石油鉆機多臺變頻電機并聯(lián)運行時負荷均衡分配控制系統(tǒng)研究

1、項目編號:北京四利通控制技術股份有限公司研究開發(fā)項目計劃書項目名稱：自動化貓道在石油鉆機上的應用承擔單位：北京四利通控制技術股份有限公司項目負責人：肖自琦一、項目概述1 立項目的及必要性隨著我國機械自動化水平的逐步提高，我國石油鉆機行業(yè)的自動化過程也取得了明顯的進步，石油鉆機的主題配套設備已經(jīng)到了國際水平，但是石油鉆機的外圍配套設備還基本處在20世紀60-70年代的水平，勞動強度大，危險系數(shù)高。自動化貓道的研究和應用，就是要解決目前我國石油鉆機的這個矮板問題。新型自動化貓道的研究和應用，可以使石油鉆機起下鉆具操作中，鉆桿、油管、套管以及各種工具上下鉆臺操作簡單安全，提高工作效率和安全性差，減少

2、作業(yè)人員的勞動強度和危險，提升我國鉆機配套安全性、機械化和智能化水平。這種自動化貓道的研制成功，結合二層臺鉆柱自動排放裝置、鐵鉆工一起使用，可以極大地提高整套鉆機、修井機的機械化和自動化水平，使鉆機的整體水平和自動化能力進一步提高。隨著石油鉆井技術的迅速提升和石油市場的對外拓展，對鉆機自動化程度的要求會越來越高。所以進行自動化貓道的研究和應用具有重要的意義。2項目采用的關鍵技術自動化貓道控制系統(tǒng)，采用了遙控遠程控制的方式，大大提高了生產(chǎn)效率，PLC編程采用了互鎖，運行期間如果誤操作不會產(chǎn)生影響。如何保證液、氣缸正常工作保證缸內壓力保持穩(wěn)定得到了解決。要實現(xiàn)自動貓道一鍵系統(tǒng)，必須要滿足如下技術要

3、求：(1) PLC程序的互鎖問題(2)液、氣缸的壓力穩(wěn)定問題；3項目的創(chuàng)新點1 鉆具進入和移出自動化貓道的方式。2 .鉆具在自動化貓道臺面和鉆臺之間的上提下放。通過自動化控制實現(xiàn)鉆桿、鉆鋌、套管等鉆具在貓道和鉆臺之間的上下移動，替代人工栓繩套，利用氣動絞車提升上鉆臺或將鉆桿甩下鉆臺的作業(yè)。3 .自動化貓道配有系統(tǒng)斷電、元器件故障以及誤操作等多項安全保護。為保護自動貓道操作平穩(wěn)、安全、可靠，在控制系統(tǒng)內增加多項安全保護，以避免鉆具失控發(fā)生下砸事故。4 遙控集中操作。吧自動化貓道液缸、氣缸、液壓站電機等所有設備或不見得控制集中在一起，集成在一個控制箱內便于操作，另外還配置了一個便攜式的控制箱，隨身

4、攜帶便于遠程遙控。二、項目市場前景分析1項目產(chǎn)品市場概況及需求情況我們公司是一家專門從事石油鉆機電氣控制系統(tǒng)設計、制造及調試服務的專業(yè)公司，每年都會承接一些鉆井架貓道改造項目，由于以往上提或下方鉆具都是有4-6人操作，費時費力。我公司開發(fā)的自動化貓道控制系統(tǒng)實現(xiàn)了這一技術攻關及突破，自動化貓道的成功應用可大大縮短鉆井時間，提高鉆井效率，降低作業(yè)成本。此項技術的公關及突破，也會對企業(yè)帶來很多的經(jīng)濟效益極好的產(chǎn)品聲譽。2發(fā)展狀況我國現(xiàn)有鉆機在鉆井過程中，上、下鉆具仍以工人手工操作配合鉆臺與貓道上的氣動絞車拉、拽的方式進行，其具體過程如下：上鉆具：首先工人將鉆具從鉆桿架推入至貓道上，由鉆臺上面的氣動

5、絞車下放鋼絲繩掛住鉆具頂部，利用索具直接把鉆具沿著貓道和坡道提升至鉆臺面，然后兩個工人用鐵鉤鉤住鉆具下部，慢慢移送到小鼠洞中，用吊卡卡住鉆具，等待吊環(huán)鉤住吊卡，將鉆具拉起送入井口。下鉆具：利用鉆臺上面氣動絞車首先掛住鉆具頂部，再用貓道上的氣動絞車鉤住鉆具底部，將鉆具拉入坡道內，沿坡道的V型梢滑入至貓道上，要兩部氣動絞車配合使用才能將鉆具滑向貓道尾部至合適位置。最后拆掉兩部氣動絞車的鋼絲繩，由工人將鉆具從貓道上面推回至鉆桿排放架上。上述操作的缺點是需要3至4個工人配合，操作效率低、工人勞動強度大、安全性差、鉆具的損壞程度也很高。因此井場鉆具自動上、下鉆臺裝置研究和設計，具有重要的現(xiàn)實意義。3未來

6、發(fā)展趨勢在未來幾年到十幾年期間，我國的鉆井勘探逐步向縱深的海洋發(fā)展，對鉆井機械自動化水平的要求也逐步提高，特別是在海洋鉆井機械設備自動化、安全性以及人員配備方面。為滿足這些要求，自動化貓道技術得到了重視和發(fā)展，為此，鉆桿的自動處理裝置也得以快速發(fā)展。動力貓道可與鉆桿自動化處理裝置、鉆具自動排放裝置、氣動卡瓦和鐵鉆工聯(lián)合使用，使其進口實現(xiàn)鉆桿操作的全自動化或者半自動化，可提高鉆井的工作效率和安全性，該技術在海洋鉆井平臺上有廣闊的應用前景。三、項目研發(fā)目標研制1套自動化貓道運行系統(tǒng)，其電氣技術性能指標為:處理管子最大直徑：20英寸處理管子最大長度：13米處理管子最大重量：4-5噸速度：30-40根

7、/小時舉舟占具的最大直徑舉升鉆具的最大直徑339.7mm舉升最大重量10kN配套鉆機5000m雙升型式四連桿機構動力貓道右梁上校車的運動距離5.5m鉆桿最大舉升高度10m鉆桿架高度1500mm四、項目研發(fā)團隊1、主要研發(fā)人員序號姓名性別年齡畢業(yè)院校學歷職務在本項目中的具體工作1肖自琦男天津大學本科技術專豕項目負責人2王帥男24北京交通大學海濱學院本科研發(fā)工程師現(xiàn)場調試3梁磐男24中國石油大學本科研發(fā)工程師現(xiàn)場調試勝利學院4毋曉龍男25山西大同大學本科研發(fā)工程師程序設計5宋辰男27天津工業(yè)大學本科研發(fā)工程師圖紙設計2、項目負責人基本情況姓名肖自琦身份證件號

8、歷大學本科所學專業(yè)工業(yè)企業(yè)電氣化與自動化目前與企業(yè)之間的關系技術專家畢業(yè)學校天津大學手機e-mail通信地址北京市通州區(qū)中關村科技園金橋科技產(chǎn)業(yè)基地景盛南二街12#自我陳述:87年大學畢業(yè)后被分配到天水電氣傳動研究所工作，2005年來北京四利通公司工作至今，從事過多個工程項目的設計和調試，尤其是對變頻設計及研究應用經(jīng)驗豐富，并且具有一定的研發(fā)能力，能全力負責完成該科研項目的研制開發(fā)。自我評價（寫出本人專長、優(yōu)勢）：各種電控系統(tǒng)線路板電子電路設計；礦井提升大功率電機調速系統(tǒng)交交變頻器設計;各種大型復雜工程項目傳動系統(tǒng)的現(xiàn)場調試。學習和工作經(jīng)歷（學歷高者重點寫學歷）：大學本科。在本公司職務及擔任職

9、責：高級技術專家取得職稱（職稱全稱、取得時間）：本科學士學位、高級工程師主持或主要參加過的技術、產(chǎn)品開發(fā)工作：（項目歷時？過程中解決什么重大問題，最終取得了什么（數(shù)據(jù)化）的業(yè)績，體現(xiàn)個人專長和優(yōu)勢。）6000米電驅動沙漠鉆機特等獎；90年代，電驅動鉆機技術國產(chǎn)化項目組核心骨干成員；電驅動鉆機電控發(fā)電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的控制線路板設計；礦井提升電控傳動系統(tǒng)的控制線路板設計；軋鋼電控傳動系統(tǒng)的控制線路板設計。取得知識產(chǎn)權情況：寫出所有知識產(chǎn)權（列表）數(shù)個專利發(fā)明所獲國家或者省市級給予的獎勵與認定（時間，名稱）：榮獲天水市科技進步三等獎兩項，五、項目技術路線1 .項目總體技術概述自動化貓道主要由六部分組

10、成，分別是云梁、支架、貓道主體、鉆桿排放架、液壓站及控制臺，其中支架分為前支架和后支架兩部分，貓道主體分為前臺和后臺，各部分之間靠銷軸校接在一起。自動化貓道各環(huán)節(jié)的動作是通過電、氣、液三路控制相應的執(zhí)行部件所實現(xiàn)的，液、氣路控制系統(tǒng)主要集中在液壓站上，電路控制系統(tǒng)主要集中在控制臺上。液壓站是自動化貓道的動力之源，為貓道的所有動作提供源動力。控制臺是自動化貓道的控制核心，是所有動作的法令機構，任何一個動作指令均是從此發(fā)出。2 .項目所依據(jù)的技術原理液、氣路控制系統(tǒng)的（液壓站）設計液壓站外形尺寸：長4300mm寬1500mm高1070mm外部框架主要由S12板材、100*100*6方管等材料組焊而

11、成，內部主要部件包括防爆電機、高壓齒輪泵、油箱、聯(lián)軸器、囊式儲能器、防爆電磁換向閥、卸荷溢流閥、分流節(jié)流閥、高壓截止閥等部件。S11液壓站示意圖液壓站工作原理如下圖衣之金油kr.。由版他向司對端.他Ifl蒞業(yè)Ml株iji)於1、住山件上尊1N1用if.TKV1G111114J.111M1等*i2LlLL卅口L1m3KMM油注后通¥段俏上ta咕»蛇凱,鼻仲星m2ar用川F*A<K4rri射內】即山,Aflwrftr11汩*i稀州*凡姆用HriOL怦出K-.AIM以生1科氣陽PHdi¥*離二:十輔i'L*T懦M*4*1知巴|.4!TiftHEH*

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13、餐臺拄制面板布局沖出指?；棉D精系打出指示燈燈控制臺是自動化貓道所有命令的發(fā)出機構，液壓站控制箱是自動化貓道的中間執(zhí)行機構。電路控制簡易流程圖如下貓道的控制程序是在滿足貓道各環(huán)節(jié)動作的前提下，根據(jù)不同的動作編制相應的功能塊，使各環(huán)節(jié)動作之間增加互鎖，確保自動化貓道整體的連接性。3.主要技術與性能指標液壓站主要電氣技術性能指標：80ml/r最高工作壓力：16MPa油泵排量:電動機額定功率:電動機級數(shù)：蓄能器充氣電壓：油箱有效容積：執(zhí)行電磁兼容EM麻準37KW10MPa860L5項目實現(xiàn)的質量標準類型、標準名稱項目設計、制造、檢測及運行調試,嚴格按ISO9001標準執(zhí)行。6通過本項目實施企業(yè)新獲得的

14、相關資質證書等無7項目技術方案的可行性、合理性分析我們公司投入有經(jīng)驗的科研人員研制1套自動貓道控制系統(tǒng)。既可以“手動”操作也可以“聯(lián)動”一鍵操作。我們公司是一家從事各種電氣技術應用的專業(yè)公司，積累了豐富的現(xiàn)場應用經(jīng)驗，加上從事過國內眾多重大項目研究的科技人員，如：大功率交交變頻器，大功率高壓變頻器，國內第一套電動鉆機的研制等項目。使所開發(fā)產(chǎn)品的可靠性達到可靠運行的理想水平。六、項目創(chuàng)新點1項目理論創(chuàng)新該項目的理論創(chuàng)新點是：通過遠程設備控制PLC進行操作，控制電磁閥與接觸器的通斷，進而實現(xiàn)氣缸與液缸的運行。實現(xiàn)起下鉆的遠程操作。自動貓道的成功應用可以使鉆井過程的起下鉆操作簡單安全，減少作業(yè)人員的

15、勞動強度和施工危險，提高整體的工作效率，使鉆機的整體水平和自動化能力得到進一步提高。2項目應用創(chuàng)新自動化貓道控制系統(tǒng)不僅能滿足陸地石油鉆機行業(yè)，也可以滿足海洋石油鉆機行業(yè)的應用，大大提升生產(chǎn)效率，鉆機的自動化能力進一步提升。3項目產(chǎn)品技術創(chuàng)新（如：功能創(chuàng)新、形式創(chuàng)新、服務創(chuàng)新、技術創(chuàng)新）（1）遠程遙控操作面板操作（2）一鍵聯(lián)動操作4項目在工藝上創(chuàng)新（如：工藝路線創(chuàng)新、工藝設備創(chuàng)新、工藝環(huán)節(jié)創(chuàng)新）無5項目在結構上創(chuàng)新（如：產(chǎn)品結構創(chuàng)新、工藝結構創(chuàng)新）無七、預期可取得的成果項目完成計劃時解決的關鍵技術問題1）一鍵聯(lián)動運行時，貓道的控制程序是在滿足各環(huán)節(jié)的動作前提下，根據(jù)不同的動作編制相應的功能塊，

16、使各個環(huán)節(jié)動作之間增加互鎖，確保自動化貓道整體的連續(xù)性。2）液壓站的設計，需保證各個節(jié)點氣、液的壓力保持充足。機械結構強度穩(wěn)定，安全。2. 項目完成計劃時達到的技術性能指標處理管子最大直徑：20英寸處理管子最大長度：13處理管子最大重量：4-5速度：30-40根 / 小時舉升鉆具的最大直徑舉升鉆具的最大直徑339.7mm舉升最大重量10kN配套鉆機5000m雙升型式四連桿機構動力貓道云梁上校車的運動距離5.5m鉆桿最大舉升高度10m最高工作壓力：16MPa油泵排量： 電動機額定功率： 電動機級數(shù)： 蓄能器充氣電壓： 油箱有效容積：80ml/r37KW4級10MPa860L執(zhí)行電磁兼容EM麻準防

17、護等級：IP40八、項目實施風險及應對措施1技術風險因為我們公司自成立至今，一直專注于石油鉆機控制系統(tǒng)的設計，制造，調試等工作，對石油鉆機控制系統(tǒng)的應用和結構等性能比較了解，所以我們積累了豐富的應用經(jīng)驗,另外我們長期研究如何提高遙控手柄和S7-300西門子PLC之間操作的穩(wěn)定性。氣、液缸的穩(wěn)定性。不存在風險。2市場風險我們公司是一家主要從事石油鉆機電氣控制系統(tǒng)的專業(yè)公司，在石油鉆機電氣控制系統(tǒng)制造占領了一定的市場份額，公司產(chǎn)值每年都在遞增，所以就自己公司的應用也市場不存在風險。應對措施：即使鉆機電控系統(tǒng)出現(xiàn)萎縮，自動貓道控制系統(tǒng)可以覆蓋海洋和陸地市場。所以市場前景無限。3. 財務風險無應對措施：無4人才風險目前公司技術人員都具有大專以上的文聘，每年都有大學生進入公司發(fā)展，并且公司的技術骨干都參與并掌握了自動化貓道控制系統(tǒng)的主要技術，所以不存在人才風險。5政策風險石油鉆井技術的創(chuàng)新一直都符合國家發(fā)展政策，所以不存在風險九、項目競爭優(yōu)劣勢分析1 .項目產(chǎn)品的主要競爭者在國內幾年來做石油鉆機電氣控制系統(tǒng)的公司，很多公司暫時，所以競爭對手很少。2 .項目產(chǎn)品技術性能比較優(yōu)勢其技術性能指標達到國外同類產(chǎn)品的領先水平，在此方面將會填補國內空白。3 .項目產(chǎn)品其他市場競爭優(yōu)勢（初創(chuàng)期企業(yè)創(chuàng)新項目可不填此欄）公