分析石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用

【皖南电机导读】：交流变频电机在是一种先进的电动钻机，其发展于20世纪90年代。交流变频电机在现代工业中有着广泛的应用，特别是在石油钻井中对其进行应用，有着一般电动机不具有的优点。为了使交流变频电动机在石油钻井中发挥出更好的作用，对其进行分析是必要的。

电动机随着我国对石油能源需求量的增加，石油开采的环境也变得越来越复杂，这增加了石油的开采难度。在石油开采过程中，应用交流变频电机可以使石油开采变得更加简单高效，因此需要加强对交流变频电动机的分析。

1交流变频电动机交流变频电动机是一种特殊的变频电动机，交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点：

（1）在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料，提高交变频电动机的性能。

（2）结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。

在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比，在钻井过程中，对交流变频调速技术进行合理应用，可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求，并且使钻机的机械结构得到了进简化，减少了对钻井机械的保养，使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。此外，交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点，因此在石油钻井中需要加强对其的应用，提高石油钻井的工作效率。

2交流变频电机控制系统交流变频电机在石油钻井中得到了广泛应用，在应用变频电机过程中，需要做好控制系统的分析。控制系统由发电系统、控制网络、交流传统系统等共同组成。

2.1 发电系统ROSS HILL和SLEENS电气控制两种系统在具体应用过程中起到的功能都相同；在应用过程中，主要是对发电机中的励磁电流，柴油机的转速进行合理控制，通过对两者的应用可以得到50HZ的稳频和600V的稳压，并且可以确保系统在运行过程中电流的稳定，将其作为井场正常运行的稳定电源。在发电机的控制电柜内还设有并网控制电路，对多台电机并网合闸操作进行合理控制。发电机在运行过程中可以依据工程的具体概括，两台以上或全部的交流变频电动机在运行时，均匀分配负荷，确保负荷转移的平稳性，从而承受电动机在运行过程中带来的冲击，以及钻机的负荷特性。发电机的控制装置，还具有限制功率、短路保护、过频保护等功能。

2.2 控制网络

2.2.1 司钻控制室目前在石油钻井中所应用的交流变频电钻机都具有司钻控制室，目前比较常司钻控制系统，主要分为数字控制和模拟控制两种不同的类型。从控制系统在运行过程中的功能来看，具体控制中，可以实现绞车无级调速，控制加速度闭环、有动系统位置、自动送钻等各项功能。同时，控制中，通过显示屏和触摸屏实现对控制系统中的主要设备进行动态监控，从而确保交流变频电钻机的运行的稳定性和安全性。

2.2.2 PLC控制系统在应用交流变频电动机过程中，利用数据采集单元（变送器、编码器等），对可编程控制器进行科学处理，通过显示屏、触摸平等人机基面显示钻压、悬重、井深、泥浆液等信息的显示。

2.3 交流传统系统

2.3.1 驱动控制系统驱动控制系统有多个变频柜共同组成，在具体操作过程中分别将50HZ恒压、600V电压转变为0-750V可连续调控的交流电压，对驱动钻井泵、钻盘的驱动通过一拖一或一拖二的方式完成。在系统中的钻盘和绞车在具体应用过程中，具有反转功能，对扭矩的调解范围不做具体限制，可以从0%-100%区间内任意转动。Siemens变频器在石油钻机有着比较广泛的应用，并且实际应用情况来看，也取得了不错的应用效果，在石油钻井中应当加强对其的应用与推广，使其能够更好的为油田钻井服务。

2.3.2 自动送钻送钻变频柜将50HZ恒压、400V转变为交流电压变流程0-400V，可以连续调调控的交流电压，在具体送钻过程中，通过一拖一的驱动方式完成相应的送钻电动机操作。在自动送钻过程中，如果采用恒压的方式，可以利用恒压完成自动送钻操作。如果以恒定的速度完成相应的送钻电机操作，系统具有正反转动功能，并且在操作过程中能够起到钻具和放井架的功能，从而通过恒定不变的速度完成相应的送钻操作。

2.3.3 控制单元制动单元与存在于变频房外的制动电阻在具体运行过程中起到的功能：如果在具体工作中，需要对绞车进行制动，电动机将会进入发电状态，从而使电动机形成与旋转方向相反的制动力矩，将机械能转化为电能，然后利用逆变器将电流传到直流母线上。当最高阀值小于直流母线上的电压大小时，制动控制单元将会自动与制动电阻相连通，从而使电容器和直流母线上所存储的多余的电能以热能的形式消耗，从而使直流母线上的电压大小始终处于恒定不变，这也被称为能耗制动。

3结语

随着我国在石油开采技术的高速发展，钻井的环境将会变得越来越复杂，这也对钻井工艺提出了更高的要求，在钻井过程中采用钻井的方式施工，难以满足在钻井上需求，因此应当加强对交流变频电动机的应用，这也与我国钻井的大环境相符。通过近几年，我国在石油钻井中对交流变频电机的实际应用情况可以看出，交流变频电机具有不错的应用前景，因此应当加强对其应用及控制系统的研究与分析。

本文来源于《技术管理》-陈天泽。