劉成文

摘要：隨著我國經(jīng)濟建設(shè)高速發(fā)展，我國對能源的需求也不斷增加，石油能源開采環(huán)境也變得更加復(fù)雜惡劣，這類困難無疑增加了石油開采作業(yè)難度。本文基于交流變頻電動鉆機的應(yīng)用分析，結(jié)合交流變頻電機的自身特點，對石油開采中交流變頻電機的應(yīng)用可以使開采作業(yè)變得更加高效進(jìn)行了總結(jié)，加強交流變頻電機的運用可以幫助我國石油開采作業(yè)越來越簡單方便高效。

關(guān)鍵詞：交流變頻;電動機;控制系統(tǒng)

1 交流變頻電動鉆機的概況

1.1 轉(zhuǎn)盤獨立電驅(qū)動鉆機概況

轉(zhuǎn)盤獨立電驅(qū)動鉆機是一款絞車與鉆井泵統(tǒng)一機械驅(qū)動，其轉(zhuǎn)盤通過交流變頻電動機進(jìn)行單獨驅(qū)動的一款鉆機，這種鉆機動力來自很多臺柴油機的液力渦合器或者液力變矩器，其動力經(jīng)過鏈條分并，傳送給驅(qū)動絞車與鉆井泵進(jìn)行驅(qū)動。轉(zhuǎn)盤的減速與傳動是通過一臺交流變頻電機通過齒輪或者鏈條實現(xiàn)，絞車搭配輔助驅(qū)動裝置即可實現(xiàn)自動送鉆的功能。鉆機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)不同鉆井工藝進(jìn)行相對應(yīng)的調(diào)節(jié)并且不受鉆井沖刺的影響，同時又具備數(shù)控自動送鉆的功能是這款鉆機的特點，并且這款鉆機無論是在價格還是產(chǎn)品優(yōu)越性都可碾壓其他鉆機。

1.2 機電復(fù)合驅(qū)動鉆機概況

機電復(fù)合驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)盤也是選用電機進(jìn)行獨立驅(qū)動，不同的是絞車是通過交流變頻電機提供動力，其鉆井泵的動力仍然是來自機械驅(qū)動，適應(yīng)鉆井工作環(huán)境在5000m以下的鉆機。這款鉆機的特點是動力來自三臺柴油機通過皮帶合并共同驅(qū)動鉆井泵，另外還可以驅(qū)動一臺節(jié)能發(fā)電機，該款鉆機擁有交流變頻電動機的全部主要功能但是價格只有交流變頻電動鉆機的三分之二，具有很好的性價比。

1.3 交流變頻電動鉆機概況

全交流變頻電動鉆機的特點是它的絞車、轉(zhuǎn)盤以及鉆井都是來自交流變頻電機進(jìn)行驅(qū)動的形式，轉(zhuǎn)盤的動力來自電機驅(qū)動或者電機加減速箱進(jìn)行驅(qū)動兩種方式。絞車的動力一般來自電機通過一級或者二級齒輪減速箱進(jìn)行提供驅(qū)動，并且搭配有輔助形驅(qū)動裝置。一般交流變頻電動鉆機結(jié)構(gòu)都是單軸絞車，但是轉(zhuǎn)盤獨立電驅(qū)動鉆機是選用的多軸絞車結(jié)構(gòu)。交流變頻電動機的傳動形式為交流變頻電機通過齒輪減速箱對滾筒軸進(jìn)行直接驅(qū)動，用盤式剎車取代了電磁渦流剎車，通過能耗制動來實現(xiàn)輔助剎車的功能。交流變頻電動機較為常見的調(diào)速技術(shù)為矢量控制與直接扭矩控制兩種，其中矢量控制與直接扭矩控制采用的是不同公司的變頻器。而且控制方式也因為工作需要不同采用不同控制方式，分為一對一單獨控制與一對二多種控制。

2 電機的控制系統(tǒng)

變頻點動鉆機的控制系統(tǒng)是由多個系統(tǒng)控制中心組成，其中包括發(fā)電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)目前被動力發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，電氣系統(tǒng)主要功能是能達(dá)到柴油機以及發(fā)電機電流的控制，通過系統(tǒng)控制能夠達(dá)到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、穩(wěn)流的作用，對整個現(xiàn)場提供電源動力。

2.1 交流傳動系統(tǒng)

2.1.1 驅(qū)動控制系統(tǒng)。變頻驅(qū)動系統(tǒng)是有很多個變頻柜組合形成的一個系統(tǒng)，它的主要作用就是將恒壓及交流電壓轉(zhuǎn)換為連續(xù)可調(diào)節(jié)的交流電壓，對鉆井泵、絞車以及轉(zhuǎn)盤提供動力驅(qū)動，同時絞車和轉(zhuǎn)盤的電動機具備了反轉(zhuǎn)功能，在0%-100%扭矩范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，石油鉆機中矢量變頻器元件是采用的“IGBT”屬于一種全數(shù)字技術(shù)型電壓變頻器。

2.1.2 聯(lián)合制動控制單元。制動柜力的制動單元以及變頻房外的制動電阻主要功能是對絞車提供制動，其工作原理為，絞車運作時，制動電機運作進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電動機運作時是反向旋轉(zhuǎn)以此產(chǎn)生制動力矩，當(dāng)機械能轉(zhuǎn)化為電能后產(chǎn)生的電通過逆變器傳到直流柜母線上，當(dāng)電壓高于閥門值的時候，制動控制單元會自動接通制動電阻。這種配合制動方式也是俗稱的能耗制動，另外自動送鉆系統(tǒng)的制動也是采用了同樣的方法。

2.1.3 自動送鉆系統(tǒng)。驅(qū)動控制系統(tǒng)是由多個變頻柜一并組合而成，實際操作的過程是將恒壓與電壓轉(zhuǎn)換為可以連續(xù)調(diào)節(jié)控制的交流電壓，并且對鉆井泵以及鉆盤驅(qū)動提供動力，以恒壓的方式來實現(xiàn)恒壓自動送鉆的目的。在系統(tǒng)中鉆盤以及絞車具體應(yīng)用的過程中，使其能夠具有反轉(zhuǎn)功能，可以在發(fā)生緊急突發(fā)意外情況時對井架或者鉆具的起放能力。

2.2 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

目前司鉆的控制系統(tǒng)主要分為模擬控制與數(shù)字控制兩種方式，對絞車可以進(jìn)行無極調(diào)速，對位置速度進(jìn)行控制，以及懸重限制的保護，包括自動送鉆、轉(zhuǎn)盤鉆井泵的無級調(diào)速，轉(zhuǎn)矩泵壓限制保護等，通過屏幕對控制系統(tǒng)所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控控制，如圖一：司鉆室也成為了點動鉆機的標(biāo)準(zhǔn)配置。

2.3 控制系統(tǒng)

所有傳感器的數(shù)據(jù)采集后通過控制中心系統(tǒng)處理計算會將鉆機所有數(shù)據(jù)，包括鉆壓、井深以及各種轉(zhuǎn)速等一系列數(shù)據(jù)顯示在觸摸屏上面，方便集中監(jiān)控控制。

2.4 配電控制系統(tǒng)

交流電機控制中心主要是對整個井場的交流電機進(jìn)行控制的同時并且提供了照明電源的作用，超過30kw以上的電機交流電機中心系統(tǒng)都采用軟起的方式，另外機柜為了方便維修以及更換都選用分裝式結(jié)構(gòu)。

3 總結(jié)

隨著我國石油開采技術(shù)在不斷的發(fā)展，鉆井的環(huán)境會越來越艱難復(fù)雜，變頻電機也會跟隨著鉆井環(huán)境逐漸往高適應(yīng)性發(fā)展，交流變頻技術(shù)。計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也會對變頻電機往數(shù)字、信息、智能以及自動化發(fā)展提供了很大的幫助。為滿足我國石油開采中惡劣環(huán)境，幫助石油開采變得便攜，滿足鉆井作業(yè)的需求，應(yīng)當(dāng)加強運用變頻電機的運用，為我國石油開采技術(shù)提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 惠山青.石油鉆井中交流變頻電動機及其控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].科學(xué)與財富，2019（18）.

[2] 張鵬.分析石油鉆井中交流變頻電動機及其控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2018（22）.

（作者單位：川慶鉆探川東鉆探公司）