寶石70DB鉆機(jī)應(yīng)急電機(jī)分離控制在現(xiàn)場的應(yīng)用

夏明星 蔡山順 任佳樂

川慶鉆探工程有限公司，中國·四川 成都 610000

1 引言

本著鉆井設(shè)備服務(wù)鉆井工程的原則，鉆井設(shè)備在鉆井工程中擔(dān)任著重要角色，是鉆井工程開展的前提和保障。在鉆井設(shè)備出現(xiàn)異常時，如何采取應(yīng)急手段及時活動鉆具、建立井下循環(huán)，保證井下安全就成了現(xiàn)場維護(hù)人員的工作重點。

2 寶石70DB 鉆機(jī)的基本特點

寶石70DB 鉆機(jī)主要由電驅(qū)轉(zhuǎn)盤、泥漿泵、絞車以及應(yīng)急電機(jī)（AD）、鉆機(jī)支持模塊（包括西門子CPU、PLC、發(fā)電機(jī)組與控制模塊、泥漿泵模塊等）、井架及天車、電氣設(shè)備、儀表設(shè)備、井控系統(tǒng)等幾部分組成。轉(zhuǎn)盤、泥漿泵、絞車動力由CAT3512型發(fā)電機(jī)發(fā)出600V交流電經(jīng)變頻器提供動力。應(yīng)急電機(jī)既可由600V 經(jīng)變壓器提供400V 的動力，也可由輔助發(fā)電機(jī)直接提供400V 的動力。寶石70DB 鉆機(jī)系統(tǒng)的控制信號由220V 的交流電通過直流電源整流成24 伏直流電而成?？刂菩盘栍?4 伏直流電壓提供，經(jīng)CPU 處理，由PLC 執(zhí)行，繼而對鉆機(jī)電氣設(shè)備進(jìn)行控制、操作，達(dá)到鉆機(jī)設(shè)備正常運行的目的。寶石70DB 電力驅(qū)動主要由動力電與控制電組成，動力電和控制電任何一部分出現(xiàn)問題的情況下，都會使鉆機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障，從而造成司鉆無法操作，長時間的故障狀態(tài)下可能會造成嚴(yán)重的井下事故。如何保證電控系統(tǒng)在電動鉆機(jī)運行中的穩(wěn)定性，這兩部分也是電控工作的重點[1]。

3 寶石70DB 鉆機(jī)控制系統(tǒng)分離的研究背景

陸地鉆機(jī)是實現(xiàn)海上石油與天然氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著陸上油氣開發(fā)力度的不斷加大和技術(shù)的日益成熟，為適應(yīng)不斷加深的鉆井井深，更加復(fù)雜多變的井下情況。使用設(shè)備穩(wěn)定性更好、人員操作更簡便、操作精準(zhǔn)度更高的電動鉆機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)已成為設(shè)備改革更新的一種趨勢。

陸地鉆機(jī)區(qū)別于海洋鉆機(jī)的搬安模式，陸地鉆機(jī)每一口井完井之后都需全部撤除、打包進(jìn)行搬安。在這個過程中，由于頻繁打包、運輸?shù)倪^程會對設(shè)備造成損壞，影響設(shè)備穩(wěn)定性，加之地區(qū)差異，氣候原因，特別是中國四川地區(qū)的高濕度環(huán)境對電動鉆機(jī)電氣設(shè)備帶來了嚴(yán)峻的考驗，保證設(shè)備穩(wěn)定，避免設(shè)備故障變得尤為重要。

四川地區(qū)的油氣開發(fā)存在高壓、高風(fēng)險、高含硫的巨大風(fēng)險。井控風(fēng)險，井下風(fēng)險巨大，本著鉆井設(shè)備服務(wù)鉆井工程的原則，保證設(shè)備可靠運行就成為了設(shè)備管理工作的基本原則。井下風(fēng)險很多，通過設(shè)備處理消除風(fēng)險也是鉆井作業(yè)最基本的手段。通過設(shè)備運行保持泥漿泵運行建立井下循環(huán)、通過頂驅(qū)轉(zhuǎn)動保證鉆具轉(zhuǎn)動、通過絞車運行保證鉆具上下活動又是其中最常用最有效的方法。在特殊情況下，能夠使用其中一種手段就能避免大多數(shù)的井下復(fù)雜，挽救重大經(jīng)濟(jì)損失。

ZJ70DB 鉆機(jī)設(shè)計原理本應(yīng)是將泥漿泵、絞車電機(jī)與應(yīng)急電機(jī)分開控制。正常時使用絞車電機(jī)進(jìn)行作業(yè)，在特殊情況下使用應(yīng)急電機(jī)進(jìn)行應(yīng)急處理，能夠有效滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況。但由于寶石70DB 鉆機(jī)將兩者的控制系統(tǒng)合二為一，導(dǎo)致應(yīng)急功能缺失，特殊情況下不能滿足現(xiàn)場工藝要求。

荷深一井鉆進(jìn)作業(yè)中，井下井控風(fēng)險、卡鉆的風(fēng)險特別大。由于泥漿泵控制線在運行過程中抖動較大，控制線與機(jī)身殼體長時間摩擦，使控制線絕緣層破損與機(jī)身殼體接觸，導(dǎo)致控制電源接地丟失，現(xiàn)場所有設(shè)備控制信號缺失，操作人員無法對設(shè)備進(jìn)行操作，現(xiàn)場電控設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障。經(jīng)過近一小時的排查解除故障，但由于長時間的鉆具靜止，導(dǎo)致井下卡鉆事故造成近百萬的經(jīng)濟(jì)損失。任何一處的控制線問題都有可能造成現(xiàn)場設(shè)備故障甚至井下事故。任何一處電控系統(tǒng)的故障也有可能造成嚴(yán)重的損失。如何保證電控系統(tǒng)穩(wěn)定性及在設(shè)備故障狀態(tài)下現(xiàn)場也能有備用手段保證井下安全，這就是我們考慮將寶石70DB 鉆機(jī)應(yīng)急電機(jī)控制從總系統(tǒng)分離出來的緣由。

4 寶石70DB 鉆機(jī)AD 控制系統(tǒng)改造

寶石70DB 鉆機(jī)原弱電控制系統(tǒng)所有的控制信號均由同一直流電源提供，控制信號繁多，控制對象多達(dá)40 余個，任一控制對象出現(xiàn)問題就可能造成全部系統(tǒng)癱瘓，鉆井現(xiàn)場惡劣的作業(yè)環(huán)境也給設(shè)備保證帶來了極大的難度。出于此原因，給AD 控制系統(tǒng)單獨提供控制電源，避免其他控制信號對其的影響，保證了特殊情況下AD 電機(jī)能夠正常使用。

AD 控制單元如圖1所示。

圖1 應(yīng)急電機(jī)控制電源圖

RMIO 模塊即為AD 的控制模塊，自動送鉆電機(jī)所有設(shè)備的動作均由控制模塊發(fā)出信號。通過控制原理分析，只需從源頭上將RMIO 模塊分離出來就能達(dá)到分離目的。通過原理圖分析，應(yīng)急電機(jī)控制模塊電源由X22-1、X22-9 提供，只需將X22-1、X22-9 兩個接口的電源接入點從系統(tǒng)中分離出來單獨提供電源就能夠達(dá)到分離AD 控制系統(tǒng)的目的。

RMIO 模塊為遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，應(yīng)急電機(jī)通過RMIO模塊來實現(xiàn)與通訊網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。通過RMIO 模塊可以將采集的數(shù)據(jù)送到通訊網(wǎng)，同樣CPU 發(fā)出的控制信號也可以通過RMIO 模塊控制應(yīng)急電機(jī)[2]。

在改變電源接入后，通過實驗人為斷掉原有的控制信號模擬控制系統(tǒng)崩潰的情況。發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備依然出現(xiàn)故障的情況下，應(yīng)急電機(jī)能夠正常使用，證明應(yīng)急電機(jī)控制系統(tǒng)分離出來，單獨控制的改造成功實現(xiàn)。

5 AD 分離控制后在現(xiàn)場的兩次應(yīng)急使用

龍崗001-32 井，鉆進(jìn)作業(yè)中，絞車電機(jī)突然發(fā)生故障造成停機(jī)，導(dǎo)致鉆具不能上下活動鉆具。在控制系統(tǒng)沒分離控制前，就不能實現(xiàn)鉆具上下活動。如果一直開泵循環(huán)而鉆具不能上下活動，鉆頭水眼一直沖洗井底，可能造成井眼垮塌擴(kuò)大，形成“大肚子”，極易造成井下復(fù)雜帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失，增加職工勞動強(qiáng)度。通過使用應(yīng)急電機(jī)在保證安全的前提下為維修絞車電機(jī)贏得了充足時間，減小了井下風(fēng)險。同時在這種情況下也可用應(yīng)急電機(jī)打鉆以及進(jìn)行上提下放的動作，不影響正常鉆井作業(yè)，保證了工作進(jìn)度（鉆進(jìn)時懸重為152t，而應(yīng)急電機(jī)的最大提升重量為240t，滿足正常的提升負(fù)荷）。

磨溪008-6-X1 井，二開鉆進(jìn)，大井眼施工，由于鉆井液密度低、鉆井速度快、井眼尺寸大、產(chǎn)生巖屑量大。在施工過程中技術(shù)要求早開晚停泥漿泵，保持鉆井轉(zhuǎn)動或上下活動，才能避免井下復(fù)雜。在鉆進(jìn)停止后長時間靜止很容易造成沉沙卡鉆，為后續(xù)作業(yè)處理帶來極大困難，既影響工程進(jìn)度也會造成國家經(jīng)濟(jì)損失。在鉆進(jìn)中，為發(fā)電機(jī)供油的柴油管線堵塞導(dǎo)致主發(fā)電急停，泥漿泵、絞車、轉(zhuǎn)盤不能工作。在這種緊急情況下，泥漿泵失去動力，不能開泵建立井下循環(huán)，井下砂子帶不出來，轉(zhuǎn)盤不能帶動鉆具轉(zhuǎn)動，絞車電機(jī)不能上下活動鉆具，起出鉆桿，極易發(fā)生井下沉沙卡鉆事故。通過輔助發(fā)電機(jī)，使用應(yīng)急電機(jī)上提鉆具，將鉆具從井底等危險井段起出，避免了鉆具位于井底造成沉沙卡鉆的風(fēng)險[3]。

6 結(jié)語

寶石70DB 鉆機(jī)AD 控制系統(tǒng)的分離控制，是現(xiàn)場設(shè)備管理人員針對鉆井現(xiàn)場作業(yè)應(yīng)急處理做的一次重要調(diào)整，也是現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)用的一次大膽創(chuàng)新。為滿足鉆井現(xiàn)場工作實際需要，現(xiàn)場設(shè)備管理人員敢于推翻固有模式勇于進(jìn)行嘗試創(chuàng)新。完成了應(yīng)急電機(jī)控制系統(tǒng)分離的改造。使設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成更加合理，在減小緊急情況下的井下風(fēng)險的同時，創(chuàng)造了大量的經(jīng)濟(jì)價值，通過應(yīng)急操作已累計減少經(jīng)濟(jì)損失500 萬元左右。幾次應(yīng)急電機(jī)應(yīng)急處理，證明了應(yīng)急電機(jī)控制系統(tǒng)分離控制的必要。作為現(xiàn)場維護(hù)人員，我們需要熟悉設(shè)備的原理及特性。對不滿足鉆井現(xiàn)場作業(yè)的鉆井設(shè)備要勇于進(jìn)行改造，從設(shè)備本質(zhì)上解決設(shè)備運行存在的缺陷，保證鉆井設(shè)備在各種情況下都能夠有應(yīng)急處理手段及時作出應(yīng)急處理，真正做到鉆井設(shè)備保證鉆井工程，滿足現(xiàn)場需要。