石油钻井中交流变频电动机及其控制系
统的应用
摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂，
增加了石油开采的难度。在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开
采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。
关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备；
被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机
为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而
深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分
析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井
作业中得到充分发挥。
一、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。
二、交流变频电动机及其控制系统的应用
1.交流变频石油钻机。（1）石油钻机钻进原理。石油钻机用于石油或天然
气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下
资源的开采。现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头
旋转击碎岩石，形成钻井结构。然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘
或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回
到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。（2）交流变频石油钻机。传统
石油钻机采用机械驱动的方式，其存在诸多技术缺陷，如传动机与工作机之间能
量分配及运动转换困难、控制系统复杂、传递效率不高等。为适应石油行业发展
需求，在此基础上研发出交流变频石油钻机，该钻机中融入交流变频电动机和自
动控制系统，钻进过程自动化程度及传动效果大幅度提高。交流变频石油钻机主
体构成包括传动系统、控制系统、升降系统、动力系统、循环系统等多个系统模块。其中，传动系统负责能量传递、分配以及运动状态的转换，如设备减速、变
速等。控制系统借助总线技术，将数字化设备整合到同一系统当中，并在各个系
统间建立稳定的信息传输关系，方便控制中心实时获取钻机系统内各设备的运行
状态信息，通过信息监测，及时发展运行异常并开展故障诊断、处理工作。升降
系统负责钻具、套管的下放和提升，以调整钻压、钻头等设备姿态，该系统主要
构成为井架、绞车等。动力系统为交流变频电机的驱动系统，利用柴油发电机向
钻机提供运行动力。循环系统负责钻井过程中的清洁工作，控制钻井液的泵送以
及井底碎石的清理，由钻井液泵、控制单元、各类管线构成。（3）交流变频钻
机优化。交流变频石油钻机设计过程中，可根据实际石油开采需求对钻机各项参
数进行调整。以某型号超深井交流变频石油钻机的优化设计为例。该型号钻机适
用于超深井的钻进工作，有效钻进深度达到9000m，能够满足石油、天然气、水
井等多种能源开采情境的需求。该类型交流变频石油钻机的技术创新点如下：第一，创新性的使用全数字化的控制技术，在钻机系统内安装PLC控制器及可触摸
显示屏，将控制器与显示屏与各类仪器仪表设计为一体化结构，钻机运行过程中，系统可将井下作业情况以及钻机运行状态参数实时传输回地面，对钻进过程做全
程监控。第二，使用模块化的设计方案，给系统预留了足够的升级、改造方案，
可结合具体钻进需求，对系统模块进行调整、组合，使得该钻机具备较广的适用
范围。另外钻机结构设计上也充分重视便捷性，添加的设备模块数量非常有限，
结构排布清晰整齐，为钻机系统转移、搬运过程提供了极大便利。同时，钻机系
统结构简化也使得维护保养能够便捷化开展。第三，钻机绞车传动原理为单滚筒
齿轮传动，采用无级调速，其传动原理简单，故障率较低；使用液压盘刹车机构，辅助刹车则为电机能耗制动，利用计算机系统，可对制动扭矩做量化调整，使得
钻机控制过程更为精确。绞车配备单独的电子送钻装置，可完成自动送钻。第四，钻机司钻控制房单独设置，电、气、液的控制可一体化进行，同时融入可视化通
讯系统，利用PLC控制器，能够对钻井过程做全程监控。另外，控制房还可提供
数据存储、报表打印等功能，便于开展各项管理活动。钻机控制终端、仪器仪表
等均集中设置在司钻房内部，可控性较高。第五，钻机净化系统也采用了集中化
设计理念，将净化设备集成安装，经实践验证，改造后的交流变频石油钻机循环
系统，在清洁能力方面显著提升。随着交流变频石油钻机相关技术的进一步发展
及能源开发环境的复杂化，该类型钻机将在深井、超深井、海洋水井等石油勘探
中得到越来越频繁的应用，进一步提高石油资源开发技术能力。
2.交流变频电机控制系统。（1）动力系统。交流变频系统的动力电源由网
电或柴油发电机机组提供。以600VAC/50Hz供电系统为例，发电机控制柜通过速
度控制模块、电压控制模块、信号检测模块等，控制柴油机转速、励磁电流，获
得600VAC、3φ、50Hz稳压稳频交流电源。每台发电机控制柜都含有单独的同步
并网控制回路，处于在线运行状态的柴油发电机组，能够以具体工况为依据，自
动实现负载分配转移达到负载分配均衡，可以提高工作效率。此外，发电系统还
有过频/欠频、过压/欠压、接地故障检测、功率限制等保护功能，充分保障了电
源的稳定性及可靠性。（2）驱动系统。驱动系统采用全数字矢量控制交流变频
调速装置，由整流单元将交流母排上的600VAC交流电转换成810VDC直流电，输
出到公共直流母排上，再由多台逆变单元将直流母排上的810VDC直流电转换成
电压0～600VAC、频率0～150Hz连续可调的交流电，采用一对一控制方式驱动交
流变频电动机。驱动系统采用多传动变频调速装置，依负载需求，可配置不同数
量的整流及逆变单元，有很好的扩展性及适用性。（3）能耗制动系统。在下钻
作业中，游动系统的悬重通过滚筒拖动主电机反转，使主电机处于发电状态。将
动能通转化为电能，电能通过变频器的制动单元及制动电阻转化为热能散发,使
钻具以设定的速度平稳安全地下放。该技术的应用使盘刹仅作为游动系统的安全
驻车和紧急制动使用，并实现了绞车刹车系统的自动控制，可使操作平稳、安全、
可靠。能耗制动系统用于绞车、转盘制动控制，在需要制动的工况下，自动投入
工作并产生能耗制动，实现绞车下钻速度平稳可调及钻具悬停。（3）控制网络。控制系统以PLC为控制核心，依托编码器及各种传感器对信号进行采集，通过现
场总线将数字化设备组成PROFIBUS-DP网络，实现变频器、智能远程司钻等控制
系统间的高速通讯。上位工控机储存各个系统的运行状态并提供故障时的诊断报文。IPC、PLC、现场数字传动级和司钻操作台通过PROFIBUS-DP网络连接，参数
双向传递，为钻井工程创建数字化、信息化、智能化的管理平台。
总之，随着油气开采难度的提升，传统的钻井装备无法满足钻井作业的要求，随着自动化技术、变频技术的不断进步，给钻井装备带来技术革新，电驱钻井技
术已经得到了普遍的认可。交流变频电驱钻机在应用过程中，取得了满意的效果，具备很好的应用和推广前景，需要科研人员不断加强对交流变频技术研发力度，
制造出更好性能的电驱钻井产品。
参考文献：
[1]张萍.石油电动钻机驱动技术浅述.2020.
[2]李海英.浅谈石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用.2022.
石油钻井中交流变频电动机及其控制系 统的应用 摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂， 增加了石油开采的难度。在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开 采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。 关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备； 被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机 为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而 深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分 析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井 作业中得到充分发挥。 一、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。 二、交流变频电动机及其控制系统的应用
1.交流变频石油钻机。（1）石油钻机钻进原理。石油钻机用于石油或天然 气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下 资源的开采。现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头 旋转击碎岩石，形成钻井结构。然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘 或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回 到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。（2）交流变频石油钻机。传统 石油钻机采用机械驱动的方式，其存在诸多技术缺陷，如传动机与工作机之间能 量分配及运动转换困难、控制系统复杂、传递效率不高等。为适应石油行业发展 需求，在此基础上研发出交流变频石油钻机，该钻机中融入交流变频电动机和自 动控制系统，钻进过程自动化程度及传动效果大幅度提高。交流变频石油钻机主 体构成包括传动系统、控制系统、升降系统、动力系统、循环系统等多个系统模块。其中，传动系统负责能量传递、分配以及运动状态的转换，如设备减速、变 速等。控制系统借助总线技术，将数字化设备整合到同一系统当中，并在各个系 统间建立稳定的信息传输关系，方便控制中心实时获取钻机系统内各设备的运行 状态信息，通过信息监测，及时发展运行异常并开展故障诊断、处理工作。升降 系统负责钻具、套管的下放和提升，以调整钻压、钻头等设备姿态，该系统主要 构成为井架、绞车等。动力系统为交流变频电机的驱动系统，利用柴油发电机向 钻机提供运行动力。循环系统负责钻井过程中的清洁工作，控制钻井液的泵送以 及井底碎石的清理，由钻井液泵、控制单元、各类管线构成。（3）交流变频钻 机优化。交流变频石油钻机设计过程中，可根据实际石油开采需求对钻机各项参 数进行调整。以某型号超深井交流变频石油钻机的优化设计为例。该型号钻机适 用于超深井的钻进工作，有效钻进深度达到9000m，能够满足石油、天然气、水 井等多种能源开采情境的需求。该类型交流变频石油钻机的技术创新点如下：第一，创新性的使用全数字化的控制技术，在钻机系统内安装PLC控制器及可触摸 显示屏，将控制器与显示屏与各类仪器仪表设计为一体化结构，钻机运行过程中，系统可将井下作业情况以及钻机运行状态参数实时传输回地面，对钻进过程做全 程监控。第二，使用模块化的设计方案，给系统预留了足够的升级、改造方案， 可结合具体钻进需求，对系统模块进行调整、组合，使得该钻机具备较广的适用 范围。另外钻机结构设计上也充分重视便捷性，添加的设备模块数量非常有限， 结构排布清晰整齐，为钻机系统转移、搬运过程提供了极大便利。同时，钻机系
浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展 石油钻机电气传动系统是石油钻井过程中的关键技术之一，它主要是指将电能转换为机械能，通过传动系统将能量传递到钻机各个部件，从而实现钻井作业。随着科技的不断进步和石油工业的发展，石油钻机电气传动系统也在不断创新和完善。本文将从以下几个方面对石油钻机电气传动系统的最新发展进行浅谈。 一、电机技术的进步 石油钻机的传动系统中，电机是最核心的部件之一。传统的石油钻机电机通常采用交流感应电动机，其效率较低，动态响应较慢。而现在，随着永磁同步电机、直线电机等新型电机技术的逐渐成熟，石油钻机电机的效率和响应速度得到了大幅度提高。永磁同步电机具有高效、高功率密度、响应快等优点，可以有效提高石油钻机整体的性能和效率。 二、变频调速技术的应用 传统的石油钻机电机通常采用恒速运行，无法根据实际工况需求进行调整。而现在，随着变频调速技术的应用，石油钻机的电机可以根据实际需求进行转速调整，实现节能与高效的运行。变频调速技术能够根据井深、井内环境、以及钻进速度等因素进行实时调整，使得钻机的工况匹配更加合理，同时降低了能耗。 三、智能控制系统的发展 石油钻机的电气传动系统中，智能控制系统起到了至关重要的作用。传统的石油钻机智能控制系统通常采用硬连线控制或者
PLC控制，缺乏自主学习和优化的能力。而现在，随着人工 智能和机器学习等技术的应用，石油钻机智能控制系统的发展进入了一个新的阶段。智能控制系统可以采集和处理钻井过程中的各种数据，通过学习和优化算法来实现自动控制和优化操作，提高钻井效率和安全性。 四、新材料的应用 石油钻机电气传动系统中的传动装置和机械部件对于抗磨损、耐高温、抗腐蚀等性能要求较高。随着新材料技术的不断发展，高强度、高温耐性和耐腐蚀性能更好的新材料被广泛应用于石油钻机电气传动系统中的关键部件。新材料的应用使得钻机的可靠性、耐久性和工作效率都得到了显著提高。 综上所述，石油钻机电气传动系统的最新发展主要体现在电机技术的进步、变频调速技术的应用、智能控制系统的发展以及新材料的应用等方面。这些技术的不断创新和完善将进一步提高石油钻机的工作效率、安全性和可靠性，为石油工业的发展做出更大的贡献。
500KW/380V 国产钻机专用变频器的研制与应用500kW/380V the Development and Application of the Domestic Inverter Whose the Special-Purpose is Drilling 刘德田 1 郭培彬 1 耿明金 2 Liu Detian Guo Peibin Geng Mingjin 1. 山东新风光电子科技发展有限公司 2. 大庆同方电控设备有限公司 摘要：本文主要介绍国产钻机专用变频器的研制与应用。首先简要分析国外变频器在钻机应用中存在的缺点，并与国产变频器做了比较，论述了变频钻机的优点；随后解析原钻机控制系统中存在的问题，我们针对这种状况在大庆市石油管理局井下钻井公司的配合下对该油田钻机进行了变频改造；随后论述了该系统的技术改造方案。现场运行情况表明，该变频系统性能好，可靠性高，操作方便，其各项指标均达到了改造的预期效果。我们相信变频器在油田钻机上的成功应用将会有广阔的市场前景和发展潜力。 关键词：油田钻机变频系统 Abstract: This article mainly introduce s the development and application of the domestic inverter whose the special-purpose is drilling .First briefly analyzes the shortcoming of the overseas inverter which exists in the drilling machine application, and make the comparison with the domestically produced inverter, then elaborates the frequency conversion drilling machine merit; afterwards analyzes the question which in the original drilling machine control system exists, we have carried on the frequency conversion transformation in view of this kind of condition under Daqing petroleum administrative bureau mine shaft well drilling company's coordination to this oil field drilling machine; finally elaborates this system technological transformations plan. The scene movement situation indicated that this frequency conversion system performance well, which the reliability is high and the ease of operation, its each target has achieved the transformation anticipated effect. We believed the inverter will be able to have the broad market and the development potential on oil field drilling machine successfully. Key words: Oil field drilling machine Frequency conversion system 一、引言
交流变频电动机及其控制系统在石油钻井中的应用 【摘要】交流变频电动机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青昧的钻机。交流变频电动机与机械钻机和直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术，能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全型、可靠性和移运性。交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调速，对提高钻井实效、优化钻井工艺等十分有利。 【关键词】交流变频电动机控制系统研究 1 交流变频电动钻机的介绍 1.1 转盘独立电驱动钻机 转盘独立电驱动钻机就是转盘采用交流变频电动机单独驱动，绞车和钻井泵采用机械统一驱动的钻机。该型钻机采用多台柴油机通过液力变矩器或液力耦合器输出动力，然后经过链条并车，分别驱动绞车和钻井泵；转盘由1台交流变频电机通过齿轮或链条减速传动；绞车配辅助驱动装置，可实现自动送钻功能。其特点是转盘转速能够根据钻井工艺的需要来调节，不受钻井泵冲次的制约，同时，具备数控恒钻压自动送钻功能，实现以接近机械钻机的价格，获得交流变频电动钻机的优越性能。 1.2 机电复合驱动钻机 机电复合驱动钻机是转盘在采用电机独立驱动的基础上，绞车采用交流变频电机驱动，而钻井泵仍然采用机械驱动。该方案主要应用在钻深5000m以下的钻机上。2～3台柴油机通过皮带并车驱动钻井泵，同时，还可驱动1台节能发电机。该型钻机能够实现交流变频电动机的主要功能，而价格只有全交流变频电动钻机的60%～70%，同时，具有良好的运行经济性。 1.3 全交流变频电动钻机 全交流变频电动钻机的绞车、转盘、钻井泵均采用交流变频电机驱动。其转盘传动主要有电机直接驱动和电机加减速箱驱动2种方式。绞车通常采用2台电机通过二级齿轮减速箱驱动，并配辅助驱动装置，也有采用一级齿轮减速箱方案的。除转盘独立电驱动钻机采用机械的多轴绞车外，交流变频电动钻机通常都采用单轴绞车结构，其传动形式是交流变频电机通过齿轮减速箱直接驱动滚筒轴，主刹车采用盘式刹车，取消了电磁涡流刹车，而采用能耗制动实现辅助刹车功能。 交流变频电动钻机常用的调速技术有矢量控制和直接转矩控制2种。矢量控制主要采用Siemens公司的变频器，直接转矩控制主要采用ABB公司的变频器。
现代钻井机械新发展 钻机是石油钻井用的成套重型机械设备,是油田上各种机械设备中最大、最重并具有不可或缺重大作用的装备.可以毫不夸张地说,钻机是油气田的设备之王.随着石油工业的发展,钻机也在不断发展,钻井能力越来越强,功率越来越大,传动越来越先进,机械化、自动化程度越来越高. 为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发,美国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发可各种类型的石油钻机.其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位,所以与国际技术接轨,实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨. 近年来国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快,交流变频电驱动已经广泛使用,顶驱发展也十分迅速. 一、交流变频电驱动石油钻机AC-GTO-AC石油钻机 交流变频电驱动石油钻机是国外新发展起来的一种先进的电驱动石油钻机.这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和交流电驱动钻机无可比拟的优越性能. 1．核心技术——交流变频调速技术 交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓扑理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术.专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合,具有强大的生命力,是现代石油钻机的发展趋势. 2．发展情况
早在1994年National公司生产了一台TAed000型交流变频驱动绞车.该绞车由1台2210kW交流变频电动机通过一个两速齿轮箱直接驱动绞车,省去了传动链、离合器、带刹车、超越离合器及电磁涡流刹车.其上配备的盘式刹车仅作为停住钻柱和紧急刹车使用.司钻通过计算机遥控钻机工作,可自动控制游车上、下行程,自动钻进及自动实现绞车各种保护.由于上述设计大大减少了绞车的空间尺寸及质量,使交流变频驱动绞车在海上得到广泛应用.后来,国外钻机承包商纷纷发展AC-GTO-AC石油钻机. 11997下半年至1998年9月,英国北海油田的很多海上平台选用了交流变频石油钻机,而且把许多平台的直流驱动装置改造为交流驱动. 21998年上半年,ALSTON在英国的子公司CEGELEC BAUTAIL DIVISION 就承接了斯伦倍尔石油公司5套石油钻机,同时还负责对北海平台AC-SCR-DC钻机进行改造. 3在 TA-3000绞车基础上,TPC公司于2000年推出了包括动态钻井系统、扭矩安全系统、泵同步系统、起下钻能量监控系统、防倒扣系统在内的智能化电驱动钻机,是采用信息技术对传统电驱动钻机改造的典范. 3．突出特点 1钻机的绞车、转盘可实现无级变速,调速范围宽；能以极低的速度恒扭矩输出,对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利. 2可使电动机的短时增矩倍数达以上,大大提高了钻机的提升能力和处理事故的能力. 3由于具有恒功率宽调速特性,故可大大简化钻机的机械结构.
探究变频器技术在石油钻机中的应用 摘要：本文首先对变频器技术进行简单介绍，了解变频技术的基本情况，重点 分析石油钻机的组成结构及具体用途，在此基础上深入研究变频器在石油钻机中 的具体应用。希望通过本文的研究能够更加全面的掌握变频器技术及石油钻机的 使用，也为后期更好的发挥变频器技术在使用钻机中的作用提供参考。 关键词：变频器技术；石油钻机；钻探工程 1、前言 经济社会的不断发展对石油能源供应提出了更高的要求，近年来随着经济技术的不断投入，我国的石油钻机研发制造以及产品开发能力得到了较大的提高，尤其是变频器技术在石 油钻机中的广泛使用，有效提高了石油机械的开发设计能力，促进石油机械综合功能的提高，进而使得我国石油工业取得较大的发展。可以说在新的发展阶段，变频器技术在石油钻机中 的使用将直接决定未来石油行业的发展。因此在现阶段加强对于变频器技术在石油钻机中应 用的研究具有重要的现实意义，能够全面掌握变频器技术以及石油钻机结构，从而制定更加 科学合理的方案，利用变频器技术实现更高的钻机功能，有效提高石油钻探能力，促进石油 行业良好发展。 2、变频器技术概述 变频器技术的核心设备就是变频器，这是一种控制交流变频电机的控制设备，能够利用 变频器内的电力半导体器件的通断实现对于工频电源的转换，进而形成一种不同的频率，而 主要的技术就是对电源频率的改变。目前在国内各领域使用的变频器主要可以分为电压型和 电流型两种，主要的区别是应用于电压源和电流源。而两者直流回路中的滤波也有一定的区别，前者是将电容作为滤波，后者则是将电感作为滤波。 3、石油钻机组成及用途 在石油开采的过程中，确定钻眼位置以后，一般都是利用石油钻机带动相应钻具对从地 表到油气层的土壤、岩石等障碍物进行破碎工作，同时不断向地下钻进。在石油钻机工作一 段时间，达到预定的位置，钻出标准深度的石油井眼后，再将采油机或者采气机下放到油气 层进行开采。可以说石油钻机的钻井工作是一切石油开采现场作业的基础。一般石油钻机的 组成可以分为八个部分，其中最主要的就是传动机、动力机、工作机和其他的辅助钻井设备。而这些不同的零部件根据功能又可以分为起升、旋转、传动、控制、动力驱动、钻井液循环、监测显示、钻机底座以及钻机辅助设备等八个不同的系统。通过八大系统的相互配合，石油 钻机能够实现基本的下钻能力、旋进能力以及循环洗井能力。 石油钻机的主要工作就是利用相关钻探设备在地下钻取获得一个柱状圆孔，也称为钻井。一般情况下柱状圆孔的直径小、深度大，具体大小与钻井的用途有关，比如油气、地下水的 钻井直径都比较大。根据钻井情况不同，石油钻机也能实现多种不同的功能。一方面能够根 据钻取的地下物质进行实物分析，获取地下一手资料，比如说液态样本、岩屑、矿心等。同 时能够作为地球测井渠道，获得关于地球的各种不同的物理场的相关数据。另一方面能够作 为一种观测地下水文动态的人工通道，及时掌握某一区域内的水层水文情况。除了探测之外，石油钻机还能实现开采功能，或者探采结合，对地下油气、地热资源等进行开采。目前石油 钻机钻井基本可以分为地质勘测钻井、水井、石油钻井、矿田钻井以及建筑钻井等几种不同 的类型。 4、变频器在钻机中的应用 变频器体积小、精度和效率比较高、调速范围也比较广，在石油钻机中应用变频器技术 能够有效保障各操作系统的高效运转，而且能够实现对于石油钻机的变频调速驱动，达到环 保节能的效果。目前变频器在钻机中的应用主要体现为稳定性、先进性、扩展性、可靠性和 同一性等特点。 4.1在控制系统中的应用 由于石油开采一般都是在人迹罕至、环境复杂的地方进行，而且石油钻机的工作强度比 较大，往往需要长时间持续运转，石油钻机的整体工作环境十分恶劣，在运行过程中经常会 受到各种外界因素的影响，系统运行可靠性比较低。因此可以将变频器技术与PLC技术综合
变频器在钻井现场的应用及维护辽河石油勘探局有限公司电力分公司 辽河石油勘探局有限公司电力分公司 摘要：石油和天然气作为重要的能源，随着经济的发展，其开采量不断增大。伴随着能源的开采，钻井行业的技术和设备也越发先进，其中变频器在整个钻井 工程系统中的地位非常重要。因此，主要对变频器的工作原理和主要技术性能进 行了相关研究，并讨论了变频器在运行过程中常见的故障、问题以及设备管理， 且提出一些解决问题的建议。以加强对变频器干扰的了解，有效地减少变频器的 干扰，提高变频器的使用效率。 关键词：变频器；钻井现场；应用及维护 引言 当前钻探行业发展迅速，其中体现得最明显的方面无疑是钻井方面，人们在 钻井方面有了更多的探索和创新。变频器具有调速节能的独特特点，因此将变频 器应用于钻井行业具有较大的优势，但是变频器也具有一些缺点，例如，变频器 对干扰较为敏感，受到干扰时会影响其正常的工作。同时，如果周围环境中存在 其他设备，它们也会干扰变频器的正常运行，那么如何加强变频器的干扰保护就 成为钻井现场急需解决的问题。首先介绍了钻井变频器产生干扰的原因，接着分 析了钻井变频器产生干扰的类型和途径，提出了一些措施，以减少钻井中变频器 产生干扰故障，并且针对在使用变频器时应注意的事项，进行了详细介绍，希望 能够对现场人员起到一定的借鉴作用。 1 变频器产生干扰的原因 1.1 外部对变频器产生干扰
变频器中产生干扰的主要原因是：①来自外部电网的干扰影响。变频器运行 所需的能量来自电网的电源，但是电网中的高压会在变频器的正常运行中引起问题。同时，电网中的谐波源被各种设备所使用，因此电网中的电流被压缩在一起，这会引起变频器的干扰问题。②功率干扰对变频器的影响。如果由于射频干扰而 无法处理，将导致电源内部失真，并严重影响变频器的运行。 1.2 内部对变频器产生干扰 钻机变频器内部存在很大的干扰源。首先，使用变频器最重要的工具是逆变器。由于使用了逆变器，因此变频器成为许多电气设备的干扰源。当变频器进入 工作状态时，流入和流出变频器的电流是谐波的重要来源，这些谐波源不仅会在 不干扰其他电气设备的情况下产生干扰，还会干扰变频器本身，并且谐波源会通 过电网引起，这会影响操作。从输入和输出交流电源的角度来看，变频器的电气 特性具有类似于谐波源特性的定子绕组，因此，还必须合理控制输入交流波形和 输出。 2 钻井变频器产生干扰的途径 2.1 电磁辐射使变频器产生干扰 电磁辐射是指使用电磁波对变频器造成干扰。电磁波的传播围绕一个点辐射，因此这种辐射方法对变频器具有最大的干扰作用。由于辐射的频率非常高，因此 在传播过程中可能会发生一定量的辐射干扰，从而导致变频器发射电流。逆变器 的长期存在会对变频器造成严重影响，甚至会造成变频器的损坏，因此在变频器 的日常运行中必须加强电磁管理。 2.2 传导途径使变频器产生干扰 将电网的传导与变频器的干扰效应进行比较。变频器的工作能量通常是直接 来自电网的输入电流，因此输入电流通常为非正弦波曲线，并且非正弦波严重损 害变频器。当变频器受到电流管的瞬时激活冲击时，工作电压会瞬间增加，变频 器的内部电压会增加，并且内部电网电压会失真，从而影响变频器，输出电流也
油井变频调速技术的特点及应用分析 摘要：介绍抽油机变频装置和电泵井变频装置的特点，以本企业对某低产液油 井进行抽油机变频改造，以及某油田工程中潜油电泵井进行变频改造为例，分析 其变频改造前后的效果，进而对其推广价值和存在问题进行探讨。 关键词：油井；变频调速技术；节能 1引言 随着我国经济的快速发展，人们对石油等能源的需求量不断增加，石油的开 采量也随之不断增加，而随着油气开采的不断深入，低渗井不断增多，而油气开 采难度也不断增加，给石油企业带来较大的难度。而石油企业在油气开采的过程中，其不仅生产能源，而且也在消耗能源，我国油田地面采油系统的系统效率还 不足30%，其抽油机和电动机是主要的耗能设备，如果采用功率恒定的电动机， 由于抽油载荷是随液面深度而动态变化的，会导致出现抽油机欠平衡或过平衡的 现象，也会出现电动机“大马拉小车”或电动机空载的问题，造成能源的巨大浪费，一场你，为了提高采油系统的效率，降低生产成本，需要对采油系统利用变频调 速技术对其进行节能改造。 2油井变频调速装置特点 2.1抽油机变频装置的特点 影响抽油机效率的因素主要有抽油机的冲程、冲速和泵效等抽汲参数，在开 采初期根据油气勘察的数据确定所用抽油机设备的各项参数，但是随着开采进度 的不断深入，油层的供液情况会不断发生变化，如果抽汲参数保持不变，则必然 导致抽油机系统效率的下降，造成资源的浪费，而冲程、泵效是由抽油机本身、 抽油杆、抽油泵等决定，通常无法进行改变或者改变的成本较大，因此采用抽油 机变频装置来改变抽油机系统的冲速来适应油层供液情况的变化[1]。 抽油机变频装置具有以下特点：一是对冲速的调节简单、快捷，可以使冲速 在1～12n/min的速度范围内进行连续调节；二是可以根据抽油机工作载荷的变化，采用智能控制器对抽油机上下冲程速比进行无级智能调节，其诶了提高原油 在泵中的充满度，可以适当降低每一个冲程的下行程速度，而为了减小在提升过 程中的漏失系数，则可以适当增加每一个冲程的上行程速度，从而可以实现提高 单位时间内的原油产量的增产目标；三是由于抽油机在运行过程中是在做往复运动，其工作载荷是在周期性变化的，而且抽油机不可能做到100%的平衡，其在 下行程时电动机则会处于发电状态，使用变频装置则可以实现将发电状态下产生 的电量反馈到电网中再利用的目的；四是使用变频装置可以使抽油机按照需要选 择工频不调速或变频调速两种运行状态，并且可以做到随时切换状态。 2.2电泵井变频装置的特点 对有油田开发中后期的高含水油井，采用的是潜油电泵进行采油作业，此技 术是一种二次采油技术，具有作业面占地面积小、作业操作简单、排液量大、采 油效率高等优点，采用电泵井变频装置，可以改变其启停方式，对电泵的排量进 行控制，并起到节能和延长设备使用寿命的目的。其具有以下特点：一是具有广 泛的适用性，可以根据电泵电压等级的不同对升压变压器进行更换，而且改造成 本较低；二是所采用的低压变频器的输出波形为三相SPWM波，此矩形脉冲波形 的宽度按正弦规律分布，需要经过变压器进行升压才能获得近似正弦的驱动电流 来向电动机供电；三是变频器输出变频的过程中会生产磁路饱和度和漏磁通的变化，提价升压变压器的损耗并引起发热现象，对变频调速的范围起到限制作用。
石油钻井生产中电气设备的节能方法 随着资源逐渐枯竭，节约每一份能源成为各国政府和企业的重要课题，而钻井生产中电气设备作为能耗大户，成为需要深入研究的关键问题。本文将从以下几个方面来介绍钻井生产中电气设备的节能方法。 一、电动机的选型和调速 电动机在钻井生产中起到了非常重要的作用，研究表明电动机在石油行业能耗中占到了50%以上。因此，选用高效电动机成为一种节能的主要途径。据统计，高效电机相对于低效电机，效率提高15%左右，能耗降低20%左右。高效电机的选用主要体现在以下两个方面。 1.高效电机的选用 高效电机不仅能够提高生产效率，减少故障率，而且可以降低能源消耗。高效电机能够提高电机效率，因此，相同输出功率的高效电机相对于低效电机能够省电一半或以上的电能。 2.调速器的选用 在钻井生产中，电动机的负载情况是不固定的，因此选用带有变频装置的电机，能够在满足生产需要的前提下调节输出功率，从而达到节能的效果。 二、数字化控制系统的应用 对于钻井生产中的电气设备，使用数字化控制系统能够起到优化控制的作用。数字化控制系统在控制运行效率以及各种设备的效率方面有着优秀的表现。数字化控制系统能够从以下几个方面来实现钻井生产中的省能效果。 1.控制优化 数字化控制系统能够根据设备的负载情况进行实时调控，通过控制电机的转速，将其保持在最佳转速范围内，减少能源浪费，从而达到节能的效果。 2.节约能源 数控系统能够准确计算各个设备的负载率，它可以定位不想要的浪费或资源浪费，并通过实时的监控和减少过多的电力分配来减少电能消耗。 3.降低人工成本
数字化控制系统可以实现设备自动化操作，无需人工干预，还能够提高生产效率，从而降低人工成本。 三、改进电气设备的维护保养 电气设备的维护保养对于节能效果也有着很大的关系。维护保养主要包括电机的定期检查、清洗、润滑、紧固检查、铆接检查等。 在维护保养中，需要注意以下几个方面： 1.避免设备频繁启动机械运转 在设备启动的过程中，电气设备的负载率比较大，而且启动时需要消耗一定的能量。 2.定期维护设备 设备的故障带来了一定的能源浪费，因此，对设备进行定期的检查和维护，及时更换损坏部件，能够保持设备在最佳状态下运行，达到节能效果。 3.运行维护 设备长时间正常运行，也会造成部分部件的老化，影响设备的效率，影响工作质量，因此，需要对设备进行运行维护，降低电气设备的能耗，以达到节能效果。 总结 钻井生产中电气设备是钻井生产行业消耗能量的一个重要组成部分，通过电机的选型和调速、数字化控制系统的应用，改进电气设备的维护保养等方式均可达到节能效果。较好的能源利用是未来可持续发展的方向，石油钻井生产各企业应当重视这方面的工作，改善能源的利用，为企业的可持续发展做出贡献。
低速大扭矩交流变频电动机直驱转盘系统 摘要：鉴于传统的钻机转盘已不能满足各类新型钻井工艺要求的状况，研制了 一种新型直驱转盘系统。该系统采用新研制的低速大扭矩交流变频电动机代替常 规电驱动转盘的高速电动机，省去了大型减速箱这一中间传动机构，减少了中间 的故障点，提高了传动效率，同时也更加方便转盘的维护与保养。 关键词：低速大扭矩，电动机 引言 转盘系统在钻井过程中起着非常重要的作用。近年来，随着石油勘探开发工 作的发展，钻井难度不断增加，钻遇地层日益复杂，石油勘探正在向更深的海域 和陆地深处进行钻井，新型钻井工艺及特殊油气层开采需要发展的水平井、定向 井和超深井等特殊钻井工艺技术不断出现，对转盘设备的性能提出了更高要求， 也使得钻井转盘必须突破传统结构形式，以满足各类钻井工艺的要求 一、低速大扭矩永磁同步变频电机主要性能优势 永磁电机效率和功率因数高，节能效果显著。永磁电机与异步电动机效率与 功率因数与负载率之间的特性相比，具有明显的优越性，取消了机械装备的中间 环节，提高了传动链效率。去齿轮化，改变了原来机械装备的传动模式。将永磁 电动机与机械负载直接相连，消除了低速大转矩传动系统中的电机与机械负载之 间的各个传动环节，大幅度简化了机械装备的传动链。噪音小，无污染，免维护。取消了减速机、液力耦合器等故障率高的机械装置，节省了日常维护费用、润滑 费用及所耽搁的工作时间。 低速大扭矩直驱电机专用永磁同步变频电动机是拥有自主知识产权的新型转 子结构及水冷定子结构实现变频起动同步运行的永磁电动机，兼有感应电动机和 电励磁同步电动机特点。针对原电机配套老式YR电机市场淘汰及效率低、功率 因数偏低等缺点所开发的新型电动机，转子采用内嵌入稀土永磁材料实心结构， 变频起动，运行时由转子永磁体提供磁场结合定子旋转磁场持电动机同步运行。 哲能效益。有功节电量考核回报率是节能效果的一种最直观的体现，但更换 永磁在改善功率因数、降低电网线路损耗无功补偿等方面意义重大。减速机的维 护及维修费用也是相当可观的，省去减速机后，更加利于设备维护。 二、应用效果 该变频控制系统已在电动搅拌机上进行了应用试验，并取得了较好的测试效果。在配置了该变频控制系统的净化系统中，测试良好，得到了用户的认可与好评。实践证明，与降压启动控制相比，使用该系统启动主电机时没有大的启动冲 击电流，大功率的电动机能够以较小的电流轻松启动。通过模式及转速设置开关，用户可以根据不同的工况调节工作转速和选择相应的工作模式。可编程控制器对 变频电动机与液压泵功率匹配的自动优化控制，使得变频电动机的有效功率得到 了充分发挥。根据不同工况的需要，选择相应的工作模式，调节转速旋钮，可编 程控制器便会根据选择的模式和转速旋钮的位置计算并发出变频器的工作频率指令。变频器按照可编程控制器发出的工作频率驱动变频电动机工作。 低速大扭矩交流变频电动机直驱转盘系统主要由变频控制柜、司钻远程控制台、电动机底座总成、低速大扭矩交流变频电动机、惯性刹车、万向节和 ZP275DB转盘等组成，转盘系统的具体结构见图1。电动机固定在电动机底座总 成上，然后固定在钻台下面，再通过惯性刹车和万向节与ZP275DB转盘连接。该 转盘系统在设计上有以下特点:①结构简单，电动机直接驱动，省去中间减速箱
变频器在国内石油钻机的应用 [关键词]石油钻机变频器系统 [ 摘要 ] 文章介绍了变频器在石油钻机的应用。对钻井工艺特点，控制方案，系统组成及注意事项做了简要论述。 钻井过程分为起落井架，钻进，泥浆循环，钻具更换，下套管，测井等几大工序。主要分为绞车，转盘和泥浆泵等。绞车由滚筒、齿轮箱、离合器、制动器、电机和控制设备组成，用来起落井架，提升和下方钻杆、套管。随着井深的增加，钻具越来越长，重量迅速加大，绞车的负载也越来越大。我国目前已有 7000m 深的油井，其钻具近 600t 重。由于每转进约 9m 就要提升下放钻杆 1 次，因此绞车作业时间也随着井深的增加而占整个作业时间的比例越来越大。为降低成本，希望在野外或海上的作业时间越短越好，这不仅要求绞车宁高速运行，平稳起停，以保证不损坏钻井设备并提高井的质量，还要求驱动设备具有良好的动态特性。如果在内线井区作业，电源可与井区电网相连，下放钻杆时电机工作在发电状态，能量可回馈电网，节能效果显著。 转盘和绞车可共用同一套驱动系统和电机，钻杆加长后，驱动部分切换到转盘，由转盘带动钻具旋转，实施钻进作业，司钻工通过调节转盘转速和压力来改变钻进速度。转盘正常工作时为正转，处理卡钻时需反转以收回钻头，为防止钻杆正转时折断或反转时脱扣，要求电机输出转矩平稳，调节灵活且设定限幅值，同时电机的刹车部件也是必不可少的。 泥浆泵相当于整个钻井设备的心脏，它所输出的泥浆的作用类似于人体内的血液。泥浆从钻杆内部自上而下注入，流过钻头后，再从钻杆和井壁的缝隙自下而上流出，在这一过程中，泥浆协助钻头冲击地壳，冷却钻头，带出碎屑，而更重要的是通过在泥浆中渗入重晶石粉等物质可保持井下一定的压力，以避免井喷，象血液在人体内循环，运送营养，带走废物。泥浆泵的压力和冲数分别与驱动电机的输出转矩和速度成正比。 绞车负载示意图如图 1 所示。 2 系统配置
变频调速技术在石油化工行业中的应用.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。本文由kirtt贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 变频调速技术在石油化工行业中的应用 变频调速技术自二十世纪八十年代后，已广泛地应用于我国国民经济的各行各业。石油化工行业也不例外，不管是原油、天然气的开采，还是炼油、化工装置，直至下游最终化纤、塑料、化肥等都大量工艺应用了变频调速技术（特别是合成纤维工业，变频几乎是唯一方案变频调速技术自二十世 两个： 2变 了钻机设备。 2900米和4500 七台 统。3 一 3.1游梁式抽油机（又称式抽油机）变频调速3.1.1游梁式抽油机的结构抽油机是抽油井地面机械传动装置，它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井下原油抽到地面。按照抽油机的结构和工作原理不同可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。目前油田主要是游梁式抽油机。3.1.2抽油机的工作原理 由电机供给动力，经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动，并由曲柄——连杆——游梁机构将旋转运动变为抽油机的往复运动，带动深井泵工作。3.1.3抽油机调节抽油量的方法抽油机井下深井泵（有管式泵和杆式泵两种）其结构如图1所示。深井泵的工作原理：当活塞上行时，吸液体入泵，排液体出井；活塞下行时，泵筒内液体转移入油管内，不排液体出井。从油井采出的水是由无到有，由低到高；而采出的原油则由高到低逐步下降。因此，抽油机应根据井下含水的上升，
变频器 在调速方法中，变频调速（通过改变电动机电源频率来改变电动机的速度）的调速范围大，平滑高，变频时同时改变定子外加电压，可实现恒功率转矩调速以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，调速的效率和功率因数高，是异步电动机调速方法中最有发展前途的一种。 传统的调速方法一般采用：（1）改变电动机极对数调速。（2）转子串电阻调速。（3）涡流制动器调速。（4）可控硅串极调速。（5）直流调速。前三种均属于无极调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速，且低速复位性能差，长期低速运行会引起电阻器、涡流制动器严重发热，启动电流大，对电网冲击大，常在额定
速度下进行机械制动，对设备机构冲击大，制动闸瓦磨损严重，功率因数低，在空载或轻载时，低于0.4，即使满载时，也低于0.75，线路损耗大。可控硅串级调速虽克服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提到了功率因数，减少了起动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统的数字化，因而在保护功能及系统监控方面还有待于发展。直流调速系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能和系统监控功能，但必须采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。变频调速技术发展道今天已完全克服了上述的不足，同时对电动机要求不高，采用普通型异步电动机即可，该电机制造工艺简单，使用维护方便，在海上打井作业却在用变频调速器。 近年来生产的高性能变频调速装置具有以下特点：电网适应性
强，起动转矩和低速转矩高，速度响应快，速度控制范围宽，可进行直接转矩控制，丰富的开关量及模拟量输入输出便于用户使用，晚上的保护功能，如电压、电流、接地、输入输出缺相、过载等保护。加减速曲线可选，加减速时间可调，提供多种制动方式以及系统监控功能，电机参数自动测试，输入功率因数高达0.95以上，效率高达90%以上，尤其是矢量控制技术及直接转矩控制技术的应用，使交流电动机具有了比直流电动机更好的动态特性，变频调速装置的先进性能特别适用于调速设备和定速转动设备，可以提高工作效率和功率因数，减少起动冲击以及增加使用设备的安全可靠性是非常有益的 。 目前变频调速器已发展了几代，市场上变频调速装置很多，下面我介绍CJ-46（中海油-937）钻井平台上的变频器，它是新加坡生产
变频器在石油钻井中的应用 随着油气勘探技术的不断提高，石油钻井行业正经历着一场数字化 革命。数字化改造将石油钻井的生产效率提高了数倍，同时也改变了 传统的油井工艺。变频器技术是数字化革命中的一个重要组成部分， 已经在石油钻井行业找到了广泛的应用。本文将介绍变频器在石油钻 井中的应用，探讨变频器技术对石油钻井行业的推动作用。 一、变频器的基本原理 变频器是一种电子设备，可以将电能转化成特定频率和电压的交流电。变频器要完成这个功能需要通过一个输出变压器来控制输出电压，同时需要一个控制器来控制输出频率。变频器的输出频率可以非常精 准地控制在特定范围内，这使得它可以用于电动设备的控制中。 二、变频器在石油钻井中的应用 石油钻井行业是一个典型的高负载、高功率应用场景，传统的控制 方式通常是直接控制旋转电机的电压，以调节电机的转速。但这种方 式对于变速需要非常精准的场合来说效果并不好。并且，这种方式还 存在能源浪费的问题。近年来，越来越多的油田开始采用变频器技术，通过精准控制电机的转速来提高生产效率。具体来说，变频器技术在 以下方面发挥了重要作用： 1.控制钻机的转速和转矩，提高生产效率：钻机的液压泵、泵底马达、回转马达等设备都需要电机驱动，这些设备的运行状态对钻井效
率有很大的影响。通过运用变频器控制电机的转速和转矩，可以实现 对钻机的精准控制，提高钻井效率。 2.优化系统能耗，降低运行成本：钻机生产效率的提高也意味着能 源消耗的增加，如何在保证生产效率的同时降低能源成本成为了一个 难题。通过变频器技术，可以根据设备的实际运行状态实时调整电机 的转速，降低不必要的能源浪费，从而降低生产成本。 3.保障设备安全：高负载、高功率的应用场合，需要保证设备运行 的安全。运用变频器技术可以实现多重保护措施，如过电流保护、电 机过温保护等功能，保证设备的安全稳定运行。 三、变频器技术的市场前景 随着石油钻井领域数字化转型的深入推进，变频器技术在钻井行业 中的应用前景将越来越广阔。根据市场研究报告，预计到2024年，全 球变频器市场规模将达到630亿美元。尤其是在新兴市场，如中国、 印度等地区，变频器技术的需求将持续增长。 四、结论 可以看出，变频器技术已经成为石油钻井行业不可或缺的一部分。 通过变频器技术，可以实现钻机转速的精准调节、能源成本的降低、 设备安全的保障等多重效益。虽然目前变频器技术在钻井行业中已经 得到广泛应用，但也仍然存在一些技术瓶颈，需要不断地优化和创新。可以预期到，在变频器技术不断成熟和完善的背景下，石油钻井行业 的数字化转型将实现更大的突破。
S120变频器在 90DB钻井绞车中的应用 与实现 摘要：90DB钻井绞车采用西门子S120变频器进行矢量控制，整流、逆变、控制单元均为独立模块，可以提供高性能的单轴和双轴驱动，功率范围涵盖0.9 -1200 kW，具有广泛的工业应用价值。在完成绞车电机的的静态与动态优化后，单电机挂低速档带滚筒运行，绞车A编码器出现转速差值报警，绞车B电机挂低速档减速箱有异响。通过验证，最终通过更改参数和扩展斜坡函数发生器的起始和结束圆弧时间，在速度剧烈变化时限制加速度，从而避免整个驱动支路上出现负载冲击。绞车电机分别带滚筒运行完毕后，使用西门子专用调试软件选择电机控制方式，设置电机主从控制，借助PROFIBUS-DP来实现S7-400与S120之间数据交换，用S7-400来控制S120运转，及读取所需参数，用DP总线对电机起、停和速度进行控制。 一、交流变频系统的组成 柴油发电机组提供的交流600V电压经2台4000KVA的钻井变压器，双变压器带整流器并联运行，等容分配，同时工作，组成24脉冲。次级系统包含2个次级绕组，为整流系统供给交流600V电压，交流变频控制单元包含4个整流柜，1个母联柜，8个逆变柜以及2个制动单元完成对3台泥浆泵和绞车的控制。中心控制单元为高性能的CU320-2DP，其运算能力更强，可以带6个矢量轴。 二、交流变频绞车系统 在交流变频系统的用户中，绞车作为石油钻机起升系统关键设备，它担负着起升与下放钻具，给进钻速，以及处理井下复杂事故等一系列重要任务。它的性能好坏直接影响到石油钻采设备的使用寿命和使用性能。90DB双钻井绞车采用2台交流电机联轴驱动，经减速箱减速后驱动滚筒，绞车A和绞车B电机带编码器运行，在电机运行中可以实时测速，进行速度反馈，使速度更加准确。由于电机
交流变频电驱动石油钻机 交流变频调速电驱动石油钻机（AC —GTO —AC 石油钻机）是国外新发展起来的一种先进的电动石油 钻机。这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能。这种钻机的核心技术就是采用了交流变频调速技术。交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓朴理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术。专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合，具有强大的生命力，是当代石油钻机的发展趋势。 近年来，由于上述技术和可自关断全控技术、脉宽调制技术（PWM）、电机控制技术、矢量控制技术及直接力矩控制技术的飞速发展和应用，促进了交流变频调速技术的迅猛发展，交流变频调遣陛能，已完全达到石油钻井工艺对钻机驱动传动系统调速性能的要求。 为了使油田电网供电的固定工频（50I--Iz）输出后成为可变频率，通常采用整流技术，把工频经过整 流变为直流，再通过逆变技术，把直流变成可调的交流。原来采用不可自关断的半控器件，需要强迫换流来实现逆变，而强迫换流则需要辅助直流电源。用于换流的电源器件、电感及电容，造成逆变电路体积庞大、投资增大、换流损耗大、逆变效率低、可靠性差和由于半控器件开关频率低很难采用脉宽调制技术等问题。应用可关断全控技术以后，由于可关断器件不需要辅助换流电路、全控器件开关频率高、可靠性高、电压控制、驱动功率小、驱动电路容易实现等优越性能，克服了采用不可白关断半控器件造成逆变电路的一系列问题。PWM 技术的应用，使电机力矩脉动减小，谐波分量减小，满足了交流电机的供电要求。另外，PWM 技术在调节频率的同时，通过控制输出电压脉冲的宽度，调节输出交流电压的幅值，实现在逆变桥同时调节输出频率及电压。矢量控制技术通过对三相电机的 3 ／2 变换把三相的量，解耦成类似直流 电机的励磁分量及转矩分量，并对其量独立控制，再经过 2 ／3 变换成交流供电的三相量来控制电机，保 证了力矩控制的线性关系，从而达到了直流电机的控制特性。随着微电子技术及计算机技术的发展，法国AL—STON 等公司已推出成熟的矢量控制型交流变频器，并成功地应用于石油钻机系统。ALSTON 公司生产的交流变频石油钻机代表了当今世界交流变频钻机的一流水平。该钻机控制系统为分布式，其主控系统可以实时处理各种操作指令，监控各子系统的运行，及时处理故障，通过网络同各子系统进行数据交换，通过互联网完成同外界的信息交换。该钻机有以下各子系统：扭矩控制系统（顶驱或转盘控制系统）、刹车控制系统、平衡控制系统、游车控制系统、灌注控制系统、钻井泵及能量回馈控制系统等。各子系统同主控系统共同实现高级控制策略。各子系统采用闭环系统控制，每个子系统具有智能化和自适应功能。各子系统通过各算法程序保证钻机在各种复杂工况下实现最佳工作，如扭矩控制系统的结构是：交流电机、交流变频器、可编程控制器（ALSPAl800k 光电编码器。当系统闭环后，该控制能保证钻具平稳，减少钻具振动（软扭矩控制），并能保证钻具在零转速下实现满转矩输出，同时实时与主控制系统进行数据／指令／状态的传输，实现现场控制。该钻机的分布式控制系统具有易操作。高精度、高可靠性、人工智能化、自动化和可控制等性能。当钻机的控制系统运行时，司钻能通过TV 显示器（视频，图形化界面）了解各种参数的变化，．并实时自检各系统的工作状态。当发生故障时，能及时报警，在报警的同时，能检测出发生故障的子系统及模块代码，并对故障同时进行智能分级处理。出现严重故障时，能自动启动辅助系统，保证钻机工作正常运行，同时，根据故障代码使系统快速恢复。 由于AC —GTO —AC石油钻机的优越性能，国外钻井承包商纷纷发展AC —GTO —AC石油钻机，仅1997 年下半年至1998 年9 月，英国北海油田的很多海上平台选用了交流变频石油钻机，而且把许多平台的直流驱动装置改造为交流驱动。仅1998 年上半年，ALSTON 在英国的CEGELEC BAUTAIL DIVISION 子公司就承 接了斯伦倍尔石油公司5套AC—GTO —AC 石油钻机，同时 还负责对北海平台AC-SCR-De 钻机进行改造。 采用交流变频调速技术的AG —GTO—AC 石油钻机与机械驱动石油钻机和AC—SCR—DC 石油钻机 相比，具有以下突出的特点： (1) 钻机的绞车、转盘可实现无级变速，调速范围宽；能以极低的速度恒扭矩输出，对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利。