阅读说明：本技术 一种丛式井钻机电控系统 (Electric control system of cluster well drilling machine ) 是由 王亮 王红梅 王西成 谢伟 罗健旺丹 于 2021-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种丛式井钻机电控系统,包括动力区域和井口区域,所述动力区域和井口区域连接；所述动力区域包括连接在三相低压交流母线上的发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统和变压装置A,以及控制机柜A,所述控制机柜A连接泥浆泵变频传动子系统的逆变单元A；所述井口区域包括连接在三相低压交流母线上的绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B,以及控制机柜B,所述控制机柜B与绞车/顶驱/转盘变频传动子系统的逆变单元B连接。本发明通过分布式布置钻机电控系统,以实现丛式井钻机高效率的移运性,减少电磁兼容风险,降低设备故障率,并兼顾设备经济性。(The invention discloses an electric control system of a cluster well drilling machine, which comprises a power area and a wellhead area, wherein the power area is connected with the wellhead area; the power area comprises a generator control subsystem, a mud pump variable frequency transmission subsystem, a power area MCC power distribution and illumination subsystem, a transformer A and a control cabinet A, wherein the generator control subsystem, the mud pump variable frequency transmission subsystem, the power area MCC power distribution and illumination subsystem and the transformer A are connected to a three-phase low-voltage alternating current bus; the wellhead area comprises a winch/top drive/turntable variable frequency transmission subsystem, a wellhead area MCC power distribution and illumination subsystem, a transformer device B and a control cabinet B, wherein the winch/top drive/turntable variable frequency transmission subsystem, the MCC power distribution and illumination subsystem and the transformer device B are connected to a three-phase low-voltage alternating current bus, and the control cabinet B is connected with an inversion unit B of the winch/top drive/turntable variable frequency transmission subsystem. According to the invention, through the distributed arrangement of the electric control system of the drilling machine, the high-efficiency moving performance of the cluster well drilling machine is realized, the electromagnetic compatibility risk is reduced, the equipment failure rate is reduced, and the equipment economy is considered.)

一种丛式井钻机电控系统

技术领域

本发明涉及能源开采领域，尤其涉及一种丛式井钻机电控系统。

背景技术

当前，随着能源需求的日益增长，对石油天然气开发的成本控制要求越来越高。丛式井与单个定向井相比较，可大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求，因而，丛式井广泛应用于海上油田开发、沙漠中油田开发等。

区别于单一定向井，丛式井的作业具有整体性和长期性，因此，无论是钻井技术、作业管理，还是钻井设备上，丛式井作业有着自身的特点。

随着钻井作业市场竞争日趋激烈，油田方对修井承包商的作业设备要求越来越高，作业成本也随之增高，为降低成本和提高工作效率，现在越来越多的钻机要求能够实现快速移运性，便利的实现丛式井钻井。

目前，常规丛式井钻机电控系统中，供电系统额定电压一般为600VAC或660VAC，由柴油发电机组提供或由来自工业电网的变电站降压提供，其电控系统架构如下：

1.电控房位于动力区域，内置发电机控制系统、变频传动系统、MCC配电系统、照明系统、控制系统等；其中，变频传动系统包含整流单元、逆变单元、制动单元、制动电阻等，该系统为绞车、顶驱、转盘、泥浆泵等三相低压交流变频电机负载提供动力，最终由电控房集中输出低压动力、控制信号。

2.井口区域布置的设备包含司钻房、绞车、转盘、顶驱、振动筛罐、泥浆缓冲循环装置、防喷装置、录井装置等。

3.为满足快速移运性，分断采用专用电缆槽装置，用于存储和移运电控房至井口区域各设备的低压动力、控制信号、通讯线缆；并在中间设置多个接插件转接装置，便于快速插接。

然而，随着井场丛式井口数量的增多，平移距离不断增加，现有技术存在着如下缺陷和不足：

1.不利于快速移运。由于电控房为井口区域设备集中提供低压动力、控制信号，传输电缆较多，运输途中，则需要分断运输，运输模块较多，也增加了设备安装工作量；在丛式井作业过程中，限制了其移运效率。

2.电磁兼容风险较高。由于电控房至井口区域的电缆较长，长距离电缆增加了敷设难度，同时也增加了电缆的电磁兼容风险，变频器到三相低压交流变频电机的变频电缆易干扰相邻电气回路，也易受外界电磁辐射干扰。

3.设备故障率增加。由于长距离电缆，中间设置了多个接插件转接装置，存在着较高的故障率。接插件在安装、移运过程中，插针及插孔之间的连接，因各种原因会存在磨损和损坏，导致插接不良，引起动力中断或信号丢失等现象，且不易排除故障位置，导致设备停机。

4.设备成本较高。低压动力、控制信号电缆的传输介质多为铜，随着原材料的稀缺性，电缆的成本呈上升趋势；且随着丛式井井口数量的增多，电缆距离越长，电缆成本越高。另外，中间转接接插件数量较多，尤其是将在接插件转接装置位于防爆区域的场合，均需要采用防爆接插件，接插件成本更高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种丛式井钻机电控系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种丛式井钻机电控系统，包括动力区域和井口区域，所述动力区域和井口区域连接，实现动力区域与井口区域之间的输电、通讯和控制；

所述动力区域包括发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统、控制机柜A和变压装置A；其中，泥浆泵变频传动子系统用于驱动各个泥浆泵对应的变频电机；所述井口区域包括变频电机组、绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和控制机柜B和变压装置B；其中，绞车/顶驱/转盘变频传动子系统用于分别驱动绞车、顶驱、转盘对应的变频电机；

所述发电机控制子系统通过三相交流低压母线分别与动力区MCC配电照明子系统、泥浆泵变频传动子系统和变压装置A连接，所述泥浆泵变频传动子系统与控制机柜A连接；

所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B通过三相交流低压母线连接，所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统分别连接变频电机组和控制机柜B；

所述变压装置A和变压装置B通过输电线缆连接，实现动力区域与井口区域之间的输电；

所述控制机柜A和控制机柜B通过通讯线缆连接，实现动力区域与井口区域之间的通讯和控制。

进一步的，所述泥浆变频传动子系统包括整流单元A和逆变单元A，所述整流单元A一端连接三相低压交流母线，另一端通过共用直流母线连接逆变单元A，所述逆变单元A与控制机柜A连接。

进一步的，所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统包括整流单元B、逆变单元B、制动单元和制动电阻；所述整流单元B一端连接三相低压交流母线，另一端通过共用直流母线连接逆变单元B和制动单元；所述制动单元与制动电阻连接；所述逆变单元B与控制机柜B连接。

其中，整流单元把交流电整流成为直流电，为逆变装置提供直流电源。逆变单元为交流变频电机提供变频电源，精确控制电机速度。制动单元与制动电阻一起组成能耗制动装置，用于消耗直流母线上的所有逆变装置产生的回馈能量，完成能耗制动功能。

进一步的，所述发电机控制子系统包括发电机组和供电开关；所述发电机组通过供电开关与三相低压交流母线连接，用于控制对动力区域和井口区域的供电。

进一步的，所述输电线缆采用高压输电线缆，其电压为3kV~35kV。

进一步的，所述通讯线缆采用光纤或双绞线。

进一步的，所述变压装置A为低压转高压的变压装置，并设置有相应的低压保护开关。

进一步的，所述变压装置B为高压转低压的变压装置，并设置有相应的低压保护开关。

进一步的，所述变频电机组包括绞车A三相低压交流变频电机、绞车B三相低压交流变频电机、转盘三相低压交流变频电机和顶驱三相低压交流变频电机，均与逆变单元B连接。

进一步的，还包括泥浆泵区域，所述泥浆泵区域与动力区域连接，所述泥浆泵区域包括泥浆泵三相低压交流变频电机组，所述的泥浆泵三相低压交流变频电机组与动力区域的逆变单元A连接。

本发明的有益效果：

1）：利于快速移运，井口区域与动力区域仅包含两根线缆，分别为高压输电线缆及通讯线缆，省去了中间的多段存储电缆的专用电缆槽装置及转接装置，移运更加方便；

2）：电磁兼容性更优，由于变频传动系统采用分布式布置，就近提供三相交流低压变频动力，大幅度降低了电磁干扰风险；

3）：设备故障率更低，井口区域与动力区域的中间端线缆很少，仅含两根线缆，中间端无需设置转接插件，很大程度的减少了设备故障风险；

4）：设备经济性更好，对于长距离丛式井，特别是要求采用防爆电气设备的场合，以及要求采用进口品牌线缆及接插件的情况下，本发明的成本优势愈加明显。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，一种丛式井钻机电控系统，包括动力区域和井口区域，所述动力区域和井口区域连接，实现动力区域与井口区域之间的输电、通讯和控制；

所述动力区域包括发电机控制子系统、泥浆泵变频传动子系统、动力区MCC配电照明子系统、控制机柜A和变压装置A；所述井口区域包括变频电机组、绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和控制机柜B和变压装置B；

所述发电机控制子系统通过三相交流低压母线分别与动力区MCC配电照明子系统、泥浆泵变频传动子系统和变压装置A连接，所述泥浆泵变频传动子系统与控制机柜A连接；

所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统、井口区MCC配电照明子系统和变压装置B通过三相交流低压母线连接，所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统分别连接变频电机组和控制机柜B；

所述变压装置A和变压装置B通过输电线缆连接，实现动力区域与井口区域之间的输电；

所述控制机柜A和控制机柜B通过通讯线缆连接，实现动力区域与井口区域之间的通讯和控制。

其中，所述泥浆变频传动子系统包括整流单元A和逆变单元A，所述整流单元A一端连接三相低压交流母线，另一端通过共用直流母线连接逆变单元A，所述逆变单元A与控制机柜A连接。

其中，所述绞车/顶驱/转盘变频传动子系统包括整流单元B、逆变单元B、制动单元和制动电阻；所述整流单元B一端连接三相低压交流母线，另一端通过共用直流母线连接逆变单元B和制动单元；所述制动单元与制动电阻连接；所述逆变单元B与控制机柜B连接。

其中，所述发电机控制子系统包括发电机组和供电开关；所述发电机组通过供电开关与三相低压交流母线连接。

其中，所述输电线缆采用高压输电线缆，其电压为3kV~35kV。

其中，所述通讯线缆采用光纤或双绞线。

其中，所述变压装置A为低压转高压的变压装置，并设置有相应的低压保护开关。

其中，所述变压装置B为高压转低压的变压装置，并设置有相应的低压保护开关。

其中，所述变频电机组包括绞车A三相低压交流变频电机、绞车B三相低压交流变频电机、转盘三相低压交流变频电机和顶驱三相低压交流变频电机，均与逆变单元B连接。

其中，还包括泥浆泵区域，所述泥浆泵区域与动力区域连接，所述泥浆泵区域包括泥浆泵三相低压交流变频电机组，所述的泥浆泵三相低压交流变频电机组与动力区域的逆变单元A连接。

在优选的实施过程中，三相交流低压母线的电源由发电机组或者工业电网变电站提供，电压为380V～690V，频率为50Hz或60Hz，分别供给动力区域和井口区域的电控房。

在优选的实施过程中，对于井口区域，绞车/顶驱/转盘变频传动子系统根据井口负荷情况，可配置1台或2台整流单元，制动单元根据其容量不同，也可配置1台或2台制动单元。

在优选的实施过程中，对于动力区域，泥浆泵变频传动子系统根据钻机泥浆泵负荷情况，可配置1台或2台整流单元。

本发明通过分布式布置钻机电控系统，在动力区域和井口区域采用中高压进行输电，以实现丛式井钻机高效率的移运性，减少电磁兼容风险，降低设备故障率，并兼顾设备经济性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。