魏超 周思柱 李美求

(長江大學(xué)機械結(jié)構(gòu)強度與振動研究所)

0 引 言

鉆井承包商為了降低勘探開發(fā)成本，希望鉆機能具備更高的可靠性和更快的運移性以縮短鉆井作業(yè)周期。國內(nèi)外對鉆井作業(yè)的能耗和污染物的排放相繼出臺了愈加嚴(yán)格的法規(guī)和要求[1-3]，鉆機電動化改造[4]，鉆井裝備直驅(qū)已成為鉆井裝備發(fā)展的主流方向。

鉆井泵、轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)及絞車是鉆機三大系統(tǒng)的核心設(shè)備，上述設(shè)備的傳動系統(tǒng)復(fù)雜、傳動鏈長，易發(fā)生故障。常規(guī)鉆井泵、絞車、頂驅(qū)及轉(zhuǎn)盤運轉(zhuǎn)時噪聲大、能耗高，傳動箱及附屬設(shè)備占據(jù)大量鉆臺空間且運移困難，電機直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用使得上述問題得以解決。

電機直驅(qū)技術(shù)是將電機與負(fù)載直連，實現(xiàn)對負(fù)載的直接驅(qū)動，能簡化中間傳動環(huán)節(jié)，縮短傳動鏈，提高傳動效率。大功率電機的成功研制和電機控制技術(shù)的發(fā)展，推動了電機直驅(qū)鉆井裝備的革新，加速了電動鉆機的輕量化和自動化進程[5-6]。近年來，為了滿足新能源勘探，陸地及海洋復(fù)雜地層油氣開發(fā)作業(yè)對鉆機運移性、可靠性的需求，國內(nèi)外裝備制造商相繼推出了多種型號的電機直驅(qū)鉆井裝備。為了促進國內(nèi)電機直驅(qū)鉆井裝備的發(fā)展，本文詳細(xì)論述了電動鉆機直驅(qū)電機技術(shù)的現(xiàn)狀及直驅(qū)裝備的現(xiàn)狀，分析了直驅(qū)技術(shù)的不足和優(yōu)勢，指出了電機直驅(qū)技術(shù)的發(fā)展方向，給出了其發(fā)展建議。

1 電動鉆機直驅(qū)電機技術(shù)現(xiàn)狀

直驅(qū)電機是決定直驅(qū)絞車、直驅(qū)轉(zhuǎn)盤、直驅(qū)頂及直驅(qū)鉆井泵性能優(yōu)劣的核心。直驅(qū)鉆井裝備配備的動力機可選擇交流變頻電機或永磁同步電機。直驅(qū)電機選型的關(guān)鍵在于電機的輸出特性與負(fù)載特性之間的匹配。

交流變頻電機利用變頻調(diào)速技術(shù)可在基頻以下時變壓變頻恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，高于基頻時恒壓弱磁恒功率調(diào)速，調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，符合鉆井的負(fù)載特性，是電機直驅(qū)鉆井裝備動力機的首選。

永磁同步電機輸出功率大，功率因數(shù)高，節(jié)能效果好，應(yīng)用到直驅(qū)鉆井裝備中優(yōu)勢明顯。利用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)技術(shù)，均能實現(xiàn)永磁同步電機的無級調(diào)速。矢量控制技術(shù)調(diào)速范圍寬，調(diào)速過程需要復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，動態(tài)響應(yīng)速度弱于DTC。而DTC的控制結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，但調(diào)速范圍小。矢量控制在永磁電機直驅(qū)鉆井裝備中更加普遍[7]。

永磁電機的調(diào)速過程需要編碼器參與[8]，但編碼器在移運過程中容易損壞，同時每次移動后需要重新標(biāo)定，過程繁瑣，限制了配置永磁電機裝備的運移性；另一方面，永磁電機的發(fā)熱非常嚴(yán)重，不及時散熱會導(dǎo)致其他關(guān)聯(lián)零部件的過早失效，同時電機的功率也因為發(fā)熱而損耗。

目前，交流變頻電機和永磁同步電機的定轉(zhuǎn)子都能與直驅(qū)鉆井裝備的轉(zhuǎn)軸及殼體融合，移除了電機殼體和軸承等零部件，體積和質(zhì)量能夠進一步減小。交流變頻電機和永磁電機均可實現(xiàn)鉆井裝備的直接驅(qū)動，但各有優(yōu)缺點。在經(jīng)濟性層面，永磁電機受永磁體材料價格影響，配置永磁電機的成本要高于交流變頻電機；在功率及效率層面，交流變頻電機的功率和功率因數(shù)弱于永磁電機，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象。

從電機生產(chǎn)設(shè)計角度，國內(nèi)用于鉆井設(shè)備的直驅(qū)電機多依靠定制，然而定制電機難以吸引電機制造商的興趣[9]。四川宏華石油設(shè)備有限公司依托下屬電氣制造公司，研制了適用于鉆井泵、絞車及頂驅(qū)的交流變頻直驅(qū)電機，電機功率可達4 500 kW。

2 電機直驅(qū)裝備現(xiàn)狀

2.1 直驅(qū)鉆井泵

常規(guī)鉆井泵普遍存在以下問題：①變速箱易發(fā)生故障且故障點多；②變速箱、柴油機及油料等輔助設(shè)備占地面積大、體積大，運移麻煩；③污染物排放和噪聲不易滿足環(huán)保要求。

電動直驅(qū)鉆井泵取消了膠帶傳動裝置及齒輪箱等設(shè)備，交流變頻電機與泵的小齒輪軸直連，通過AC-VFD-AC轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)電機電流的輸入頻率，進而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。直驅(qū)電機發(fā)熱量大，通常需要在鉆井泵動力端的外殼上加裝通風(fēng)機給電機強制風(fēng)冷散熱，避免電機損壞[10]。

根據(jù)文獻[11]報道，NOV公司展示了一臺12-P-160型電動直驅(qū)鉆井泵，如圖1所示。該型鉆井泵動力端原齒輪箱處配置了2臺永磁電機，電機與小齒輪軸直連，最大功率可達1 176 kW(1 600 hp)，總體積和質(zhì)量減小了約20%，但直驅(qū)電機上卻未見散熱設(shè)備。

圖1 12-P-160型電機直驅(qū)鉆井泵Fig.1 12-P-160 direct-drive mud pump

國內(nèi)直驅(qū)鉆井泵產(chǎn)品較為成熟，多個廠家具備研制能力，且部分產(chǎn)品已形成系列化。河北永明地質(zhì)工程機械有限公司推出的3NB-350DBZ鉆井泵采用1臺永磁同步電機直驅(qū)，同時配備專用變頻控制系統(tǒng)保護電機。

西安寶美電氣工業(yè)公司研制了可配套F系列鉆井泵的新型直驅(qū)AC變頻電機和控制系統(tǒng)[12]，并規(guī)范了鉆井泵水馬力與直驅(qū)電機的規(guī)格和數(shù)量的匹配關(guān)系，對F系列直驅(qū)鉆井泵的標(biāo)準(zhǔn)化具有指導(dǎo)意義?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)人機交互，能實時采集泵組運行參數(shù)，與鉆機控制系統(tǒng)集成后可提高電動鉆機的自動化和智能化程度。

北京探礦工程研究所將永磁直驅(qū)控制系統(tǒng)應(yīng)用于F-1300型鉆井泵[13]，見圖2。永磁電機功率達到1 000 kW。相對于表1中的交流變頻電機規(guī)格，1臺大功率永磁電機即可滿足F-1300型鉆井泵負(fù)載，既節(jié)省空間，又能降低能耗，提高效率。

圖2 F-1300型永磁直驅(qū)鉆井泵Fig.2 F-1300 permanent magnet direct-drive mud pump

表1 直驅(qū)鉆井泵交流變頻電機規(guī)格Table 1 Specifications of AC variable-frequency motor for direct-drive mud pump

其他未介紹的國內(nèi)外直驅(qū)鉆井泵僅改變了動力機類型，在總體結(jié)構(gòu)上并無明顯差別。

四川宏華石油設(shè)備有限公司研制了一種明顯有別國內(nèi)外產(chǎn)品的一體化5缸電機直驅(qū)鉆井泵[14]，如圖3所示，機電一體化程度高。該新型直驅(qū)鉆井泵電機與鉆井泵完全集成，規(guī)避了直驅(qū)電機主軸與鉆井泵小齒輪軸連接方式，將人字齒調(diào)整為2個斜齒輪并置于泵兩側(cè)，交流變頻電機轉(zhuǎn)軸與小齒輪軸一體化，動力通過小齒輪與泵主軸上的齒輪傳遞，電機主體置于鉆井泵頂部。目前形成了HH直驅(qū)鉆井泵系列產(chǎn)品，最高功率達到2 205 kW(3 000 hp)。這種高集成度的設(shè)計使得泵組的體積和質(zhì)量均減小40 %以上。該一體化電機直驅(qū)技術(shù)在電動壓裂泵的研制中也得到了應(yīng)用[15]。

圖3 一體化電機直驅(qū)5缸鉆井泵Fig.3 Integrated motor direct-drive 5-cylinder mud pump

2.2 電機直驅(qū)頂部驅(qū)動鉆井裝置

頂部驅(qū)動鉆井裝置是鉆井技術(shù)史上最具創(chuàng)新的技術(shù)突破之一。經(jīng)40 a的發(fā)展，其動力經(jīng)歷了直流電機驅(qū)動、交流電機驅(qū)動、液壓馬達驅(qū)動及現(xiàn)階段的液壓或電機直接驅(qū)動。

統(tǒng)計表明[16]，40%的常規(guī)頂驅(qū)失效與齒輪箱和其附屬部件有關(guān)。國外裝備制造商決定取消變速箱及其他輔助設(shè)備，采用電機直驅(qū)技術(shù)提高頂部驅(qū)動鉆井裝置的工作效率。國內(nèi)外直驅(qū)頂驅(qū)的結(jié)構(gòu)大體上相同，其主要技術(shù)特征在于將大功率電機的轉(zhuǎn)軸與動力水龍頭的空心軸一體化，電機定子布置在動力水龍頭箱體內(nèi)側(cè)。直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用還可避免潤滑和密封問題，能進一步提高頂驅(qū)的可靠性。

美國LeToumeau公司從2004年開始研發(fā)直驅(qū)頂驅(qū)，在2008年便已形成2 500、3 500、5 000、7 500和10 000 kN額定鉤載的系列化產(chǎn)品，如圖4所示。該系列直驅(qū)頂驅(qū)為滿足更高的扭矩和轉(zhuǎn)速，交流變頻電機設(shè)計了高密度的繞組和更多銅鐵含量的翼形槽，通過浸漬工藝增強繞組線圈之間的絕緣性。兩臺風(fēng)機強制散熱保證頂驅(qū)在連續(xù)作業(yè)和過載工況下的效率與穩(wěn)定性。

圖4 LeToumeau公司直驅(qū)頂驅(qū)Fig.4 LeToumeau direct-drive top drive

2009年，我國首臺適用于中小型鉆機且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的DQ-30LHTY-Z直驅(qū)頂驅(qū)完成工業(yè)試驗。四川宏華石油設(shè)備有限公司開發(fā)的AC電機直驅(qū)頂驅(qū)(見圖5)在2011年通過鑒定[17]，現(xiàn)已形成DQ250Z～DQ1000Z系列化產(chǎn)品，額定功率范圍330～1 580 kW，最大工作扭矩134 000 N·m，可滿足4 000～12 000 m深度的鉆井作業(yè)，動力輸出和旋轉(zhuǎn)頭定位精度等均優(yōu)于NOV公司同規(guī)格頂驅(qū)[18]。

圖5 宏華DQ1000Z直驅(qū)頂驅(qū)Fig.5 Honghua DQ1000Z direct-drive top drive

國外在2013年公開了永磁同步電機直驅(qū)頂驅(qū)(見圖6)專利[19]，其技術(shù)特征為將定子置于動力水龍頭殼體內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子與空心軸連接且轉(zhuǎn)子的外壁面上布置沿環(huán)向等間隔的永磁鐵，定子上的繞組與轉(zhuǎn)子上的永磁鐵相對布置。2014北京探礦工程研究所也開發(fā)了永磁電機直驅(qū)頂驅(qū)，并與河北建勘鉆探設(shè)備有限公司聯(lián)合研制了ZJ40DB系列永磁直驅(qū)頂驅(qū)鉆機[20]，其中ZJ40D鉆機于2018年通過驗收[21]，同系列永磁直驅(qū)鉆機現(xiàn)已應(yīng)用于雄安新區(qū)地?zé)?、廣東惠熱1井及浙江頁巖氣井的鉆探，節(jié)能效果可達20%～30%。

圖6 永磁電機直驅(qū)頂驅(qū)Fig.6 Permanent magnet motor direct-drive top drive

綜合看來，國內(nèi)外交流變頻電機直驅(qū)頂驅(qū)在結(jié)構(gòu)形式上大同小異，都能提供系列化產(chǎn)品，滿足不同的鉆井需求。永磁電機直驅(qū)頂驅(qū)在國內(nèi)已推出系列化產(chǎn)品，國外同類產(chǎn)品則尚未見到供應(yīng)。

2.3 直驅(qū)絞車

電機直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用有利于復(fù)雜地形絞車的運輸，提高鉆機的運移性，解放海洋及陸地鉆機鉆臺空間。國內(nèi)電動直驅(qū)絞車的研制相對于上述直驅(qū)裝備的研制要早。在2005年中石化JC30DB直驅(qū)絞車研制成功[22]。該型絞車采用單軸滾筒設(shè)計，2個交流變頻電機與滾筒軸直連，移除了機械換擋機構(gòu)，利用變頻技術(shù)實現(xiàn)無級調(diào)速，能耗制動剎車，調(diào)速范圍0～390 r/min，最大拉力1 700 kN。但該型號絞車推出時間較早，自動送鉆系統(tǒng)并沒有集成，仍需要再配置1臺小功率電機以驅(qū)動獨立送鉆系統(tǒng)。

后續(xù)絞車電機直驅(qū)技術(shù)的進步主要集中于自動送鉆系統(tǒng)等功能的集成和機電液一體化設(shè)計。

2011年，寶雞石油機械有限責(zé)任公司研制了國內(nèi)首臺永磁電機直驅(qū)的JC-15D直驅(qū)絞車。該型絞車采用了1臺350 kW永磁電機直驅(qū)與滾筒軸連接，相對于JC30DB直驅(qū)絞車集成了自動送鉆功能[23]，最大拉力900 kN，調(diào)速范圍0～300 r/min。

最具特色的直驅(qū)產(chǎn)品屬于四川宏華石油設(shè)備有限公司2017年研制的JC-50DBZ絞車，其最大拉力3 400 kN，質(zhì)量減小了12%～26%，傳動效率提高了6%。圖7為一體化直驅(qū)絞車圖。一體化直驅(qū)絞車采用2臺交流變頻電機提供動力，并未將獨立電機直連，而是將電機的定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與絞車殼體及滾筒一體化設(shè)計。電機的轉(zhuǎn)子套裝于滾筒軸上，定子則安裝于絞車的墻板上，徹底地取消了電機與滾筒軸之間的聯(lián)軸器。電機與滾筒軸有一個軸承共用，減少了軸承數(shù)量，整體結(jié)構(gòu)緊湊，提高了整體的可靠性?，F(xiàn)已形成系列化產(chǎn)品，可滿足9 000 m鉆井需求，最大拉力6 750 kN。

圖7 一體化直驅(qū)絞車Fig.7 Integrated direct-drive winch

蘭石石油裝備工程股份有限公司在2020年研制了JC70DB直驅(qū)絞車產(chǎn)品[24]，從設(shè)計角度來看，與前述JC15DB和JC30DB直驅(qū)產(chǎn)品沒有差異。從滿足鉆井需求角度，實現(xiàn)了超越5 000 m井深直驅(qū)絞車作業(yè)。滾筒的兩側(cè)配備了2臺1 000 kW的交流變頻電機，但質(zhì)量相較于同型號的一體化直驅(qū)絞車多了1 500 kg。采用永磁電機提供動力的絞車在地質(zhì)勘探鉆機上更為普遍。北京探礦工程研究所研制的ZJ30～70DBZ系列永磁直驅(qū)頂驅(qū)鉆機上配備了永磁直驅(qū)絞車，滿足7 000 m井深的勘探開發(fā)作業(yè)要求，最大拉力可達4 500 kN，與交流變頻電機直驅(qū)絞車的性能相當(dāng)。2臺永磁直驅(qū)電機通過聯(lián)軸器與滾筒軸連接(見圖8)，電機與絞車本體相互獨立，輔助剎車的剎車盤與滾筒實現(xiàn)了一體化。

圖8 永磁直驅(qū)電機直連圖Fig.8 Direct connection diagram of permanent magnet direct-drive motor

2.4 直驅(qū)轉(zhuǎn)盤

鉆機平臺上的常規(guī)轉(zhuǎn)盤傳動鏈冗長，中間傳動環(huán)節(jié)故障會直接導(dǎo)致鉆井作業(yè)中斷，并且轉(zhuǎn)盤體積過大給整體式鉆臺鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來諸多不便。國內(nèi)裝備制造商有意向研制電機直驅(qū)轉(zhuǎn)盤，但大部分仍處于設(shè)計論證階段。2009年，我國首臺直驅(qū)ZP275DB轉(zhuǎn)盤(見圖9)在勝利油田完成現(xiàn)場試驗[25]。該直驅(qū)轉(zhuǎn)盤在常規(guī)電驅(qū)動轉(zhuǎn)盤的外側(cè)配置了1臺450 kW的大扭矩交流變頻電機，電機轉(zhuǎn)軸通過萬向節(jié)與轉(zhuǎn)盤的小錐齒輪軸連接。這種設(shè)計并沒有將電機與轉(zhuǎn)盤真正意義上的直連，仍然保留了轉(zhuǎn)盤內(nèi)1級齒輪傳動，所以存在繼續(xù)改進的可能。

1—ZP275轉(zhuǎn)盤；2—萬向節(jié)；3—慣性剎車；4—交流異步電機。圖9 直驅(qū)ZP275DB轉(zhuǎn)盤Fig.9 Direct-drive ZP275DB rotary table

2014年，江漢石油機械公司公開了1項電機直驅(qū)轉(zhuǎn)盤方案[26]。該方案中永磁電機與轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)計，將空心轉(zhuǎn)軸作為電機轉(zhuǎn)軸，滾筒軸表面貼有磁鋼，帶繞組鐵芯的定子置于滾筒殼體上。相對于直驅(qū)鉆井泵、直驅(qū)頂驅(qū)和直驅(qū)絞車，該方案并未體現(xiàn)出必要的散熱、潤滑和制動系統(tǒng)，詳細(xì)的設(shè)計及樣機試驗仍有一段距離。

寶雞石油機械有限責(zé)任公司在2016年也公開了一種直驅(qū)轉(zhuǎn)盤方案(見圖10)[27]，從結(jié)構(gòu)上看，該設(shè)計比江漢石油機械公司的直驅(qū)轉(zhuǎn)盤方案更具體。轉(zhuǎn)盤主軸設(shè)計成雙層U形結(jié)構(gòu)，電機的轉(zhuǎn)子安裝于轉(zhuǎn)軸外側(cè)的表面，定子安裝于轉(zhuǎn)盤殼體內(nèi)壁。在雙層U形轉(zhuǎn)軸的夾層處則安裝有軸承。這種設(shè)計同樣沒有體現(xiàn)出必備的潤滑、散熱和制動系統(tǒng)。但就結(jié)構(gòu)上來看，將電機與軸承放置于不同的腔室，能夠減弱電機繞組發(fā)熱引發(fā)的高溫對軸承潤滑效果的負(fù)面影響。

1—定子；2—空心轉(zhuǎn)軸；3—軸承；4—轉(zhuǎn)子。圖10 直驅(qū)轉(zhuǎn)盤Fig.10 Direct-drive rotary table

大連創(chuàng)為電機公司2020年公開的直驅(qū)轉(zhuǎn)盤方案則表現(xiàn)出了更加完整的直驅(qū)轉(zhuǎn)盤設(shè)計[28]。圖11為帶制動系統(tǒng)的直驅(qū)轉(zhuǎn)盤圖。從圖11可以看出，相對于前述3種直驅(qū)轉(zhuǎn)盤，該方案利用轉(zhuǎn)盤面上的2組卡鉗與轉(zhuǎn)盤固連的剎車片實現(xiàn)制動，剎車片與軸承擋圈之間迷宮密封，避免雜物和鉆井液進入電機腔室。

1—液壓卡鉗；2—定子；3—轉(zhuǎn)子；4—轉(zhuǎn)軸；5—轉(zhuǎn)盤；6—蓋板。圖11 帶制動系統(tǒng)的直驅(qū)轉(zhuǎn)盤Fig.11 Direct-drive rotary table with brake system

圖12為湖北環(huán)一電磁裝備工程技術(shù)有限公司提出的永磁同步電機直驅(qū)轉(zhuǎn)盤設(shè)計。該方案在空心轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤外殼之間的U形空腔中安裝軸承以支撐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。其最大的創(chuàng)新之處在于，在轉(zhuǎn)筒的臺階面上相互垂直地布置了2套轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于配置了2臺永磁電機，提高了轉(zhuǎn)盤的功率和扭矩。另一方面，2臺電機還可提高直驅(qū)轉(zhuǎn)盤的可靠性。由于配置了2臺永磁電機，發(fā)熱量大，空氣對流冷卻能力不足，轉(zhuǎn)盤殼體采用導(dǎo)熱金屬材質(zhì)，其上設(shè)置有循環(huán)油道，利用潤滑油循環(huán)冷卻給轉(zhuǎn)盤內(nèi)腔輔助散熱。

1—定子；2—轉(zhuǎn)筒；3—方補心；4—轉(zhuǎn)軸；5—卡瓦；6—轉(zhuǎn)子(磁鋼)。圖12 永磁同步電機直驅(qū)轉(zhuǎn)盤Fig.12 Permanent magnet synchronous motor direct-drive rotary table

3 電機直驅(qū)技術(shù)的優(yōu)勢與不足

從直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用目的和效果看來，利用直驅(qū)技術(shù)改造現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)、絞車和鉆井泵，可取消中間傳動裝置，簡化傳動鏈，提高傳動效率和可靠性。直驅(qū)技術(shù)在提高鉆井裝備可靠性方面的優(yōu)勢使它受到眾多制造商的青睞。另一方面，機電融合技術(shù)和低速大扭矩電機的開發(fā)及應(yīng)用，在同等功率要求下可顯著減小體積和質(zhì)量，方便拆裝和運輸。上述優(yōu)勢增強了鉆機的運移能力，加快了鉆機的模塊化、自動化和智能化進程。但是，電機直驅(qū)技術(shù)所有的優(yōu)勢多來自裝備制造商報道，也有其不足之處，具體表現(xiàn)在以下方面。

(1) 絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵及頂驅(qū)電機直驅(qū)時，均采用風(fēng)機強制散熱緩解電機繞組的發(fā)熱問題。發(fā)熱實際上是能量的損失，會降低功率利用率。當(dāng)前的直驅(qū)設(shè)備所配備的風(fēng)機需要電力驅(qū)動，這便需要額外的功率用于維持風(fēng)機運轉(zhuǎn)，整體功耗增加。若散熱不及時，設(shè)備內(nèi)部過高的溫度會降低軸承等部件的潤滑油黏度，致使油膜破碎，振動加劇。

(2) 對于深井和超深井作業(yè)，需要直驅(qū)電機提供更高的功率，更高的功率意味著電機的體積更大，繞組線圈更多，發(fā)熱問題更嚴(yán)重，電機的成本更高。

(3) 直驅(qū)鉆井設(shè)備的電機與本體的一體化能最大程度地減小設(shè)備的體積和質(zhì)量，但鉆井泵、絞車、頂驅(qū)和轉(zhuǎn)盤的一體化直驅(qū)電機形式多樣，相互之間不能通用，一體化電機難以形成批量訂單，不易找到電機制造廠商合作且定制價格高。

4 發(fā)展趨勢及建議

我國已具備系列化且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的電機直驅(qū)鉆井裝備。為適應(yīng)深海、陸地深層復(fù)雜地質(zhì)條件能源勘探開發(fā)需求，以及“節(jié)能、減排、降本、增效”綠色發(fā)展的新要求，大功率、綠色節(jié)能、快速運移、自動化及智能化是電動直驅(qū)鉆機的必然發(fā)展方向。實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要電機直驅(qū)鉆井裝備具備體積小、功率大以及易拆裝等特性。

電動鉆機電機直驅(qū)裝備的發(fā)展與大功率電機及電機控制技術(shù)密不可分。鑒于此，筆者總結(jié)了以下4點建議。

(1)研制大功率、大扭矩的交流變頻電機及永磁同步電機，以適應(yīng)深海、深地油氣勘探開發(fā)。應(yīng)用高強度換熱材料，減小電機尺寸和質(zhì)量，增強電機散熱能力。

(2)絞車、鉆井泵、頂驅(qū)和轉(zhuǎn)盤的直驅(qū)電機一體化、模塊化設(shè)計，配置運行狀態(tài)監(jiān)控模塊，集成電機控制系統(tǒng)與鉆機控制系統(tǒng)，提高鉆機自動化和智能化水平。

(3)研制低成本大馬力液壓直驅(qū)裝備。利用液壓站統(tǒng)一供油，液壓站與鉆井平臺獨立布置，拓寬鉆臺空間。

(4)發(fā)展石油鉆機專用電機配套產(chǎn)業(yè)，加強鉆機設(shè)備制造商與特種電機制造商協(xié)作，開發(fā)系列化鉆井裝備用直驅(qū)電機。