石油钻机多台变频电机并联运行时负荷均衡分配控制系统.docx
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石油钻机多台变频电机并联运行时负荷均衡分配控制系统
项目编号:
北京四利通控制技术股份有限公司
研究开发项目计划书
项目名称:
自动化猫道在石油钻机上的应用
承担单位:
北京四利通控制技术股份有限公司
项目负责人:
肖自琦
一、项目概述
1.立项目的及必要性
随着我国机械自动化水平的逐步提高,我国石油钻机行业的自动化过程也取得了明显的进步,石油钻机的主题配套设备已经到了国际水平,但是石油钻机的外围配套设备还基本处在20世纪60-70年代的水平,劳动强度大,危险系数高。
自动化猫道的研究和应用,就是要解决目前我国石油钻机的这个矮板问题。
新型自动化猫道的研究和应用,可以使石油钻机起下钻具操作中,钻杆、油管、套管以及各种工具上下钻台操作简单安全,提高工作效率和安全性差,减少作业人员的劳动强度和危险,提升我国钻机配套安全性、机械化和智能化水平。
这种自动化猫道的研制成功,结合二层台钻柱自动排放装置、铁钻工一起使用,可以极大地提高整套钻机、修井机的机械化和自动化水平,使钻机的整体水平和自动化能力进一步提高。
随着石油钻井技术的迅速提升和石油市场的对外拓展,对钻机自动化程度的要求会越来越高。
所以进行自动化猫道的研究和应用具有重要的意义。
2.项目采用的关键技术
自动化猫道控制系统,采用了遥控远程控制的方式,大大提高了生产效率,PLC编程采用了互锁,运行期间如果误操作不会产生影响。
如何保证液、气缸正常工作保证缸内压力保持稳定得到了解决。
要实现自动猫道一键系统,必须要满足如下技术要求:
(1)PLC程序的互锁问题
(2)液、气缸的压力稳定问题;
3.项目的创新点
1.钻具进入和移出自动化猫道的方式。
2.钻具在自动化猫道台面和钻台之间的上提下放。
通过自动化控制实现钻杆、钻铤、套管等钻具在猫道和钻台之间的上下移动,替代人工栓绳套,利用气动绞车提升上钻台或将钻杆甩下钻台的作业。
3.自动化猫道配有系统断电、元器件故障以及误操作等多项安全保护。
为保护自动猫道操作平稳、安全、可靠,在控制系统内增加多项安全保护,以避免钻具失控发生下砸事故。
4.遥控集中操作。
吧自动化猫道液缸、气缸、液压站电机等所有设备或不见得控制集中在一起,集成在一个控制箱内便于操作,另外还配置了一个便携式的控制箱,随身携带便于远程遥控。
二、项目市场前景分析
1.项目产品市场概况及需求情况
我们公司是一家专门从事石油钻机电气控制系统设计、制造及调试服务的专业公司,每年都会承接一些钻井架猫道改造项目,由于以往上提或下方钻具都是有4-6人操作,费时费力。
我公司开发的自动化猫道控制系统实现了这一技术攻关及突破,自动化猫道的成功应用可大大缩短钻井时间,提高钻井效率,降低作业成本。
此项技术的公关及突破,也会对企业带来很多的经济效益极好的产品声誉。
2.发展状况
我国现有钻机在钻井过程中,上、下钻具仍以工人手工操作配合钻台与猫道上的气动绞车拉、拽的方式进行,其具体过程如下:
上钻具:
首先工人将钻具从钻杆架推入至猫道上,由钻台上面的气动绞车下放钢丝绳挂住钻具顶部,利用索具直接把钻具沿着猫道和坡道提升至钻台面,然后两个工人用铁钩钩住钻具下部,慢慢移送到小鼠洞中,用吊卡卡住钻具,等待吊环钩住吊卡,将钻具拉起送入井口。
下钻具:
利用钻台上面气动绞车首先挂住钻具顶部,再用猫道上的气动绞车钩住钻具底部,将钻具拉入坡道内,沿坡道的V型槽滑入至猫道上,要两部气动绞车配合使用才能将钻具滑向猫道尾部至合适位置。
最后拆掉两部气动绞车的钢丝绳,由工人将钻具从猫道上面推回至钻杆排放架上。
上述操作的缺点是需要3至4个工人配合,操作效率低、工人劳动强度大、安全性差、钻具的损坏程度也很高。
因此井场钻具自动上、下钻台装置研究和设计,具有重要的现实意义。
3.未来发展趋势
在未来几年到十几年期间,我国的钻井勘探逐步向纵深的海洋发展,对钻井机械自动化水平的要求也逐步提高,特别是在海洋钻井机械设备自动化、安全性以及人员配备方面。
为满足这些要求,自动化猫道技术得到了重视和发展,为此,钻杆的自动处理装置也得以快速发展。
动力猫道可与钻杆自动化处理装置、钻具自动排放装置、气动卡瓦和铁钻工联合使用,使其进口实现钻杆操作的全自动化或者半自动化,可提高钻井的工作效率和安全性,该技术在海洋钻井平台上有广阔的应用前景。
三、项目研发目标
研制1套自动化猫道运行系统,其电气技术性能指标为:
处理管子最大直径:
20英寸
处理管子最大长度:
13米
处理管子最大重量:
4-5吨
速度:
30-40根/小时
举升钻具的最大直径举升钻具的最大直径339.7mm
举升最大重量10kN
配套钻机5000m双升
型式四连杆机构
动力猫道云梁上校车的运动距离5.5m
钻杆最大举升高度10m
钻杆架高度1500mm
4、项目研发团队
1、主要研发人员
序号
姓名
性别
年龄
毕业院校
学历
职务
在本项目中的具体工作
1
肖自琦
男
天津大学
本科
技术专家
项目负责人
2
王帅
男
24
北京交通大学海滨学院
本科
研发工程师
现场调试
3
梁磐
男
24
中国石油大学胜利学院
本科
研发工程师
现场调试
4
毋晓龙
男
25
山西大同大学
本科
研发工程师
程序设计
5
宋辰
男
27
天津工业大学
本科
研发工程师
图纸设计
2、项目负责人基本情况
姓名
肖自琦
身份证件号码
620502************
学历
大学本科
所学专业
工业企业电气化与自动化
目前与企业之间的关系
技术专家
毕业学校
天津大学
手机
e-mail
通信地址
北京市通州区中关村科技园金桥科技产业基地景盛南二街12#
自我陈述:
87年大学毕业后被分配到天水电气传动研究所工作,2005年来北京四利通公司工作至今,从事过多个工程项目的设计和调试,尤其是对变频设计及研究应用经验丰富,并且具有一定的研发能力,能全力负责完成该科研项目的研制开发。
自我评价(写出本人专长、优势):
各种电控系统线路板电子电路设计;
矿井提升大功率电机调速系统交交变频器设计;
各种大型复杂工程项目传动系统的现场调试。
学习和工作经历(学历高者重点写学历):
大学本科。
在本公司职务及担任职责:
高级技术专家
取得职称(职称全称、取得时间):
本科学士学位、高级工程师
主持或主要参加过的技术、产品开发工作:
(项目历时?
过程中解决什么重大问题,最终取得了什么(数据化)的业绩,体现个人专长和优势。
)
6000米电驱动沙漠钻机特等奖;
90年代,电驱动钻机技术国产化项目组核心骨干成员;
电驱动钻机电控发电系统、传动系统的控制线路板设计;
矿井提升电控传动系统的控制线路板设计;
轧钢电控传动系统的控制线路板设计。
取得知识产权情况:
写出所有知识产权(列表)
数个专利发明
所获国家或者省市级给予的奖励与认定(时间,名称):
荣获天水市科技进步三等奖两项,
五、项目技术路线
1.项目总体技术概述
自动化猫道主要由六部分组成,分别是云梁、支架、猫道主体、钻杆排放架、液压站及控制台,其中支架分为前支架和后支架两部分,猫道主体分为前台和后台,各部分之间靠销轴铰接在一起。
自动化猫道各环节的动作是通过电、气、液三路控制相应的执行部件所实现的,液、气路控制系统主要集中在液压站上,电路控制系统主要集中在控制台上。
液压站是自动化猫道的动力之源,为猫道的所有动作提供源动力。
控制台是自动化猫道的控制核心,是所有动作的法令机构,任何一个动作指令均是从此发出。
2.项目所依据的技术原理
液、气路控制系统的(液压站)设计
液压站外形尺寸:
长4300mm,宽1500mm,高1070mm,外部框架主要由δ12板材、100*100*6方管等材料组焊而成,内部主要部件包括防爆电机、高压齿轮泵、油箱、联轴器、囊式储能器、防爆电磁换向阀、卸荷溢流阀、分流节流阀、高压截止阀等部件。
液压站工作原理如下图
控制台控制面板布局如下
控制台是自动化猫道所有命令的发出机构,液压站控制箱是自动化猫道的中间执行机构。
电路控制简易流程图如下
猫道的控制程序是在满足猫道各环节动作的前提下,根据不同的动作编制相应的功能块,使各环节动作之间增加互锁,确保自动化猫道整体的连接性。
3.主要技术与性能指标
液压站主要电气技术性能指标:
最高工作压力:
16MPa
油泵排量:
80ml/r
电动机额定功率:
37KW
电动机级数:
4级
蓄能器充气电压:
10MPa
油箱有效容积:
860L
执行电磁兼容EMC标准
5.项目实现的质量标准类型、标准名称
项目设计、制造、检测及运行调试,严格按ISO9001标准执行。
6.通过本项目实施企业新获得的相关资质证书等
无
7.项目技术方案的可行性、合理性分析
我们公司投入有经验的科研人员研制1套自动猫道控制系统。
既可以“手动”操作也可以“联动”一键操作。
我们公司是一家从事各种电气技术应用的专业公司,积累了丰富的现场应用经验,加上从事过国内众多重大项目研究的科技人员,如:
大功率交交变频器,大功率高压变频器,国内第一套电动钻机的研制等项目。
使所开发产品的可靠性达到可靠运行的理想水平。
六、项目创新点
1.项目理论创新
该项目的理论创新点是:
通过远程设备控制PLC进行操作,控制电磁阀与接触器的通断,进而实现气缸与液缸的运行。
实现起下钻的远程操作。
自动猫道的成功应用可以使钻井过程的起下钻操作简单安全,减少作业人员的劳动强度和施工危险,提高整体的工作效率,使钻机的整体水平和自动化能力得到进一步提高。
2.项目应用创新
自动化猫道控制系统不仅能满足陆地石油钻机行业,也可以满足海洋石油钻机行业的应用,大大提升生产效率,钻机的自动化能力进一步提升。
3.项目产品技术创新(如:
功能创新、形式创新、服务创新、技术创新)
(1)远程遥控操作面板操作
(2)一键联动操作
4.项目在工艺上创新(如:
工艺路线创新、工艺设备创新、工艺环节创新)
无
5.项目在结构上创新(如:
产品结构创新、工艺结构创新)
无
七、预期可取得的成果
项目完成计划时解决的关键技术问题
(1)一键联动运行时,猫道的控制程序是在满足各环节的动作前提下,根据不同的动作编制相应的功能块,使各个环节动作之间增加互锁,确保自动化猫道整体的连续性。
(2)液压站的设计,需保证各个节点气、液的压力保持充足。
机械结构强度稳定,安全。
2.项目完成计划时达到的技术性能指标
处理管子最大直径:
20英寸
处理管子最大长度:
13米
处理管子最大重量:
4-5吨
速度:
30-40根/小时
举升钻具的最大直径举升钻具的最大直径339.7mm
举升最大重量10kN
配套钻机5000m双升
型式四连杆机构
动力猫道云梁上校车的运动距离5.5m
钻杆最大举升高度10m
最高工作压力:
16MPa
油泵排量:
80ml/r
电动机额定功率:
37KW
电动机级数:
4级
蓄能器充气电压:
10MPa
油箱有效容积:
860L
执行电磁兼容EMC标准
防护等级:
IP40
八、项目实施风险及应对措施
1.技术风险
因为我们公司自成立至今,一直专注于石油钻机控制系统的设计,制造,调试等工作,对石油钻机控制系统的应用和结构等性能比较了解,所以我们积累了丰富的应用经验,另外我们长期研究如何提高遥控手柄和S7-300西门子PLC之间操作的稳定性。
气、液缸的稳定性。
不存在风险。
2.市场风险
我们公司是一家主要从事石油钻机电气控制系统的专业公司,在石油钻机电气控制系统制造占领了一定的市场份额,公司产值每年都在递增,所以就自己公司的应用也市场不存在风险。
应对措施:
即使钻机电控系统出现萎缩,自动猫道控制系统可以覆盖海洋和陆地市场。
所以市场前景无限。
3.财务风险
无
应对措施:
无
4.人才风险
目前公司技术人员都具有大专以上的文聘,每年都有大学生进入
公司发展,并且公司的技术骨干都参与并掌握了自动化猫道控制系
统的主要技术,所以不存在人才风险。
5.政策风险
石油钻井技术的创新一直都符合国家发展政策,所以不存在风险
九、项目竞争优劣势分析
1.项目产品的主要竞争者
在国内几年来做石油钻机电气控制系统的公司,很多公司暂时,所以竞争对手很少。
2.项目产品技术性能比较优势
其技术性能指标达到国外同类产品的领先水平,在此方面将
会填补国内空白。
3.项目产品其他市场竞争优势(初创期企业创新项目可不填此栏)
公司具有一批经验丰富的科研技术队伍,完全能保证产品的顺利完成。
十、项目实施进度
2014年6月1日~2014年6月20日完成方案确定;
2014年6月21日~2014年7月15日完成控制系统原理图设计、结构及采购;
2014年7月16日~2014年7月26日完成装配及接线;
2014年7月27日~2014年11月20日完成出厂和现场运行调试及用户验收;
2014年11月21日~2014年12月31日改善改进
十一、项目经费预算(列表)
单位:
万元
项目经费预算
科目
金额
主要用途
备注
人员费
50.00
仪器设备费
12.00
能源材料费
0
新产品设计费
8.00
差旅费
10.00
其他费用
合计
80.00