孟憲剛

中原工程有限公司鉆井二公司，中國·河南 濮陽 457001

1 引言

在當(dāng)前社會經(jīng)濟快速進步與發(fā)展的過程中，對能源需求總量在不斷增加，所以石油開采作業(yè)工作量也在隨之增加。但是，隨著當(dāng)前石油開采環(huán)境變得越來越復(fù)雜，開采工作難度也在不斷提升。對于石油開采作業(yè)來講，使用交流變頻電機能夠讓作業(yè)效率變得更加高效，因此為了能夠使石油開采作業(yè)的工作效率得到進一步提升，針對交流變頻電動機以及控制系統(tǒng)在石油鉆井工作中的應(yīng)用進行探討與論述是非常有必要的。

2 交流變頻電動機的特點

對于交流變頻電動機來講，因為其本身屬于一種特殊的變頻電動機，所以在應(yīng)用過程中相較一般的變頻電動機來講，會具有一些特殊優(yōu)點。

第一，對于交流變頻電動機來講，設(shè)計過程中使用的絕緣材料是能夠?qū)ψ冾l器諧波突破進行抵抗的特殊材料，大大提升了交流變頻電動機的使用性能。

第二，對于交流變頻電動機來講，結(jié)構(gòu)的設(shè)計與電磁設(shè)計相較普通的變頻電動機要更加特殊。因為在石油鉆井工作中所應(yīng)用的交流變頻電動機和直流鉆機以及機械鉆機相比，可以在實際工作過程中更好地適應(yīng)當(dāng)前石油鉆井對工藝所提出的更高要求，而且能夠在工作時通過使用交流變頻電動機使鉆機的機械結(jié)構(gòu)得到進一步簡化，降低在鉆機機械保養(yǎng)工作中的工作量以及保養(yǎng)工作頻率，使得設(shè)備使用的安全性和可靠性都得到了提高。

除此之外，對于交流變頻電動機來講，因為所使用的材料更加先進，所以質(zhì)量是非常輕的，而且體積也比較小，在使用的過程中不容易出現(xiàn)故障問題，在石油鉆井工作中應(yīng)用交流變頻電動機，能夠大幅度提升石油鉆井工作效率。

3 交流變頻電動機控制系統(tǒng)

對于交流變頻電動機來講，在工作過程中控制系統(tǒng)作用的發(fā)揮是依托發(fā)電系統(tǒng)以及控制網(wǎng)絡(luò)和交流傳遞系統(tǒng)所組成的，為了能夠使交流變頻電動機的實際應(yīng)用效果得到真正發(fā)揮，需要對控制系統(tǒng)進行深入分析，這樣才能夠更好把控工作中所出現(xiàn)的問題。因此，在論文論述內(nèi)容中，將對整個控制系統(tǒng)進行拆分講解，從上述三個子系統(tǒng)對整個控制系統(tǒng)進行論述，對各子系統(tǒng)的功能以及工作模式進行探討，從而使交流變頻電動機在石油鉆井作業(yè)中的應(yīng)用效率得到提升，保障石油鉆井作業(yè)的工作安全性。

3.1 發(fā)電系統(tǒng)

在交流變頻電動機當(dāng)中，電氣控制主要可以分為兩種系統(tǒng)，但是這兩種系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中所發(fā)揮的作用都是相同的。在實際應(yīng)用的過程中發(fā)電系統(tǒng)的電氣控制，主要是對發(fā)電機運行過程中所產(chǎn)生的勵磁電流以及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行合理調(diào)控。通過兩者進行合理應(yīng)用，能夠保證發(fā)電機實現(xiàn)50Hz的穩(wěn)頻以及600V的穩(wěn)壓，確保在整個系統(tǒng)運行過程中電流的穩(wěn)定性，使發(fā)電機作為整個石油鉆井作業(yè)中井場正常運行所需的穩(wěn)定電源。同時，對于發(fā)電機的控制電柜來講，還擁有并網(wǎng)控制電路，能夠針對多臺電機進行并網(wǎng)核查操作。對于交流變頻發(fā)電機來講，在使用的過程中根據(jù)工程項目的實際現(xiàn)狀，選擇兩臺或者是兩臺以上的交流變頻電動機，那么在實際運行過程中負荷需要均勻分配，從而保證負荷轉(zhuǎn)移的平穩(wěn)性，這樣才能夠使電動機在運行過程中所產(chǎn)生的沖擊得到合理分配，不會增加鉆機的負荷。

此外，對于整個發(fā)電機的控制裝置來講，除了擁有上述功能之外，還能夠發(fā)揮限制功率以及短路保護和過頻保護等相關(guān)功能，可以使整個發(fā)電過程更加平穩(wěn)安全[1]。

3.2 控制網(wǎng)絡(luò)

在當(dāng)前的石油鉆井作業(yè)過程中，每一個石油鉆井應(yīng)用交流變頻電動機都擁有相應(yīng)的司鉆控制室。在司鉆控制室控制工作當(dāng)中，常用的控制系統(tǒng)分別是數(shù)字控制以及模擬控制這兩種。從整個控制系統(tǒng)的實際運行功能來看，在控制工作發(fā)揮作用的過程中，能夠?qū)κ豌@井作業(yè)中的絞車實現(xiàn)無級調(diào)速并對加速度閉環(huán)進行控制，同時還可以對系統(tǒng)位置以及自動送轉(zhuǎn)等各項功能進行優(yōu)化配置。另外，在控制工作中還能夠通過顯示屏以及觸摸屏對整個控制系統(tǒng)當(dāng)中的各項設(shè)備開展遠程動態(tài)監(jiān)控，從而保證交流變頻電鉆機使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。

除此之外，PLC控制系統(tǒng)是交流變頻電動機使用過程中的主要控制系統(tǒng)之一，對于該系統(tǒng)來講，可以通過數(shù)據(jù)采集單元針對整個編程控制器進行科學(xué)處理，然后依托顯示屏以及觸摸屏等人機界面，使石油鉆井作業(yè)過程中的鉆機壓力、懸重、井深以及泥漿液等相關(guān)信息得以顯示，然后以此為基礎(chǔ)判斷鉆機工作狀態(tài)，并及時采取相應(yīng)的措施對專題作業(yè)狀態(tài)進行調(diào)整[2]。

3.3 交流傳動系統(tǒng)

3.3.1 交流傳動系統(tǒng)

該系統(tǒng)當(dāng)中的驅(qū)動控制系統(tǒng)是由多個變頻柜所組成的，在實際操作的過程中，該變頻柜可以將50Hz恒壓以及600V電壓變成0～750V的，能夠進行連續(xù)調(diào)控的交流電壓，從而使鉆井作業(yè)過程中的鉆井泵以及轉(zhuǎn)盤得到驅(qū)動，然后通過1拖1或者是1拖2的方式來實現(xiàn)整個驅(qū)動控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。對于該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤和轎車來講，應(yīng)用的過程中是需要保證擁有反轉(zhuǎn)功能的，所以在對扭矩調(diào)整的過程中，調(diào)節(jié)的范圍是不進行具體限制的，能夠?qū)崿F(xiàn)0～100%任意區(qū)間內(nèi)的轉(zhuǎn)動。在石油鉆井作業(yè)過程中，越來越多的先進變頻器已經(jīng)被應(yīng)用在石油鉆機當(dāng)中，而且所取得的實際應(yīng)用效果顯著，所以在石油鉆井作業(yè)過程中，需要對先進的變頻器加強應(yīng)用和推廣，從而更好地為當(dāng)前的油田鉆井工作服務(wù)[3]。

3.3.2 自動送鉆變頻柜

對于該變頻柜來講，可以將50Hz恒壓以及400V電壓，變成0～400V的交流電壓，在此過程中可以針對交流電壓進行連續(xù)不斷地調(diào)整，從而保證在送轉(zhuǎn)的過程中可以通過1拖1的驅(qū)動方式，使整個送鉆電動機操作得以順利實現(xiàn)。因為在石油鉆井送鉆的過程中，若想實現(xiàn)自動送鉆那么就需要采用恒壓的方式，這樣才能夠保證自動送鉆得以實現(xiàn)。在送轉(zhuǎn)的過程中需要保持恒定的速度完成該作業(yè)，同時送鉆系統(tǒng)還需要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，從而使送鉆過程中所需的鉆具以及井架進行收放。

3.3.3 控制單元

控制單元是在變頻房以外的制動電阻運行過程中所發(fā)揮作用的單元。具體的功能如下：如果在實際工作過程中需要針對鉆井作業(yè)中的絞車進行制動，那么此時交流變頻電動機會進入到發(fā)電狀態(tài)，從而使電動機能夠形成和旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩，使機械能變?yōu)殡娔埽缓笤偻ㄟ^逆變器使電流能夠傳輸?shù)街绷髂妇€當(dāng)中。

在整個控制工作中，若是最高閥值要比直流母線上的電壓數(shù)值小，那么自動控制單元就可以實現(xiàn)與制動電阻的自動連接，從而保證電容器和直流母線當(dāng)中存在的多余電能能夠以熱能的形式進行消耗。這一消耗過程主要是為了保證直流母線上的電壓能夠在實際使用過程中保持恒定不變的狀態(tài)，所以這種制動控制方法又被稱為能耗制動。相較傳統(tǒng)的制動方法來講，這種能耗制動方法要更加快速，因為在整個制動的過程中都是依托于自動控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的，所以能夠快速響應(yīng)相關(guān)指令，在工作過程中既降低了因時間所出現(xiàn)的誤差，同時還可以降低在工作過程中的勞動量。

4 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前中國石油開采技術(shù)水平快速提升的過程中，石油鉆井作業(yè)所處的工作環(huán)境也變得越來越復(fù)雜，所以鉆井工藝要求變得越來越高。在實際工作過程中，通過鉆井的方式施工，很難滿足鉆井工作要求，這就需要增強對交流變頻電動機的使用，這也符合當(dāng)前中國鉆井作業(yè)的大環(huán)境。

從近些年來的實際發(fā)展情況來看，石油鑒定作業(yè)中，交流變頻電動機的應(yīng)用已經(jīng)變得越來越普遍，而且在應(yīng)用過程中所展現(xiàn)出的實際效果也變得越來越突出，所以交流變頻電動機的應(yīng)用是擁有廣闊前景的，對于石油鉆井作業(yè)來講，需要對交流變頻電動機的應(yīng)用進行深入研究及探討，從而更好地發(fā)揮交流變頻電動機在石油鉆井作業(yè)中的應(yīng)用效果，推動中國石油鉆井工作水平提升。