郭輝

摘 要：在石油開采行業(yè)中，需要用到很多設備，并通過和先進的工藝技術相銜接，給石油的開采工作帶來更高的效率，比較具有代表性的有電動鉆機泥漿泵所使用的先進工藝，包括系統的配置。文章對鉆機泥漿泵變頻系統在實際使用中具有的特點進行了說明，并對系統的調試方法進行了一些說明，旨在為促進我國石油行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

關鍵詞：電動鉆機泥漿泵;負載;變頻電機;配置;調試策略

1、引言

由于石油幾乎都深埋在地底下或者海洋下面，需要依托泥漿泵等鉆機進行開采。石油的開采也是一個漫長的過程，因此需要這些進行長時間的工作，這樣就需要相關設備具備耐負荷和能夠在長時間下工作的能力。泥漿泵變頻系統的配置直接影響到電動鉆機的工作效率，最終影響到石油的開采，在實際工作中發(fā)揮著重要的作用，因此，需要結合實際負載的變化對變頻系統進行調試和控制。

2、石油鉆機泥漿泵的性能參數

當前石油開采行業(yè)中，變頻調速的技術使用也比較廣泛。在泥漿泵中，由于各處石油開采的地理位置差異明顯，實際工況不盡相同，導致泥漿泵在實際工作中需要根據不同的工況來調節(jié)，這就對泥漿泵的性能參數分析提出了要求。

在泥漿泵的性能參數中，主要有以下幾點：

①泥漿泵的理論排量。所謂理論排量，是指泵在單位時間內所排除泥漿體積的大小，它不僅和鉆孔的直徑大小有關，還和孔底沖洗液上訪來回的速度快慢有關。因此，需要根據實際情況來設計電動鉆的功率大小;

②工作壓力。當鉆孔鉆入的深度越深時，遇到的阻力就會越大，此時要保持電動鉆機繼續(xù)工作，就必須要能承受更大的壓力。在鉆孔工作時，泵的出口在單位面積上的液體壓力就是工作壓力;

③額定功率。在石油鉆機的泥漿泵中，其輸入功率主要是通過動力機所傳遞的能力大小來表示。額定功率值的大小等于泥漿泵在工作時額定沖次時的輸入功率;

④工作效率。工作效率是一個非常重要的性能參數，它對泥漿泵工作將產生直接的影響。其值為鉆機泥漿泵的有效功率與輸入功率的比。

以上四點為石油鉆機泥漿泵比較重要的性能參數。在石油開采中，為了使得這些設備能更好地工作，就必須要了解泥漿泵的性能參數，以便做好泥漿泵變頻系統的配置和調試工作。

3 、石油鉆機泥漿泵的負載特性以及變頻電機的具體配置

石油鉆機泥漿泵在一定負載的情況下，其空載轉矩和負載的阻轉矩之間具有如下的關系：

在該式中，nL為轉速，TL是負載的阻轉矩，空載轉矩為T0，Kt是一個轉矩常數。由于空載轉矩T0的值比較小，在實際確認石油鉆機泥漿泵的負載特性時可以將其忽略不計。這樣一來上式就可以簡單的將公式簡化成負載的轉矩和轉速的平方之間存在某種正比關系。在石油鉆機泥漿泵機械功率的計算公式中將上式帶入后可得到以下公式：

其中P0就是指電動鉆機在空載時候的功率。以功率較大的泥漿泵來說，軸端的輸入功率能達到1600hp，而且其額定轉速能達到1000rpm。電機是通過皮帶傳動來驅動鉆頭，在系統中會配置單電機或者是雙電機。單電機或者雙電機所需要配置的變頻異步電機會有所差異。單電機時變頻異步電機的功率為1200kw，而如果時配了雙電機的話，則會相應地搭載兩臺功率700kw的變頻異步電機。不過無論是配備的單電機，還是雙電機，額定轉速幾乎都維持在1000rpm左右保持不變。

在泥漿泵實際工作中泵的泵沖和泵壓是比較重要的參數。當缸的直徑相同時，泵的排量和電機是正比例的關系，同樣電機的轉矩和泵壓也是正比例的關系。為了保證電機安全可靠地運行，必須要在額定轉速以下工作。如果轉速超過額定功率，就會使得轉矩和泵壓的比值增大，使得鉆機泥漿泵的內部元器件被損壞，從而造成泵無法工作。另外，實際轉速超過額定功率，所配置的電機也會產生國在現象。

4 、變頻調速特點和相應的石油鉆機泥漿泵負載配置關系

在異步電機中U和f的比值在無功補償下恒定值標量控制變頻時，在額定轉速以下，調速通過恒轉矩來實現，當有低速電壓補償時，可以通過最大的轉矩來實現對速度的調整，從而保證鉆機泥漿泵能穩(wěn)定地保持在比較小的轉矩下進行工作。

在石油鉆機的泥漿泵中的變頻器以適量控制技術為主，電流矢量值可以通過變頻中可測量技術獲得數值，從而實現控制器電流矢量的效果。電動機的轉矩控制和交流電機的工作勵磁電流可以通過磁場的定向工作方式來實現控制，從而達到交流電機轉矩的控制。變頻器中的啟動轉矩值大小和轉矩動態(tài)響應快慢有著直接的關系。轉矩值越小，響應性則越慢，這也會使得調速的精度越低。當電機的額定功率超過額定輸入功率值時，才能保證變頻調速系統能正常穩(wěn)定地工作。

因此，泥漿泵的電機額定轉速值要高于泥漿泵的額定轉速;電機的額定輸出轉矩要高于泥漿泵的額定轉矩。對電機和泥漿泵進行互相匹配時要注意，電機的匹配額定轉速要低于泥漿泵的額定轉速，不然就會使得電機過載而損壞電機。

5、電動鉆機泥漿泵變頻系統的調試策略

在電動鉆機泥漿泵系統的變頻系統控制上，通常采用的是無編碼器的矢量來控制，或者通過DTC或者是V/F來控制，能夠調速的比值為10倍。為了盡可能提高轉矩動態(tài)響應性，需要盡可能縮短泥漿泵的啟動和加速時間。目前行業(yè)中泥漿泵的啟動加速時間一般都控制在20到30S之間。該事件如果過短，也會帶來不利影響，比如啟動或者減速時間太短，會帶來較大的有功沖擊。為了增大負載，發(fā)電機一般使用柴油，這樣也就可以提高轉速。為了實現啟停功能，可以用自由停車方式來表示停車指令后的逆變器的IGBT。關于泥漿泵的調速范圍，單電機時要實現100倍的比例，在額定轉速的40%以上進行工作。由于泥漿泵的泵沖和電機轉速是正比例關系，可以通過PLC來實現電機轉速的計算，從而達到校準泵沖的目的。

6、結語

石油在鉆井作業(yè)時，由于施工環(huán)境比較復雜，泥漿泵也不是一直處于某種工況在工作，而是要根據泥漿的環(huán)境來實現自我調節(jié)。不僅要求泥漿泵能實現快速的啟動功能，還能有較強的承載能力。電機和泥漿泵之間如果匹配不合適，就會給電動鉆機的工作帶來各種問題，從而影響到工程的精度。這就要求電動泥漿泵的變頻系統具備較好的反應能力，實現泥漿泵高效和安全的工作。

參考文獻

[1] 白君，試論電動鉆機泥漿泵變頻系統的配置與調試，中國設備工程，2018-09（下）;136-137