交流变频电驱动石油钻机

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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，

7、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。    　　(2)可使电动机的短时增矩倍数达1．15~2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。    　　(4)具有转盘扭矩限制功能，可防止钻