為給定的絞車電機轉(zhuǎn)速、PLC自動計 算給定的絞車電機轉(zhuǎn)速和變頻器傳遞的絞車電機即時速度，在絞車電機基速以下采用絞車 操作手柄人為給定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)低速大扭矩，保證鉆機啟動需要；在絞車電機基速以上采用 PLC計算給定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒功率運行，保證提升系統(tǒng)的最高運行速度?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本實用新型較現(xiàn)有技術(shù)取得了如下技術(shù)優(yōu)點本實用新型采用PLC，把絞車電機工況分為2個階段，即恒扭矩段和恒功率段，在 絞車電機轉(zhuǎn)速低于基速時采用操作手柄人為給定的轉(zhuǎn)速，在絞車電機轉(zhuǎn)速高于基速時采用 依據(jù)大鉤實時重量PLC自動按恒功率公式計算給定絞車電機的轉(zhuǎn)速，使得絞車電機在絕大 多數(shù)的工作時間里保持恒功率的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)提升系統(tǒng)以最高速度完成鉆井起下鉆 作業(yè)過程，達到提高鉆井作業(yè)效率和降低鉆井作業(yè)成本的目的。

圖1是本實用新型石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)計原理示意圖。圖2是本實用新型石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實施方式
下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本實用新型的石油鉆機絞車恒功率調(diào)速 系統(tǒng)做進一步的詳細闡述，但不能以此來限制本實用新型的保護范圍。請看圖1，圖1是本實用新型石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)計原理示意圖。由 圖可知，本實用新型中的鉆機鉆具的實時重量通過鉆井鋼絲繩傳遞給死繩固定器，再由死 繩固定器上的壓力變送器將鉆具的重量信息傳遞給電氣控制房內(nèi)的PLC，計算出屆時絞車 電機最大轉(zhuǎn)速；本實用新型通過司鉆控制房內(nèi)的絞車操作手柄，人為給定絞車電機的人為 轉(zhuǎn)速，并通訊給電氣控制房內(nèi)的PLC ；同時變頻器也將絞車電機的即時速度通訊給PLC ；由 PLC比較三個速度來自絞車操作手柄人為給定的絞車電機轉(zhuǎn)速、PLC自動計算給定的絞車 電機轉(zhuǎn)速和變頻器傳遞的絞車電機即時速度，在絞車電機基速以下采用絞車操作手柄人為 給定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)低速大扭矩，保證鉆機啟動需要；在絞車電機基速以上采用PLC計算給定轉(zhuǎn) 速，實現(xiàn)恒功率運行，保證提升系統(tǒng)的最高運行速度。圖2是本實用新型石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖。由圖可知， 鉆機鉆具12懸掛在鉆機1的提升系統(tǒng)11上，提升系統(tǒng)11由鉆井鋼絲繩2牽引。鉆井鋼絲 繩2的一端固定在死繩固定器13上，另外一端纏繞在絞車5的滾筒上。絞車5正轉(zhuǎn)則下放 提升系統(tǒng)11，絞車5反轉(zhuǎn)則拉起提升系統(tǒng)11，鉆機鉆具12隨提升系統(tǒng)11同升同降。壓力變送器14安裝在死繩固定器13上，隨死繩固定器13受力的不同而產(chǎn)生不同的壓力值，并通過電纜16將鉆機鉆具12的實時重量值傳遞給電氣控制房8內(nèi)的可編程控 制器PLClO。絞車電機6與絞車5連為一體，為絞車5的運轉(zhuǎn)提供動力來源。絞車電機6通過電纜7與電氣控制房8內(nèi)的變頻器9連接，由變頻器9控制其轉(zhuǎn)速的快慢。絞車操作手柄4 位于司鉆控制房3內(nèi)，并通過電纜15與電氣控制房8內(nèi)的PLClO通訊，將司鉆人為給定的 絞車轉(zhuǎn)速傳遞給PLClO。工作時，通過鉆井鋼絲繩2和提升系統(tǒng)11，鉆機鉆具12的實時重量傳遞到死繩固 定器13上，并引起壓力變送器(14)數(shù)值的變化。壓力變送器14通過電纜16將鉆機鉆具 12的實時重量通訊給電氣控制房8內(nèi)的PLC10。PLClO獲得鉆機鉆具12的實時重量后，根 據(jù)最大轉(zhuǎn)速的計算公式最大轉(zhuǎn)速=額定功率/鉆機鉆具*常數(shù)，計算出恒功率狀態(tài)上的絞車電機6的最大轉(zhuǎn)速。變頻器9將絞車電機6的即時轉(zhuǎn)速通訊給電氣控制房8的PLClO。同時，司鉆在司 鉆控制房3內(nèi)控制絞車操作手柄4，人為給定絞車電機的人為轉(zhuǎn)速，并通過電纜15通訊給電氣控制房8內(nèi)的PLClO。PLClO首先判斷絞車電機的即時轉(zhuǎn)速是否大于基速。若絞車電機的即時轉(zhuǎn)速小于基速，則說明此時絞車電機6處于啟動階段，需要運行在低速大扭矩的工作狀態(tài)才能保證 順利起升或下放鉆機鉆具12，此時必須采用絞車操作手柄4人為給定的絞車電機轉(zhuǎn)速；若 絞車電機的即時轉(zhuǎn)速大于基速，則說明此時絞車電機6處于正常工作狀態(tài)，則選取PLClO計 算給定的絞車電機轉(zhuǎn)速，使絞車電機6運行在恒功率狀態(tài)下，保證提升系統(tǒng)11和鉆機鉆具 12可獲得最高的提升或下放速度，使鉆機1的工作效率最佳。PLClO判定后，將最佳的絞車電機轉(zhuǎn)速通訊給變頻器9，再由變頻器9通過電纜7傳遞給絞車電機6，對絞車電機6的轉(zhuǎn) 速進行調(diào)整。本實用新型利用可編程控制器實現(xiàn)起下鉆作業(yè)過程中根據(jù)鉆機鉆具重量自動調(diào) 節(jié)絞車電機轉(zhuǎn)速，保持恒功率運行狀態(tài)，使鉆具提升或下放速度一直維持在最快狀態(tài)，可有 效提高鉆井作業(yè)效率，節(jié)省鉆井成本。
權(quán)利要求一種石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)，該石油鉆機上包括有操作手柄(4)、絞車(5)、絞車電機(6)、變頻器(9)、PLC(10)、提升系統(tǒng)(11)、鉆機鉆具(12)和死繩固定器(13)，其特征在于，所述的死繩固定器(13)上設(shè)有用以讀取鉆機鉆具(12)重量的壓力變送器(14)，該壓力變送器(14)通過電纜連接至PLC(10)，絞車電機(6)通過電纜與變頻器(9)相連，該變頻器(9)連接至PLC(10)，所述的操作手柄(4)通過電纜與PLC(10)通訊，所述PLC(10)中設(shè)定有絞車電機的基速，還設(shè)有比較即時轉(zhuǎn)速和基速的比較模塊以及向變頻器(9)發(fā)送控制轉(zhuǎn)速的指令模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述的即時轉(zhuǎn) 速小于基速狀態(tài)下，絞車電機(6)設(shè)有用于輸入人為轉(zhuǎn)速的操作手柄(4)。
專利摘要本實用新型涉及一種石油鉆機絞車恒功率調(diào)速系統(tǒng)，石油鉆機上包括有操作手柄、絞車、絞車電機、變頻器、PLC、提升系統(tǒng)、鉆機鉆具和死繩固定器，死繩固定器上設(shè)有壓力變送器，該壓力變送器通過電纜連接至PLC，絞車電機通過電纜與變頻器相連，該變頻器連接至PLC，操作手柄通過電纜與PLC通訊，PLC中設(shè)定有絞車電機的基速，還設(shè)有比較模塊和指令模塊。本實用新型自動調(diào)節(jié)絞車電機轉(zhuǎn)速，保持其恒功率運行狀態(tài)，使鉆具提升或下放速度一直維持在最快狀態(tài)，可有效提高鉆井作業(yè)效率，節(jié)省鉆井成本。
文檔編號B66D1/46GK201770439SQ20092021254
公開日2011年3月23日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者姜鳴, 孫皓, 李遠程, 李靜 申請人:中曼石油天然氣集團有限公司