【正文】 西安石油大學(xué)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鉆機(jī)井場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用摘要 石油鉆井是一個(gè)復(fù)雜、完整的工業(yè)系統(tǒng)。石油鉆機(jī)屬于重型礦業(yè)機(jī)械，是有多種機(jī)器設(shè)備組成、具有多種功能的聯(lián)合工作機(jī)組。目前在全數(shù)字電控控制技術(shù)基礎(chǔ)上，現(xiàn)已進(jìn)入智能化鉆機(jī)電控系統(tǒng)的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)階段。本課題主要研究石油鉆機(jī)井場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電路系統(tǒng)。本文主要內(nèi)容包括石油鉆機(jī)井場(chǎng)電氣系統(tǒng)防爆區(qū)域的劃分、固控電路、井場(chǎng)防爆、照明系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、避雷系統(tǒng)等基礎(chǔ)介紹。具體包括了電路分區(qū)的計(jì)算，爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備及其圖片。還在鉆機(jī)井電系統(tǒng)方面系統(tǒng)地加以分析和總結(jié)。文章結(jié)尾還介紹了石油井場(chǎng)電氣安裝、調(diào)試、控制方式及發(fā)展趨勢(shì)。最終對(duì)石油鉆機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，提出了實(shí)用的電路和配電系統(tǒng)。關(guān)鍵字： 鉆機(jī)井場(chǎng)；電氣系統(tǒng)；控制；照明；防爆Well site drilling rig design and application of standard circuitAbstract Oil drilling is a plex and plete industrial system. Oil rig is heavy mining machinery, is joint work units. Which posed of a variety of machinery and equipment, with a variety of in based on control of all digital electronic control technology, and now in the stage of researching rig of electric control system and developing technology. This topic main Research oil drilling well site standard circuitry. The main contents includes division of oil rig drill electrical system explosionproof areas, solid control circuit, the well site explosion, lighting, grounding systems, lightning protection systems ect. including the calculation of the circuit partitioning, electrical equipment for explosive gas atmospheres and images. Also analyzed and summarized the drill wells electrical systems systematically. End of the article also describes the oil well electrical installation, missioning, control and development simple design on the oil rig39。s control system, proposed practical circuits and distribution systems.Key words: Rig drill；The electrical system；control； lighting； explosionproof西安石油大學(xué)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄1 緒論 12 石油鉆機(jī)井場(chǎng)電氣系統(tǒng)概述 2 特點(diǎn)、用途 2 系統(tǒng)組成 2 工作原理依據(jù) 23 石油鉆機(jī)井場(chǎng)的防爆要求 5 防爆原理 5 防爆措施 5 爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所用防爆電氣設(shè)備 6 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備危險(xiǎn)場(chǎng)所分類 6 我國(guó)危險(xiǎn)場(chǎng)所分類現(xiàn)狀 6 國(guó)際上危險(xiǎn)場(chǎng)所分類 7 石油井場(chǎng)防爆區(qū)域的劃分 7 美國(guó)石油協(xié)會(huì)規(guī)范 7 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 7 防爆電氣設(shè)備的安全 8 對(duì)環(huán)境條件的要求 8 對(duì)設(shè)備安裝的要求 84 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 9 隔爆型電氣設(shè)備 9 定義 9 防爆依據(jù) 9 隔爆外殼承擔(dān)著兩項(xiàng)任務(wù) 9 增安型電氣設(shè)備 9 定義 9 隔爆原理 9 本質(zhì)安全型電氣設(shè)備 9 定義 9 隔爆原理依據(jù) 10 正壓型電氣設(shè)備 10 定義 10 防爆原理 10 防爆措施 10 常用防爆電器 10 13 照明系統(tǒng) 13 照明原則 13 井場(chǎng)防爆照明 13 應(yīng)急照明 13 光源 13 燈具安裝要求 14 燈具安裝 14 燈具型號(hào) 14 15 要求 15 接地電纜 16 對(duì)接地系統(tǒng)的檢測(cè) 16 避雷系統(tǒng) 16 防雷類別 16 防護(hù)措施 16 設(shè)計(jì)方法 17 井場(chǎng)電路性能參數(shù) 17 設(shè)計(jì)制造依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 17 防爆等級(jí) 17 電源電壓 17 電源頻率 17 適應(yīng)環(huán)境 17 絕緣強(qiáng)度 17 17 17 19 1罐（振動(dòng)篩罐）區(qū) 19 2罐(中間罐)區(qū) 19 3循環(huán)罐區(qū) 19 4循環(huán)罐區(qū) 20 5循環(huán)罐、冷卻水罐區(qū) 20 6循環(huán)罐區(qū) 206 石油井場(chǎng)電氣安裝與調(diào)試 21 安裝前的準(zhǔn)備工作 21 安裝注意事項(xiàng) 21 安裝步驟 21 21 22 22 安裝后的檢查 22 調(diào)試步驟 237 陸上石油機(jī)井電系統(tǒng)鉆的控制方式及發(fā)展趨勢(shì) 25 簡(jiǎn)述 25 控制方式 25 集中控制方式 25 分散控制方式 26 半集中控制方式 26 發(fā)展趨勢(shì) 27結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 34致謝 35II1 緒論石油是一種不可再生資源，其最基本的特征就是稀缺性。石油是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的“血液”，是當(dāng)今最重要的能源之一。它與人們的衣食住行密切相關(guān)，它是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)，它能夠影響一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的發(fā)展，直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定，更能導(dǎo)致一個(gè)國(guó)家或地區(qū)政治經(jīng)濟(jì)的安定。正因?yàn)槿绱?，石油引起了很多?zhàn)爭(zhēng)，給人們帶來(lái)了諸多的不幸，由此可見(jiàn)，石油對(duì)全人類是多么的重要。我國(guó)既是一個(gè)石油資源大國(guó)，又是一個(gè)石油生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。我國(guó)原油儲(chǔ)量列第10位，天然氣儲(chǔ)量列于第20位。石油(含天然氣)鉆井為石油工業(yè)最重要的工程，是經(jīng)地球物理勘探，主要是地震勘探獲得9000 m深以內(nèi)、不同地層聲波反射速度不同的地震波圖，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算獲得第一手準(zhǔn)確的資料。對(duì)井位、油氣儲(chǔ)量、埋藏深度來(lái)進(jìn)行確定。目前我國(guó)和其他國(guó)家都利用先進(jìn)的鉆井設(shè)備和鉆井技術(shù)來(lái)獲得石油、天然氣的。近年來(lái)石油行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,降低石油的開(kāi)采成本就勢(shì)在必行,于是研制新型的石油鉆機(jī)就顯得尤為重要,因?yàn)閲?guó)內(nèi)目前使用的鉆機(jī)比較陳舊,控制方式非常落后,導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)、鉆頭損壞率高,這是降低石油開(kāi)采成本的重要制約因素。而且落后的控制方式使得鉆井過(guò)程容易發(fā)生溜鉆、卡鉆等事故。另外在鉆機(jī)的電氣控制方面存在很多問(wèn)題：在鉆機(jī)的配套方面，目前還缺乏一個(gè)整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一臺(tái)鉆機(jī)一般由幾家工廠分別制造的設(shè)備組成，各自為陣，使得電氣設(shè)備在配套、控制、安裝方面不規(guī)范。雖然石油鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的電氣控制問(wèn)題已提到了議事日程，經(jīng)過(guò)近幾年的努力，相繼研制出了一些新型電氣控制裝置，井場(chǎng)電氣控制問(wèn)題也得到了一定程度的改善，但是從井場(chǎng)電氣控制裝置的現(xiàn)狀來(lái)看，仍然需要大量改進(jìn)。還有司鉆控制房作為石油鉆機(jī)的核心控制部件，被業(yè)界譽(yù)為石油鉆機(jī)的“心臟”。目前中國(guó)鉆機(jī)的司鉆控制房基本上是由各個(gè)油田、井隊(duì)根據(jù)自己使用鉆機(jī)的情況定制，沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范。內(nèi)部控制元件布置卻有很大的差異，甚至在主要功能的分區(qū)上也沒(méi)有一個(gè)籠統(tǒng)的規(guī)范。而這些操作都是通過(guò)司鉆員完成，由于人為因素的影響也帶來(lái)許多問(wèn)題。因此針對(duì)國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)的這種問(wèn)題現(xiàn)狀,本文主要研究石油鉆機(jī)井場(chǎng)控制電路系統(tǒng)。2 石油鉆機(jī)井場(chǎng)電氣系統(tǒng)概述 特點(diǎn)、用途ZJ70L鉆機(jī)井電系統(tǒng)具有先進(jìn)、規(guī)范、安全方便、快捷、可靠等特點(diǎn)，集中供電、分區(qū)控制，為ZJ70L鉆機(jī)各用電設(shè)備提供動(dòng)力電源，并為井架區(qū)、鉆臺(tái)區(qū)、固控區(qū)、泵區(qū)、井場(chǎng)其它區(qū)域提供照明。本系統(tǒng)提高了電路的可靠性，是提高鉆井效率的最佳電氣裝備。該系統(tǒng)工作環(huán)境環(huán)境在－30℃～55℃之間，整體性能滿足ZJ70L鉆機(jī)的工作參數(shù)、性能和鉆井工藝要求。適用范圍： ZJ70L鉆機(jī)。 系統(tǒng)組成井場(chǎng)電氣系統(tǒng)區(qū)域由固控區(qū)、機(jī)臺(tái)區(qū)、鉆臺(tái)區(qū)、水罐區(qū)、油罐區(qū)、井控區(qū)、井場(chǎng)用房等區(qū)域組成。井場(chǎng)電氣系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的鉆臺(tái)防爆控制柜（鉆臺(tái)偏房?jī)?nèi)）井架、井口、井場(chǎng)防爆照明燈具、防爆插接箱、防爆磁力啟動(dòng)器、防爆控制按鈕、防爆插接件、電纜、防爆分線盒、電纜槽組成井電系統(tǒng)。(1)MCC系統(tǒng)MCC系統(tǒng)為全套鉆機(jī)電氣系統(tǒng)的用電控制中心。30KW以上的電氣設(shè)備均需集中控制，兩地操作（離心機(jī)除外）。啟動(dòng)裝置放在電控房?jī)?nèi)，電機(jī)旁只設(shè)防爆控制按鈕，其它交流電機(jī)及照明只需分區(qū)供電，就近控制。MCC系統(tǒng)柜體采用GCK型，設(shè)控制柜7面。具體為：①總柜一面，內(nèi)設(shè)二臺(tái)400KW發(fā)電機(jī)的電動(dòng)切換切換及一臺(tái)600A生活區(qū)的電動(dòng)開(kāi)關(guān)；②開(kāi)關(guān)柜兩面，共有22路開(kāi)關(guān)的輸出，其中160A12路、60A4路、40A4路；③自耦減壓?jiǎn)?dòng)柜兩面（一拖四方式，8路減壓?jiǎn)?dòng)）；④電磁剎車控制柜一面；⑤并機(jī)柜一面。配電柜上設(shè)有失壓、短路、過(guò)流、斷相、接地保護(hù)，并有相關(guān)指示。 房中的配電屏在房?jī)?nèi)靠墻安裝，電控房的一側(cè)為系統(tǒng)輸出總插接柜，發(fā)電機(jī)的進(jìn)線通過(guò)電控房的總插接屏由接線母排進(jìn)入。(2)固控區(qū)：該區(qū)域內(nèi)的55KW和55KW以上的電機(jī)（除砂泵、除泥泵、灌注泵、加重泵、剪切泵）的電源和控制、照明燈具、地質(zhì)錄井房、離心機(jī)各設(shè)一路專線，其它用電設(shè)備采用分區(qū)供電，即1循環(huán)罐、強(qiáng)冷裝置一區(qū)，3循環(huán)罐一區(qū)， 4循環(huán)罐一區(qū)，6循環(huán)罐一區(qū)，共21路。每個(gè)固控循環(huán)罐上兩端各放置一臺(tái)多組合防爆控制裝置或防爆接線箱，用來(lái)控制固控循環(huán)罐上的設(shè)備。每個(gè)固控循環(huán)罐上設(shè)有1路備用動(dòng)力電源（60A）、一路備用照明電源（25A），2固控循環(huán)罐上備用一路電磁啟動(dòng)器（，25A），便于系統(tǒng)增容、應(yīng)急替換或臨時(shí)應(yīng)急檢修。配電裝置有過(guò)載、短路、斷相保護(hù)功能。多組合防爆配電裝置的外殼為隔爆型，外殼由接線腔和主控腔組成。接線腔為隔爆結(jié)構(gòu)，進(jìn)出線合為一個(gè)腔，腔外設(shè)有各回路電纜引入和引出裝置。主控腔內(nèi)有機(jī)芯，機(jī)芯上裝有電合閘空氣斷路器、交流接觸器、熱繼電器或電機(jī)保護(hù)器等，外殼裝有電壓表，電流表、工作指示燈和斷路器電合閘按鈕。接線箱內(nèi)部有連接用的接線端子排和接線座，殼體下部有用來(lái)引入電纜的引入裝置，側(cè)面有用來(lái)引出電纜的引出裝置。操作柱（控制按鈕）就近安裝在攪拌器電機(jī)旁邊，按鈕支架可折疊，為防止誤操作，確保人身安全，按鈕可機(jī)械鎖定在停止位置。(3)鉆臺(tái)區(qū)鉆臺(tái)區(qū)作為一個(gè)獨(dú)立區(qū)域單獨(dú)供電，鉆臺(tái)偏房?jī)?nèi)配置一臺(tái)多組合隔爆型動(dòng)力照明控制柜，用以控制鉆臺(tái)上的設(shè)備及照明。柜內(nèi)設(shè)檢修36V安全工作燈1只，井架燈2路，探照燈2路，偏房照明燈1路，備用2路，插接件220V/25A 1路及鉆井參數(shù)儀、應(yīng)急電源接口備用。單獨(dú)設(shè)一路400V/220V 60A司鉆控制房電源，鉆臺(tái)區(qū)的動(dòng)力和照明電源分設(shè)。液壓大鉗用液壓電機(jī)的起動(dòng)裝置在MCC房?jī)?nèi)預(yù)留好，其電源線通過(guò)插頭/插座經(jīng)轉(zhuǎn)接箱引入電機(jī)，控制線引至鉆臺(tái)偏房。補(bǔ)給泵可兩地控制，遠(yuǎn)控按鈕引至鉆臺(tái)偏房?jī)?nèi)。(4)機(jī)臺(tái)區(qū)機(jī)房照明、機(jī)臺(tái)照明均由專線控制，后臺(tái)加寬臺(tái)內(nèi)水罐電機(jī)及機(jī)油罐電機(jī)分為一路，用防爆磁力啟動(dòng)器控制。(5)照明系統(tǒng)鉆臺(tái)下適當(dāng)位置安裝4盞250W防爆金屬鹵燈供鉆臺(tái)底部照明，在鉆臺(tái)偏房上安裝2盞400W防爆投光燈投向前坡道處供鉆前場(chǎng)照明。天車頂部設(shè)1盞200W紅色防爆閃爍障礙燈用于示高和警示。井架節(jié)與節(jié)之間用防爆分線盒及鋼管布線，防爆分線盒固定牢固。燈具及每節(jié)井架之間的連接采用防爆快速插接件，二路井架照明從井架兩側(cè)引入，分別控制。井架上安裝有24只240W雙管防爆熒光燈，其中井架距鉆臺(tái)面2——3米處安裝2只雙管240W光控應(yīng)急防爆熒光燈，以便于夜間停電時(shí)暫時(shí)維持應(yīng)急照明。在二層臺(tái)上預(yù)留1只10A/110V防爆插座，鉆臺(tái)面上安裝4只240W雙管防爆熒光燈。機(jī)房安裝10只240W雙管防爆熒光燈。泵區(qū)的適當(dāng)位置安裝4只240W雙管防爆熒光燈供泵區(qū)照明，其燈架可以升降、旋轉(zhuǎn)、放倒。每個(gè)固控循環(huán)罐安裝2只240W雙管防爆熒光燈，其燈架可以升降、旋轉(zhuǎn)、放倒。其中靠梯子一側(cè)，各安裝1只雙管240W光控應(yīng)急防爆熒光燈，便于夜間停電時(shí)暫時(shí)維持應(yīng)急照明。1罐倉(cāng)內(nèi)安裝1只125KW汞燈，6固控循環(huán)罐及補(bǔ)給罐的設(shè)備室內(nèi)各安裝1只240W雙管防爆熒光燈供照明。5循環(huán)罐靠泥漿泵一側(cè)安裝2只400W防爆投光燈。井場(chǎng)其它區(qū)域采用4只400W防爆投光燈提供照明。3 石油鉆機(jī)井場(chǎng)的防爆要求 國(guó)際上對(duì)電氣設(shè)備防爆安全技術(shù)的研究，起源于煤炭的開(kāi)發(fā)。十九世紀(jì)初，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械生產(chǎn)逐步代替了繁重的體力勞動(dòng)，由于機(jī)械的動(dòng)力是電動(dòng)機(jī)和電控系統(tǒng)完成的，電氣設(shè)備的起動(dòng)、停止和運(yùn)行時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生火花、電弧的危險(xiǎn)溫度。因此，在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生爆炸事故，人們便逐步開(kāi)始對(duì)爆炸事故進(jìn)行研究和探討。 石油鉆機(jī)井場(chǎng)約有60—80%的場(chǎng)所屬于易燃、易爆場(chǎng)所，在這些場(chǎng)所內(nèi)必須經(jīng)妥善解決電氣設(shè)備防爆安全技術(shù)問(wèn)題。 2000年為了和國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)等同，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)了《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備》