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浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展【摘要】石油作为现代使用最为广泛的能源，其周边的产业在最近几年来得到了相当程度上的发展，相应的，开采石油技术也随着时代要求的变化而不断进步，石油钻井离不开石油钻机电气传动系统，文章概述了石油钻机电气传动系统，以及国内外的发展现状，简单说明了石油钻机电气传动系统的最新发展状况。
【关键词】石油钻机电气传动系统最新发展1 引言随着世界经济的不断发展，世界范围内对石油的需求量不断增加，对石油的开采技术的要求也跟着有所提升，因此对开采设备的技术要求也越来越高。
石油开采最主要的技术是钻井技术，钻机是钻井开采中必不可少的基础电气设备，主要为开采供给钻井时需要的转矩、钻压和转速，因此，石油钻机电气传动系统的研究和发展显得至关重要[1]。
2 石油钻机电气传动系统2.1 石油钻机电气系统石油钻机电气系统是指在钻井工作过程中使用的一整套的综合性钻井机组，钻机电气系统技术的高低决定了开采时钻井技术的专业性和完成效果，因此，钻井工艺对钻机的要求相对较高，一般集中在一下几点。
第一，钻具旋转钻进能力。
在一定的钻压下，钻具供给充分的转矩和转速，形成相当威力的旋转钻进能力才能在钻井时有效地突破开采石油的岩层，形成井眼；第二，起重能力和速度。
具有相当的其中能力和相应的速度的钻机才能满足钻具在钻井过程中送进、下套管、处理井下事务以及钻头的更换等内容；第三，钻井液和泵压要求。
清洗钻井的井底以及在钻井过程中产生的碎石，都是需要钻机能在钻井时提供钻井液和排量以及满足机械要求的泵压。
对于钻井液和泵压的要求主要是因为现代科学技术的进步所推动的，技术的进步使得在钻井中克服了一个个技术难关，在钻井的深度上也不断地刷新纪录，能达到更加深入的岩层，采集更多的石油，而钻井的深度愈深，对钻机的要求也愈加高[2]。
现代研发的新型钻井技术中钻井智能系统、顶部驱动系统等都是能良好地解决问题的新的技术。
2.2 电气传动系统电气传动控制系统可以分为直流电气传动系统和交流电气传动系统。
浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展近年来，石油钻机电气传动系统在技术发展和工程应用方面取得了一系列重大进展，尤其是在提高生产效率、降低成本、提高安全性和环保等方面取得了显著成果。
本文将从系统结构、控制策略和智能化方面谈谈石油钻机电气传动系统的最新发展。
一、电气传动系统结构优化传统的石油钻机主要采用机械传动方式，存在传动效率低、噪音大、维护难度高等问题。
而采用电气传动可以大幅提高传动效率和精度，减少故障频率和维护成本，具有更好的环保性能。
针对传统机械传动方案存在的问题，电气传动技术已经逐渐被广泛应用。
近年来，随着高压、大功率和高控制精度的高端IGBT装置的发展，电气传动系统的特性和优势得到了更好的发挥。
现代钻井机主要包括钻具系统、状态检测系统、顶盖及悬挂系统、支撑与移动系统、动力系统等方面，电气传动技术在这些系统中的应用越来越广泛，逐渐形成了比较完善的结构体系。
二、控制策略的改进钻井机电气传动系统中控制策略的设计是非常关键的部分，传统的PID控制策略已经不适应越来越复杂的控制要求。
同时，随着复杂层次加工、控制精度要求提高和泥浆系统持续汰换，钻井企业对控制系统和控制器的性能和可靠性提出了更高的要求，因此电气传动系统的控制策略也不断改进和优化。
一些企业研发推出了无人值守控制系统，改变了传统的有“钻机手”操作的情况。
同时，智能化技术的引入使得钻井机在数据采集、处理、分析和控制方面更加高效、准确和自适应。
采用明确的物理模型和全局信息优化技术的控制算法可以保证钻井作业顺利完成，同时降低维护和检修成本。
三、智能化技术的应用随着机器学习和人工智能的发展，电气传动系统的智能化水平也在逐步提高。
例如，通过大数据和深度学习分析钻井数据，预测钻头磨损和故障，然后实时调整钻具的动力和位置控制来提高工作效率。
此外，智能化技术还可以提高设备自动化水平，通过人机交互界面，实现更加方便、高效的操作。
同时，钻机作业状态监测、自适应控制和智能维护也应运而生，使得钻井机在复杂环境、高温高压和深海等场景下更加安全、可靠和高效。
⽯油钻机技术未来的四个发展趋势⽂/栾苏梁春平于兴军张鹏飞梁卫斌，国家油⽓钻井装备⼯程技术研究中⼼宝鸡⽯油机械有限责任公司为适应各种不同地域环境油⽓藏的勘探开发，国内外先后开发了顶部驱动钻机、⼩井眼钻机、快速移运钻机、套管钻机、液压钻机及⾃动化钻机等多种类型的⽯油钻机，钻机配套技术也得到快速发展。
很多研究⼈员对国内外钻机的发展现状进⾏了调研，并对钻机的发展趋势进⾏了分析，主要从钻机的结构形式、驱动⽅式、钻深能⼒及环境适应能⼒等⽅⾯做了综述。
如⽂献介绍了我国⽯油钻机的技术现状，同时指出与国际技术⽔平的差距; ⽂献介绍了变频钻机、顶部驱动钻机、⼩井眼钻机及快速移运钻机等国内外新型钻机; ⽂献介绍了国内外超深井和套管钻机;⽂献详细介绍了国外钻机的⾃动化和智能化、形式多样化以及⼩型化和轻型化，另外，对激光钻机、海底钻机和齿轮齿条钻机的技术现状也有所分析。
这些对⽐研究对国内钻机技术的不断进步有着重要的推动作⽤。
笔者就若⼲先进技术在油⽓钻机中的应⽤进⾏阐述。
1 国内外应⽤现状1. 1 电⼒拖动技术电⼒电⼦技术起源于 20 世纪 50 年代末和 60年代初，70 年代开始⼴泛应⽤于电⼒拖动⾏业。
⾃从国外将电⼒电⼦技术应⽤于⽯油钻采装备⾏业后，钻机的驱动模式发⽣了很⼤转变，出现了电驱动钻机，尤其是全数字交流变频驱动技术的应⽤，使钻机的机械结构得到简化，减轻了维护保养⼯作，提⾼了安全性、可靠性和移运性能，易实现⾃动化控制及安全互锁，操作⽅便灵活、故障诊断及维修保养⽅便; 同时对提⾼钻井时效、优化钻井⼯艺及处理井下事故等⼗分有利，成为钻机的主流模式。
经过近 40 年的发展，电驱动钻机的性能已趋近完善和成熟。
然⽽在国内，电⼒驱动技术的应⽤相对较晚，1997 年宝鸡⽯油机械有限责任公司 ( 以下简称宝⽯机械) 第 1 次将变频技术⽤在 5 000 m 钻机上，到 2002 年，宝⽯机械和四川宏华⽯油设备有限公司 ( 以下简称宏华) 成功将变频驱动技术⽤于 7000 m 钻机，开始了变频钻机的系列化⽣产。
一、顶驱制造基本情况（一）目前本厂机械装备制造总体情况主要产品生产FR3150DJ顶驱钻井装置（二）技术创新与新产品研发制造情况通过本项目的研究，研制成功了交流变频驱动顶部驱动钻井装置，并进行了厂内模拟试验与现场工况应用，主要形成了如下几个方面的成果：1、电控系统冗余工作原理：软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。
开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B 当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。
系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换。
2、形成了八项专利技术：（1）、顶部驱动钻井装置的倾摆式自夹紧背钳，申请号：ZL03206846.8。
（2）、内套插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL03270653.7。
（3）、单导轨总成，申请号：ZL03267017.6 。
（4）、自夹紧背钳反扭矩插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL01275909.0。
（5）、用于石油钻井的顶部驱动钻井装置的电机,申请号：20042011265.1。
（6）、顶部驱动钻井装置的上卸钻具装置，申请号：200520106265.6。
（7）、顶部驱动钻井装置性能测试方法及其测试系统，申请号：200910014279.8。
（8）、顶部驱动钻井装置性能测试系统，申请号：200920022148.x。
创新点1、内套插入式箱体结构：该结构利用内套的端部轴肩并结合与箱体轴孔部位的过赢配合，使两者结合为牢固地整体，构成双负荷通道的基础，提高了助推力轴承的使用寿命；再通过合理的连接法兰及套筒体结构，将背钳上卸扣的扭矩传递到箱体之上，避免了回转密封的侧向受力问题，提高了回转密封的可靠性和密封件寿命。
2、液压驱动对夹式环形背钳该背钳结构设计新颖，钳牙的夹紧、松开动作都在液压的驱动下完成，操作快捷迅速，松开到位且保持位置不变，避免了顶驱钻进过程中钳牙动作缓慢以及钻进过程中钳牙伸出对钻杆的损伤。
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。
石油钻机自动化控制系统现状及发展趋势第一篇：石油钻机自动化控制系统现状及发展趋势石油钻机自动化控制系统现状及发展趋势目前石油钻井行业正在逐步与国际接轨，国内外对石油钻井的要求也越来越高，而石油钻机井场标准化防爆电路系统，就是根据目前国内外对石油钻井装备和钻井新工艺、新技术及现代化钻井生产的要求，为防止在石油钻井过程中因电器控制设备产生电火花，而引起可燃性气体发生爆炸，实现优质、高效、安全钻井生产，并与国际市场接轨而孕育而生的新产品。
石油钻机井场标准化防爆电路系统，主要用于陆上石油钻井、海上石油钻井平台固控设备和井场电器设备及照明的控制。
该系统适用于有爆炸性气体混合物环境的1区、2区，爆炸性气体混合物属Ⅱ类，A、B级，T1--T4组的场所，作为配电或集中控制三相鼠笼异步电动机的启动、停止，具有失压、短路、过载及断相保护功能，关键部位还具有无负载拒绝合闸功能。
井场标准化防爆电路系统具有防爆、防水和防尘功能，特别适用于油田野外恶劣环境，是油田钻井设备规范化和标准化作业的最佳选择。
井场标准化防爆电路系统的设计制造依据“性能先进、安全可靠、运移方便、运行经济、满足HSE要求”的原则。
石油钻机井场标准化防爆电路系统，根据对井场区域的三相鼠笼异步电动机的提供电源和控制方式的不同，可分为以下几种方式。
一、集中控制方式所谓集中控制，就是将井场内的所有交流电机的起动装置和其他区域的分区电源都集中与MCC电控房内，采用独立供电，两地起动交流电机的方式，通过快速防爆插接件将动力电源及控制电源线，由MCC电控房的插件柜连接到各个用电设备处。
固控区进入的动力电源及控制电源线，也由快速防爆插接件引入到固控罐两端的防爆型接线箱内，再由防爆型接线箱向固控罐罐面上的设备提供过渡电缆。
简化井场的电气控制设备，实现对井场电气设备的集中控制，即集中控制井场内的所有交流电机，独立供电，两地起动。
采用MCC电控房房内集中控制井场内的所有交流电机及井场其他区域的分区电源，并与防爆型接线箱和防爆型转接箱来一同实现的控制方式。
国内石油钻机自动化技术现状与建议目前，国内石油钻机自动化技术在以下几个方面取得了一定的进展：1. 现场数据采集和监测系统：国内石油钻机自动化技术已经能够实现对钻机运行情况的实时监测和数据采集，并能够及时反馈到控制中心，为钻井工作提供了有力的支持。
2. 钻井操作自动化：自动化技术已经应用到了钻井操作中，实现了钻井过程中的一些操作的自动化控制，如起下钻、定向钻井等。
3. 设备智能化：国内石油钻机的设备智能化程度也在不断提高，例如钻机的自动定位、自动保护等功能的应用，使得钻机的操作更加智能化、高效化。
尽管国内石油钻机自动化技术已经取得了一些成果，但与国外先进技术相比，国内石油钻机自动化技术仍存在着一些不足之处。
二、存在的问题1. 技术水平相对落后：与国外先进技术相比，国内石油钻机自动化技术的水平相对落后，尤其是在数据处理和智能控制方面存在明显差距。
2. 自动化系统不完善：国内石油钻机的自动化系统还存在一些问题，如稳定性不足、可靠性较差等，影响了钻机的稳定运行。
3. 应用范围有限：目前国内石油钻机自动化技术的应用范围相对狭窄，还未能满足石油勘探和开采的需求。
三、建议在国内石油钻机自动化技术当前的现状和存在的问题的基础上，提出以下几点建议，以推动国内石油钻机自动化技术的发展：1. 加强技术研发和创新：加大对石油钻机自动化技术的研发力度，提高自主创新能力，推动关键技术的突破和应用。
3. 完善标准体系：建立健全的石油钻机自动化技术标准体系，引导行业技术发展，提高技术水平。
4. 加强国际合作交流：积极开展国际技术交流与合作，引进国外先进技术和经验，加速国内石油钻机自动化技术的发展。
5. 提升人才水平：加强石油钻机自动化技术人才培养，提高技术人员的专业素养和实际操作能力。
通过以上建议的实施，相信国内石油钻机自动化技术将迎来新的发展机遇，为我国石油工业的发展提供更加强大的支撑，实现我国在石油领域的自主创新和领先地位。
电气机械系统的智能石油应用随着科技的不断进步，电气机械系统在石油行业中的应用越来越广泛。
智能石油应用作为一种新兴技术，正逐步改变着石油行业的传统面貌。
本文将详细探讨电气机械系统在智能石油应用中的各个方面，包括钻探、采集、处理和运输等。
电气机械系统在钻探中的应用在石油钻探过程中，电气机械系统起着至关重要的作用。
钻机的核心部分是电动机，它通过驱动钻杆旋转来实现钻探作业。
与传统的燃油机械相比，电动钻机具有更高的能效和更低的排放。
此外，电气机械系统还可以实现对钻井参数的实时监测和调整，从而提高钻井效率和安全性。
钻探过程中，还需要对地下的地质情况进行监测和分析。
电气机械系统在这方面也发挥着重要作用。
通过地质录井仪等设备，可以实时获取地下的岩芯、岩石物理性质等信息，为钻探决策提供有力支持。
同时，这些设备还可以对钻井过程中的故障进行预警，从而降低故障风险。
电气机械系统在石油采集中的应用在石油采集过程中，电气机械系统同样发挥着重要作用。
采油设备，如抽油机、注水泵等，都是基于电气机械系统实现的。
这些设备可以提高石油开采效率，降低人力成本。
此外，电气机械系统在石油采集过程中还可以实现对油井产量的实时监测和分析。
通过智能化的监测系统，可以实时获取油井的生产数据，如产量、含水率等。
这些数据对于评估油井的生产状况、制定合理的生产策略具有重要意义。
电气机械系统在石油处理和运输中的应用在石油处理和运输过程中，电气机械系统也发挥着重要作用。
石油处理过程中，需要对石油进行脱水、脱硫等处理，这些处理过程往往依赖于电气机械设备。
同时，在石油运输过程中，电气机械系统可以实现对石油管道的实时监测和维护，确保石油运输的安全和稳定。
此外，智能化的电气机械系统还可以实现对石油储存和输送过程中的故障进行预警和处理。
例如，通过安装在石油管道上的传感器，可以实时监测管道的安全状况，及时发现和处理泄漏等故障。
电气机械系统在智能石油应用中具有广泛的应用前景。
浅谈石油钻机电气传动系统的最新发展摘要:目前钻井工艺技术越来越为先进，本篇文章通过介绍石油钻机电气传动系统的组成部分跟现实状况，来为未来钻机电气传动系统的发展提供参考跟创新。
关键词:钻机；电气；传动系统；自动化根据全世界工业的快速发展，石油需求量在与日剧增。
对于石油钻探工艺技术的要求也越来越高。
所以石油钻井工程的发展也就迎来了春天。
钻机是钻井工作设备中最主要的机械部位。
钻机本身要有完善的机械器件，足以提供钻具的速度要求。
除了钻具要经常更换钻头，解决井内的一系列问题，机械设备还需要拥有充足的自起重能力跟加快速度。
而且还需要机械设备通过一定的泵压跟排放度来维持泥浆工作的日常运作。
所以就需要钻机电气系统设计技术不断发展。
这篇文章就围绕着石油钻机电气系统，讲述了现代钻机电气传动发展的历程跟如何促进石油钻机工程的长期稳定发展。
1钻机电气传动系统的发展现状1.1钻机电气传动系统的范围钻机电气传动系统包含着动力跟操控，电气传动自动化以及配电控制等系统。
动力操控系统主要的部件有着柴油发电机组，变压器，发电控制系统等等。
电气传动自动化控制系统有着泥浆泵，搅拌车，转盘交直流传动自动化等部分。
配电控制系统有着日常照明，居民生活用电，不可调速电机等相关电源。
1.2动力及其控制系统在当前国际上的石油机械动力设备的范围内，组装柴油机发电机配套的生产厂家较多。
比如能够体现现代水平的国家有美国的CaterpillarCumminsWaukeshaEMD，瑞典的Volovs以及德国的MTU等等。
在这几个先进国家的技术当中，美国的这项技术最为实用。
它遍布在石油机械动力设备的市场中，具有品种多，包含的系列较全，升级更新快等特点。
它使用的功率范围在54kW到4500kW。
产品有着较多的系列，如3400，3500以及D300等等。
大约在一九九五年，美国的这家公司就升级改造了3500系列的柴油机。
从而出现了比其性能更好的3500B系列的柴油机，大大提高了单位输出的功率，节约大量的油耗。
王代华 高级工程师,1983年湖南大学本科毕业,1992年浙江大学研究生毕业,获硕士学位。
现在天水电气传动研究所从事石油钻机、矿井提升机电气传动领域和电力系统自动化方面的工程应用研究设计工作。
石油钻机电驱动系统的进展王 代 华(天水电气传动研究所,741018)摘要 本文概述了石油钻机电驱动系统的发展情况,并对国内外主要产品作了描述,同时对计算机和全数字直流调速系统在石油钻机方面的应用情况以及新工艺新技术的采用情况进行了分析,最后指出国内发展方向和市场远景。
关键词 石油钻机 电驱动系统 进展The Development of Oil Rig Electric Drive SystemW ang D aihua(T ianshui Electr ic D r iv e R esear ch I nstitute )Abstract T his paper giv es a brief dev elo pm ent of the o il rig electr ic dr iv e system ,and describes the main pro ducts at ho me and abr oad ,also sums up the use o f co mput er and fully micr opro cesso r -contr olled DC v ariable speed drive sy st em and the adoption of new technolog y and technique in respects of the oil rig ,a t last r efers to the dir ect ion of domestic pro ducts and the pro spect of mar -ket .Keywords o il rig electric dr ive sy st em dev elo pm ent1 前言石油钻机经历了从机械直接驱动到电力驱动的时期,电力驱动比机械驱动具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障率低、操作更方便灵活等一系列的优越性。
未来钻机驱动系统的发展趋势将被电力驱动方式所取代,电力驱动的基础是电力电子器件的成熟发展。
以电力电子器件为功率单元的电气传动控制系统目前已进入计算机时代,并将石油钻机电驱动系统推上了一个新的台阶。
2 国外石油钻机电驱动系统情况目前国外石油钻机电驱动系统的主要生产厂家为美国的几家公司,世界上大部分产品市场都为其所垄断,其中我国进口的就有:美国的GE 公司生产的GE-Ⅲ系统和L drill-3000系统,Ro ss Hill 公司生产的RHLL 系统,IPS 公司生产的IPS 系统,这些产品都属八十年代生产的较为先进的石油钻机电驱动系统,其控制方式主要以模拟量控制为主[1]。
3 国内石油钻机电驱动系统的研究成果 早在七十年代中期我们就着手对石油钻机电驱动系统进行研究。
经过多方考察,国家投入大量资金从美国GE 公司引进先进技术,通过我国新一代科技工作者的艰苦奋斗,研制出了较先进的新一代石油钻机电驱动系统,使我国石油钻机方面的装备水平取得了突破性的发展。
如我所于1987年研制成功的1997年11月ELECTRI CAL DRIVE AUT OMATION NOV .1997ZJ45D4500米陆地钻机电驱动系统,在中原油田经过一年多的工业性运行成功后,于1989年7月通过了石油部和机械部的鉴定,并获得国家重大技术装备成果一等奖[2]。
我所1989年推出的ZJ15D1500米钻机电驱动系统成功地应用在大庆油田。
特别是1994年研制的国家“八五”重大技术装备科技攻关项目ZJ60DS6000米沙漠钻机电驱动系统,经过塔里木油田塔克拉玛干沙漠腹地的风吹日晒一年多的工业性运行的考验,其性能和可靠性得到验证,于1996年3月通过了由机械工业部和石油天燃气总公司组织的鉴定,专家对此给予了极高的评价,该钻机总体性能达到九十年代初国际先进水平[3]。
ZJ60DS钻机电驱动系统由柴油发电机组及其控制、直流传动系统、直流电动机、交流电动机控制中心、交流电动机以及其它井场电器设备组成,为钻井机械提供动力并对其进行有效控制。
其控制系统采用高技术的微机监控系统,应用自诊断功能提供了可靠的安全保护,并在出现故障时便于及时查找,模块化设计方便设备维修。
该系统故障率低、可靠性高,为国内首创。
该系统的成功把我国石油电驱动钻机的发展推向了一个崭新的高度。
4 新技术的采用随着电子计算机的不断发展和电力电子器件的性能不断完善,石油钻机电驱动系统也在不断推出新系统。
新一代电驱动系统采用先进的交流—电力电子器件—直流的工作模式,其控制环节采用高可靠性的计算机来完成。
这种高技术成熟产品有英国的CON-TROL T ECHN IQU ES公司推出的M EN-TOR-Ⅱ,我们已成功地将它应用于石油钻机顶部驱动工程中[4]。
德国SIEMENS公司生产的SIM OREG K也已完成绞车提升项目的应用[5]。
还有英国EUROT HERM DRIVES公司生产的SSD590用于机械泵的控制[6]。
石油钻机主要动力机械是由转盘、绞车泥浆泵组成,石油钻机电驱动系统通过采用这些国际上先进的全数字直流控制器,再加上可编程序控制器的逻辑联锁和计算机集成控制系统的综合协调,钻机的整体性能得到了充分的改善。
5 计算机技术的充分发挥石油钻机采用计算机控制,其控制功能发挥得淋漓尽致。
首先由基于微处理器控制的全数字直流调速系统完成变流调节功能;第二是PIC可编程序控制器完成逻辑联锁实现微机监控和自诊断功能;第三是由微处理器构成的钻机运行参数测控系统完成数据的采集处理控制。
以上三部分组成下位机系统,最后由一台工业控制计算机完成综合控制,如报表生成、实时监视、数据打印等。
6 全数字直流调速系统的应用采用国际上最先进的全数字调速器的控制模板,配上国内生产的高性能电力电子器件组成的功率模件,构成石油钻机电驱动系统。
技术上先进,价格上又远低于国外整机进口产品,功能上高度完善,可靠性进一步加强,可实现如下具体功能。
(1)转矩限幅根据有关参数的设定,设置转矩限幅,防止钻机转盘转矩过大而扭断钻杆。
其参数可以很方便地通过司钻台上的手轮给定经模拟量入口输入设置,也可以由监控上位机发出指令通过串行口输入进行干预。
(2)电流限制用来保护泥浆泵和绞车重载出力时的电动机和整流装置避免过载。
与转速有关的电流限幅,是通过参数设定以实现当转速较高时电流极限值随转速的升高按一定规律自动减小来保护机械。
功率部分的监控是在所有电流值下计算电力电子器件的发热状态,当达到极限温度时,或者装置出现故障,该功・9・1997年11月 王代华 石油钻机电驱动系统的进展 能用于保护电力电子器件。
对于绞车电流限制,可按单机提升全部井下钻具,躲过其最大电流进行整定。
通常的钻井工况为双机共同提升,某一台机出现故障的紧急情况下,另一台机单独提升才不致卡钻。
这样的电流限制既保护了设备也保障了钻井工程的安全。
(3)电流调节PI调节方式,电流实际值经过交流侧电流互感器检测,经整流及模数变换后送入电流调节器形成内环。
(4)电压调节PID调节方式,电压从直流侧经电阻分压引入电压调节器,给定由钻机司钻台上的手轮给出模拟量经模数变换后进行数字控制。
(5)预控制器电流调节回路的预控制器能改善系统的动态响应。
(6)参数优化通过参数设定由软件对调节回路中的调节参数自动寻优实现静态误差最小动态性能最好的最优控制。
(7)监控与诊断数据显示有跟踪给定值、实际值及开关量输入输出状态,还监视电机参数、电源电压、电源频率、控制角、模拟量输入输出值、中间值及限幅等。
扫描功能通过扫描众多测量参数进行存储和故障出现时自动记录状态参数。
各类故障出现时发出报警,此功能大大方便了运行维护。
7 采用计算机组成的测控系统石油钻机的测控系统包括钻井八参数的测试和自动送钻控制,采用计算机组成的测控系统快捷、准确和完整,并减轻了工作人员的劳动强度。
钻井过程中,司钻通过观察八参数仪凭经验手动送钻,也可以通过自动控制系统自动送钻。
送钻工作可交给计算机,通过给定输入,根据井下测试的参数反馈,经计算机判断寻优后自动完成,钻井效率更高。
录井也采用计算机实时处理,钻井工况下的泥浆泵压、泵冲、流量、转盘转矩、转速、钻井速度、提升重量、提升速度、井深和钻具深度都由计算机进行巡回检测显示打印,以完成钻井资料的保存。
8 新工艺的采用石油钻机的使用环境一般是在野外,如荒山、海洋、沙漠等恶劣环境,冬夏温差大。
电气传动控制房和电机采用防沙措施和冷热循环风道的冷却系统,可使环境温度即使在沙漠腹地最热时及沙暴时刻也能保证设备的可靠工作。
这一点国内已有的钻机ZJ60DS 电驱动系统优于国外产品。
应用于石油钻机电驱动系统中的体积小出力大的电力电子器件KPX-1600A/2500V 和直流电动机Z490/390-670kW/750V也分别由西安电力电子研究所和兰州电机厂研制出来,通过国产ZJ45D和ZJ60DS钻机的工业性运行证实,其性能达到美国GE公司产品水平[7]。
9 结束语石油钻机在我国油田中大多以机械钻机为主,电驱动钻机仅有从美国进口的有限几台,国产ZJ60DS电驱动系统的研制成功,为我国石油工业重大技术装备做出了杰出贡献,填补了该项国内空白,改变了过去全靠进口的局面,为我国石油资源的开发节约了大量外汇,社会经济效益十分显著。
为此, ZJ60DS项目获得了国家重大技术装备成果特等奖。
我国的石油钻机电驱动系统技术水平目前已日趋逼近世界发达国家的先进水平。
特别是ZJ60DS电驱动系统整体性能达到九十年代初的国际先进水平。
该系统在一年多的工业性运行中,测得故障停机率仅万分之二・10・ 电气传动自动化 第19卷第4期点二,大大超过千分之一的要求;该系统的备件损耗率远低于美国进口钻机。
这表明其可靠性程度很高,对于其安全性要求很高的石油钻机来说无疑是一大重要支撑。
为此,该系统的出现成为我国石油电驱动钻机迈向成熟的标志。
在此基础上,我们还把全数字控制系统成功地应用于顶部驱动的电气传动系统项目中,且取得了满意的效果。
可以预见,具有世界最新技术的石油钻机电驱动系统将不断从我国推出。
由全数字控制系统构成的多级计算机控制系统将是石油钻机电驱动系统发展的主导方向。
国外石油钻井工程招标要求必须要电驱动钻机。
我国劳动力富足,国内许多钻井公司寻求出国打井赚取外汇的路子,因此对电驱动钻机需求量大,再加上沙漠油田和海上石油的开发,电驱动钻机的需求量将更加显著,所以石油钻机电驱动系统的市场具有十分广阔的发展前景。
