王雪松，李娜娜，潘 琦

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

變頻器在在電動(dòng)修井機(jī)上的應(yīng)用，有著非常嚴(yán)格的專業(yè)的要求。另外，變頻器本身，在類型上也顯示出多樣性的特點(diǎn)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求和條件，在電動(dòng)修井機(jī)上應(yīng)用變頻器時(shí)，需要進(jìn)行科學(xué)的選擇，并且按照科學(xué)的原理和方法對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而達(dá)到其在電動(dòng)修井機(jī)上的應(yīng)用效果。

1 國(guó)內(nèi)修井機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 常規(guī)修井機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展

修井機(jī)在石油開采作業(yè)中是非常典型的一種類型的設(shè)備，國(guó)內(nèi)通常采用的是一種常規(guī)的車載修井機(jī)。關(guān)于修井機(jī)的設(shè)備功率要求，目前從實(shí)際應(yīng)用的角度上看，主要的應(yīng)用功率范圍是額定鉤載能力最低達(dá)到200 kN，最高為1500 kN 的范圍[1]。在型號(hào)方面，主要包括有編號(hào)為XJI 和XJ 兩種類型的不同種類的設(shè)備，具體為，XJI150、XJI1000、XJI50，以及XJ250 至XJ750，XJ20 等。這種類型的系列設(shè)備在應(yīng)用中，主要采用專用底盤的作用使得前后橋的驅(qū)動(dòng)模式得以完成，這種模式使得修井機(jī)的形式和使用能夠?qū)崿F(xiàn)在同步的動(dòng)力作用下發(fā)揮作用，但在具體應(yīng)用時(shí)，需要應(yīng)用車臺(tái)柴油機(jī)與液力機(jī)械傳動(dòng)箱配合發(fā)揮作用。

1.2 海洋作業(yè)用修井機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。

從這種類型的修井機(jī)的布置方式上來(lái)看，其分為平行布置方式與垂直布置方式兩種，在系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，應(yīng)用的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備，并且利用液壓機(jī)械完成傳動(dòng)過(guò)程。目前在這類修井機(jī)中，所具備的規(guī)格包括鉤載力分別為900 kN、1125 kN、1580 kN、1800 kN 等多種類型的設(shè)備。而從設(shè)備的作業(yè)深度方面分析，可知作業(yè)可達(dá)到的最大深度可至7500 m。

1.3 特殊環(huán)境修井機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。

這種類型的修井機(jī)包括不同的類型，例如在沙漠作業(yè)環(huán)境下使用的修井機(jī)、具有液壓蓄能作用的修井機(jī)和修井與洗井共同的作業(yè)車以及不壓井的修井機(jī)等。其中，沙漠環(huán)境下作業(yè)的修井機(jī)，其主要的結(jié)構(gòu)為重載車橋以及沙漠輪胎。在動(dòng)力設(shè)備方面，應(yīng)用的是最大鉤載能力達(dá)到1580 kN、動(dòng)力功率達(dá)到530 kW的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)[2]。在應(yīng)用中還考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)與空氣壓縮機(jī)配合，以適應(yīng)風(fēng)沙的使用環(huán)境。而液壓蓄能修井機(jī)的主要特點(diǎn)是，在整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，去除井架、游車、天車、轎車等裝飾，這種做法使得修井機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其所需要承擔(dān)的總體運(yùn)行功率有所縮減。這是其應(yīng)用中的一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)。修井洗井車具則是一種具備修井和洗井兩方面功能的設(shè)備。其中鉆井所需要應(yīng)用的泵設(shè)備，是直接安裝在車上的，從而發(fā)揮兩種不同性質(zhì)的作用，但與國(guó)外的特殊環(huán)境下所應(yīng)用的修井機(jī)相比，國(guó)內(nèi)的這類修井機(jī)在應(yīng)用時(shí)還存在很大的不足，

2 電動(dòng)修井機(jī)變頻器

2.1 變頻器的應(yīng)用價(jià)值

變頻器設(shè)備在修井機(jī)上的應(yīng)用，主要的價(jià)值在于他能夠?qū)φ麄€(gè)修井機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮，有利于促進(jìn)修井機(jī)的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，在充分發(fā)揮其功能和作用的前提下，保持運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性和運(yùn)行中的協(xié)調(diào)性，因?yàn)樾蘧畽C(jī)的作業(yè)一旦發(fā)生穩(wěn)定性和安全性方面的問題，則意味著整個(gè)油井作業(yè)的運(yùn)行都會(huì)出現(xiàn)異常，不僅會(huì)影響到石油開采作業(yè)，對(duì)于工作人員的人身安全也會(huì)造成一定的威脅。因此，需要應(yīng)用不同類型的變頻器設(shè)備，達(dá)到維持電動(dòng)修井機(jī)正常運(yùn)作的效果。另外，變頻器還在一定程度上發(fā)揮著對(duì)一些小型的異常情況發(fā)生后的保護(hù)作用，能夠最大程度上保證修井機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài)[3]。

2.2 修井機(jī)變頻器功能特點(diǎn)

關(guān)于功能特點(diǎn)的研究，可知在修井機(jī)上應(yīng)用的變頻器，其主要的功能特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，第一，表現(xiàn)在電機(jī)調(diào)速上的特點(diǎn)。這方面的特點(diǎn)主要是指，其對(duì)變頻器的調(diào)速是由變頻調(diào)速電機(jī)完成的，這與普通的柴油機(jī)應(yīng)用有一定的差別。不僅在功能上能夠取得更好的應(yīng)用效果，在應(yīng)用中的故障維修方面，由于這種應(yīng)用模式中不需要應(yīng)用機(jī)械傳統(tǒng)裝置作為輔助動(dòng)力設(shè)備發(fā)揮作用。因此，可避免因此而可能出現(xiàn)的故障，相應(yīng)的維修工作的工作量也會(huì)相應(yīng)的減少。對(duì)于提高工作效率有非常顯著的促進(jìn)作用。第二，在節(jié)能上的特點(diǎn)，這一點(diǎn)主要是指，其在驅(qū)動(dòng)力上是依靠電力作為動(dòng)力的，與柴油的動(dòng)力方式相比，具有顯著的節(jié)能效果。第三，電力的動(dòng)力模式，不存在廢氣排放的問題，這也是基于節(jié)能環(huán)保方面能夠滿足的一方面重點(diǎn)要求[4]。第四，電力驅(qū)動(dòng)的方式，能夠取得更為顯著的自動(dòng)化效果，一方面減低人工勞動(dòng)的工作量，另一方面，也有利于減少人工勞動(dòng)的模式下可能產(chǎn)生的誤差現(xiàn)象。

3 電動(dòng)修井機(jī)上變頻器應(yīng)用思路

3.1 科學(xué)選擇變頻器類型

變頻器的類型包括交流與直流混合功能的變頻器以及交流與交流模式的變頻器。在應(yīng)用范圍上，混合模式變頻器，在應(yīng)用中主要集中在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用上，其在具體應(yīng)用中，主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，其在逆變控制方面，具有操作簡(jiǎn)單，效果明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，從分類方法上，可以按照控制的方法和具體額用途來(lái)分類。按照不同的分類方法，變頻器可被分為SF 控制變頻器、U/f 控制頻頻器，矢量控制變頻器等[5]。另外，從功能上可分為專用的變頻器、通用的變頻器以及不同電壓類型的變頻器。

3.2 選擇使用交—直—交變頻器

如果對(duì)這類變頻器的內(nèi)部線路進(jìn)行細(xì)分，可以進(jìn)一步分為逆變電路、中間直流電路、整流電路。在具體選擇應(yīng)用時(shí)，需要按照修井機(jī)的具體需求，在應(yīng)用中滿足其自動(dòng)控制的需要，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的作用發(fā)揮進(jìn)行改善。在具體選擇應(yīng)用時(shí)，可選擇一種總體上具有通用變頻器功能，但在自動(dòng)化程度上相對(duì)較高的設(shè)備類型。另外，在選擇變頻器時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意其在應(yīng)用中的精度，需要做到有效精確的控制，只有在自動(dòng)化程度和精確程度上達(dá)到相應(yīng)的要求，才能夠滿足修井機(jī)的使用需求。

4 電動(dòng)修井機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.1 控制電路

從控制電路的結(jié)構(gòu)上分析，可知整個(gè)電路的組成部分包括變頻器、三相交流多級(jí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)液壓鉗油泵、散熱用風(fēng)機(jī)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)。以及分布在電機(jī)各個(gè)支路上的熱繼電保護(hù)器。另外，其他的設(shè)備結(jié)構(gòu)還包括三項(xiàng)電能表、智能溫控器等。按照不同的電路設(shè)備的類型進(jìn)行歸納和總結(jié)，可知其所組成的電路類型中，包括控制性電路、通信作用電路、保護(hù)電路等。

4.2 運(yùn)行方式

關(guān)于運(yùn)行方式方面，比較常見的運(yùn)行模式是由自動(dòng)控制系統(tǒng)帶動(dòng)絞車的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步達(dá)到對(duì)懸掛油管的主鉤起到升降作用。另外，基于三項(xiàng)交流多極感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用背景，需要注意的問題在于，應(yīng)當(dāng)選擇科學(xué)的驅(qū)動(dòng)控制方式（通常為U/f 的方式），另外，在控制方式的靈活性上，可實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式。在此種運(yùn)行方式的選擇背景下，需要注意的是，需要針對(duì)功率的限制值做好嚴(yán)格的控制。

5 變頻器具體應(yīng)用策略

5.1 改進(jìn)控制方案

控制方案的改革，主要可以通過(guò)以下兩方面實(shí)現(xiàn)，第一，控制中應(yīng)當(dāng)考慮力矩和負(fù)載的特點(diǎn)和要求，在控制方式上采用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行恒功率調(diào)速方式進(jìn)行控制。另外，在選擇控制方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到運(yùn)行速度與負(fù)載的大小的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的效果。另外，控制中關(guān)于實(shí)際電流控制，也是非常重要的。因?yàn)殡娏鞯淖兓?，?huì)使得電機(jī)的功率變化趨勢(shì)因此受到相應(yīng)的影響。所以，電流指標(biāo)成為控制系統(tǒng)速率調(diào)整的依據(jù)。

5.2 明確控制原理

在控制原理方面，宏觀上的流程和原理是，隨著電機(jī)的運(yùn)行，最大允許的輸出功率得以產(chǎn)生，隨后再通過(guò)加減速的操作得到最大的輸出功率實(shí)際值，最終電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)控制方面，PLC 技術(shù)是一項(xiàng)典型的技術(shù)類型。其主要優(yōu)勢(shì)在于可調(diào)用多種類型的繼電器線圈指令。并且集成顯示其參數(shù)指標(biāo)。如果應(yīng)用手動(dòng)控制方法，則需要注意借助提供新方式讀取到電位器的數(shù)值，并且進(jìn)一步讀取給定頻率。當(dāng)分壓制作產(chǎn)生最大的速度擋的頻率，則其作為給定的電壓值，可以輔助實(shí)現(xiàn)對(duì)于變頻器的自動(dòng)控制[6]。

5.3 應(yīng)用變頻器通信協(xié)議

通訊協(xié)議，是保證變頻器正常應(yīng)用的重要方面，在通信協(xié)議的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的變頻器類型，對(duì)其相關(guān)初始參數(shù)進(jìn)行關(guān)注和準(zhǔn)確設(shè)置。從而選擇不同的編碼形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。在進(jìn)行這方面的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的問題是，基于保證變頻器應(yīng)用的穩(wěn)定性和安全性，則需要對(duì)相應(yīng)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，以保證其數(shù)據(jù)本身的科學(xué)性和可行性。

5.4 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，主要是為測(cè)試變頻器的實(shí)際應(yīng)用性能。實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目包括針對(duì)于控制項(xiàng)目和負(fù)載項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)的主要對(duì)象和驗(yàn)證指標(biāo)是調(diào)速功能。只有具備良好的調(diào)速功能，且在運(yùn)行中有穩(wěn)定性保障的變頻器才能最終在自動(dòng)修井機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于自動(dòng)修井機(jī)來(lái)說(shuō)，變頻器的應(yīng)用有多種類型的選擇，在具體應(yīng)用時(shí)，結(jié)合不同類型的變頻器設(shè)備，結(jié)合修井機(jī)的應(yīng)用環(huán)境和功能需求，在投入應(yīng)用前做好相關(guān)的測(cè)試，才能確保其實(shí)際的應(yīng)用效果，以便其在自動(dòng)修井機(jī)的作業(yè)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。