ZJ50JDB 鉆機(jī)升級改造與應(yīng)用

方永春

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

0 引言

ZJ50JDB 復(fù)合鉆機(jī)是為適應(yīng)井控要求，將原ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)底座由7.5 m 提升到9 m，為簡化動力傳遞將轉(zhuǎn)盤單獨(dú)由600 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動，并車系統(tǒng)和絞車、泥漿泵驅(qū)動與ZJ50機(jī)械鉆機(jī)相同，均采用3 臺PZ12V190 柴油機(jī)為動力，通過皮帶或鏈條并車后驅(qū)動1500 HP 低位絞車和1300 HP 泥漿泵，這種方式傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動效率低，由于采用柴油機(jī)為動力，燃油效率低，損耗大，噪聲高，作業(yè)成本高，且無法滿足現(xiàn)代鉆井工藝所需要的“大排量、高泵壓、大扭矩、大鉆壓、高轉(zhuǎn)速”提速、提效等強(qiáng)化參數(shù)要求，針對ZJ50JDB 鉆機(jī)的問題，結(jié)合交流變頻驅(qū)動的成熟技術(shù)和公司服務(wù)油區(qū)工業(yè)電網(wǎng)相對發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，對ZJ50JDB 鉆機(jī)升級改造，以滿足鉆井工藝要求，實現(xiàn)提速、提效目標(biāo)。

1 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造方案分析

1.1 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造原因

ZJ50JDB 鉆機(jī)的傳動方式和配置方案主要存在以下問題：①搬安拆卸、安裝工作量大，效率低，維護(hù)運(yùn)行成本高；②無法滿足特殊工藝井強(qiáng)化鉆井參數(shù)對配置的設(shè)備及動力的要求；③由于使用柴油機(jī)，產(chǎn)生的廢機(jī)油、排放的尾氣、產(chǎn)生的噪聲污染井場及周邊環(huán)境，無法適應(yīng)環(huán)保新要求。

1.2 ZJ50JDB 鉆機(jī)改造原則

①機(jī)械部分改造盡可能利用原有設(shè)備，控制改造成本；②電驅(qū)動電源以用工業(yè)網(wǎng)電為主，如沒有工業(yè)網(wǎng)電，采用動力發(fā)電外包，采用成熟的交流變頻技術(shù)，提高傳動效率，改善設(shè)備性能；③進(jìn)行模塊化改造，利于拆裝搬安作業(yè)。

1.3 ZJ50JDB 鉆機(jī)總體改造方案

ZJ50JDB 鉆機(jī)總體改造方案是將原柴油機(jī)動力經(jīng)聯(lián)動機(jī)并車后統(tǒng)一驅(qū)動絞車、泥漿泵的模式，改造成由600 V、50 Hz 外接電源（工業(yè)網(wǎng)電、或發(fā)電機(jī)供電）提供，經(jīng)VFD 房變頻后輸出頻率可控的交流電分別驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵的交流變頻電機(jī)，實現(xiàn)根據(jù)鉆井工藝需要靈活調(diào)整交流變頻電機(jī)參數(shù)對鉆井工藝參數(shù)要求的分組驅(qū)動方式。

1.4 ZJ50JDB 具體方案

1.4.1 ZJ50JDB 鉆機(jī)絞車傳動改造方案

利用原鉆機(jī)絞車，絞車內(nèi)部傳動不改變，配1 臺1000 kW交流變頻電機(jī)，通過交流變頻電機(jī)與原鉆機(jī)偶合減速箱連接經(jīng)外置鏈箱驅(qū)動絞車。改造方案如圖1 所示。

1.4.2 ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)泥漿泵改造方案

為滿足鉆井工藝高泵壓、大排量對泥漿泵的要求，增大泥漿泵的功率，將原鉆機(jī)所配備的1300 HP 的泥漿泵更換為1600 HP 泥漿泵，取消原并車箱和柴油機(jī)，將1600 HP 泥漿泵采用直接由雙600 kW 的交流變頻電機(jī)直接驅(qū)動直驅(qū)泵組方案。方案如圖2 所示。

1.4.3 ZJ50 機(jī)械鉆機(jī)其余部件改造方案

（1）后臺改造。保留1#機(jī)組位置，重新制作底座，用于鏈條箱和絞車電機(jī)的安裝。1#機(jī)組底座改造成配重水箱，滿足井架起升要求。去掉原2#、3#機(jī)動力組后臺及并車箱后臺。

（2）司鉆控制系統(tǒng)改造。對原司鉆房操作系統(tǒng)進(jìn)行升級，實現(xiàn)司鉆對絞車、轉(zhuǎn)盤和泥漿泵的集中控制操作。新增電控系統(tǒng)房1 套，電控系統(tǒng)采用600 V、50 Hz 供電，通過房內(nèi)的進(jìn)線柜（含斷路器）引入系統(tǒng)，同時房內(nèi)提供1 臺1600 kV·A 600/400 V 變壓器，為系統(tǒng)和原鉆機(jī)電控房提供400 V 輔助配電系統(tǒng)；600 V 電源用于轉(zhuǎn)盤、泥漿泵和絞車傳動箱交流變頻電機(jī)的驅(qū)動。系統(tǒng)采用SIEMENS G150 系列全數(shù)字矢量控制交流變頻調(diào)速裝置，包括絞車變頻控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵變頻控制系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)。由3 套變頻單元控制5 臺交流變頻電動機(jī)（絞車用1 臺1000 kW，2 套泥漿泵各用2 臺600 kW 交流變頻電動機(jī)），拖動性能滿足絞車、泥漿泵的工作要求。變頻控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7-1500 PLC的PROFIBUS-DP 通信控制加BYPASS 的旁路控制方案，確?？刂频目煽啃院腿哂嘈浴Ｏ到y(tǒng)配備3 相400 V、50 Hz、2000 A 電源接口給原鉆機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行供電。

2 現(xiàn)場試驗使用情況

由于克拉瑪依鉆井公司于2017年底使用ZJ50JDB 鉆機(jī)在吉木薩爾致密油JHW037 從事鉆井施工作業(yè)，該井設(shè)計井深4066.17 m，水平段長1201.64 m，在大位移水平井鉆井施工過程中，井眼清潔是難點(diǎn)，要求循環(huán)系統(tǒng)在滿足鉆井工藝要求的泵壓的前提下，泥漿排量應(yīng)滿足水平段鉆具環(huán)空泥漿流速，保證攜砂能力，由于原配套鉆機(jī)所使用泥漿泵為F1300；驅(qū)動方式由柴油機(jī)經(jīng)皮帶傳動并車驅(qū)動，在水平段1000 m 左右，由于較高的泵壓和要求的排量造成該鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，驅(qū)動皮帶拉長、打滑，柴油機(jī)高溫運(yùn)行，造成該井遇阻頻繁劃眼，完成該井的鉆井周期75.23 d。2018年初對該鉆機(jī)進(jìn)行升級改造后上鉆JHW035 井，由于2 臺使用600 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動1600 HP 泥漿泵，泵壓和排量均滿足鉆井工藝要求，杜絕了提、下遇阻、遇卡等復(fù)雜，鉆井周期52 d，鉆井周期大幅縮短。目前克拉瑪依鉆井公司已采用該方案改造ZJ50JDB 鉆機(jī)5 臺，通過近2 a 的現(xiàn)場的鉆井實踐表明，將ZJ50JDB 鉆機(jī)升級改造為ZJ50DB 交流變頻電驅(qū)動鉆機(jī)后，能充分適應(yīng)大位移水平井等特殊工藝井強(qiáng)化參數(shù)的要求，實現(xiàn)鉆井大提速目標(biāo)。同時使用升級的ZJ50DB 鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)效益顯著，50596 隊改造前在JHW037 井每鉆機(jī)臺月消耗柴油112 t。改造后使用工業(yè)電網(wǎng)，每臺月累計耗電472 803 度，兩者對比，僅節(jié)約油電差價每臺月5 萬元左右，同時可節(jié)約使用聯(lián)動機(jī)、柴油機(jī)消耗的潤滑油、防凍液、三濾等維護(hù)費(fèi)用、修理費(fèi)用及人工等間接費(fèi)用每年20 多萬元，實現(xiàn)年節(jié)約成本80 萬元左右。

3 結(jié)束語

升級改造后的ZJ50DB 鉆機(jī)維護(hù)簡便，拆卸方便、安裝工作量和搬家車次減少，杜絕了柴油機(jī)及傳動系統(tǒng)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，減少了環(huán)境污染。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動小、噪聲低，凈化鉆井現(xiàn)場工作環(huán)境，順應(yīng)節(jié)能減排的發(fā)展要求，同時鉆機(jī)性能極大提升，適應(yīng)現(xiàn)代鉆井“高泵壓、大排量、高轉(zhuǎn)速、大鉆壓、大扭矩”強(qiáng)化鉆井參數(shù)的激進(jìn)式鉆井工藝要求。滿足井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、螺桿、及扭力沖擊等各種定向、提速工具承鉆各種特殊工藝井、復(fù)雜井的鉆井工藝需要，提速、提效成果顯著。

圖1 1000 kW 交流變頻電機(jī)驅(qū)動JC50B 絞車原理

圖2 F1600 交流變頻直驅(qū)泥漿泵驅(qū)動原理