變頻配電柜在石油鉆機的應用及分析

雷永強

摘? 要：石油鉆機是石油勘探和石油開采作業(yè)的重要設備之一，借助石油鉆機能夠破碎地面下的巖石，保障石油開采作業(yè)的順利開展。目前我國所應用的石油鉆機其動力系統(tǒng)不夠完善，無法結(jié)合鉆井作業(yè)需求合理調(diào)整石油鉆機動力，進而造成一定的能源浪費，同時也會在很大程度上增加石油開采成本。變頻配電柜的應用，則可以借助變頻技術(shù)、傳感器技術(shù)以及過程控制技術(shù)等實現(xiàn)對石油鉆機動力的合理調(diào)控，保障石油鉆機性能的基礎上，更好的節(jié)約能源?；诖耍疚慕榻B了石油鉆機的系統(tǒng)組成，并就變頻配電柜在石油鉆機的應用進行探究，僅供大家參考。

關(guān)鍵詞：石油鉆機;系統(tǒng)組成;變頻配電柜;應用

引言：

石油鉆機是鉆井作業(yè)的主要設備，在鉆井作業(yè)過程中，借助石油鉆來破碎地面下的巖石，將油氣層與地面打通，為石油開采奠定基礎。常規(guī)石油鉆機的動力系統(tǒng)不夠完善，難以結(jié)合鉆井作業(yè)需求合理調(diào)整鉆機動力，進而使得石油鉆機的能耗始終保持在較高的水平，這顯然與節(jié)能減排要求相悖。變頻配電柜的應用則可以更好的調(diào)節(jié)石油鉆機動力，能使其在滿足鉆井作業(yè)需求的基礎上降低能耗。因此針對變頻配電柜在石油鉆機的應用及分析具有十分重要的意義。

1石油鉆機的系統(tǒng)組成

石油鉆機是帶動鉆具擊碎巖層向地底鉆孔的機械，是鉆井作業(yè)的主要機械設備。石油鉆機的系統(tǒng)構(gòu)成比較復雜，主要分為拉起系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、動力驅(qū)動控制系統(tǒng)以及鉆機輔助裝置控制系統(tǒng)等，不同的系統(tǒng)發(fā)揮著不同的作用，在各系統(tǒng)的綜合作用下，能夠保障石油鉆機的穩(wěn)定、高效運行，提升鉆井作業(yè)的效率和安全性，進而為石油開采等工作的開展奠定基礎。以起升系統(tǒng)為例，起升系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在鉆具的起升和下放，同時還能起到控制鉆壓的作用，并且還可以為下套管等方面的施工提供支持。起升時，絞盤滾筒纏繞成鋼絲繩，天車與游車之間形成副滑輪組，通過大鉤上升并借助吊環(huán)、吊卡等工具，實現(xiàn)鉆具的上升。下放時，鉆具或套管柱靠墻體自身下沉，并依靠絞盤的剎車機構(gòu)和輔助手剎調(diào)節(jié)大鉤的下放速率。在正常鉆孔時，可以利用手剎機構(gòu)調(diào)節(jié)鉆具的送入轉(zhuǎn)速，從而使鉆具重力大的部分可以作為鉆壓施加在鉆機上進行破碎巖層工作。再以動力裝置為例，動力裝置可以為石油鉆頭的起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及循環(huán)系統(tǒng)等設備提供動力。如果鉆井施工地點位于偏遠地區(qū)，則更多的需要借助柴油機來提供動力。通常情況下，石油鉆機的動力系統(tǒng)都是由柴油機帶動交流發(fā)電機發(fā)出交流電，再經(jīng)可控硅整流，將交流電變成直流電，進而為相關(guān)設備與其他系統(tǒng)提供動力。

2電機驅(qū)動方案

電機驅(qū)動方案主要有3中形式，即交流變頻傳動、軟啟動以及支流電傳動。除此之外，“軟啟動+交流電動機”的方案應用也比較廣泛，這種方案的特點在于操作便捷，并且易于維護。但是這種方案也存在一定的確定，即需要較大的啟動電流，進而導致能耗較高。電動機恒速運轉(zhuǎn)，無功波動較大，同時無功補償?shù)闹份^多，為了起到對部分諧波的抑制作用，需要點容易與電抗器之間進行密切的配合。在應用軟啟動驅(qū)動方案的情況下，如果借助原裝液力耦合器，則其調(diào)速范圍相對較小，而要想保證泥漿泵的低速以及絞車的高速，而需要對整傳箱的傳送速度進行合理設定，按照設定的整傳箱速度，則容易對泥漿泵鋼套造成嚴重的磨損，在石油鉆機的應用過程中需要頻繁更換泥漿泵缸套，這不僅會影響鉆進作業(yè)的效率，而且還會在一定程度上增加施工成本。另外，在這種情況下也難以適應井下復雜的環(huán)境。

對于“整流器+支流電機電傳動”方案而言，該方案的實施需要借助支流電機進行直接驅(qū)動，這種方案的優(yōu)勢在于具有良好的調(diào)速性能，可以確保調(diào)速性能滿足使用需求，有助于降低石油鉆機的能耗。但是該方案也存在一定的不足，直流驅(qū)動的方式具有因數(shù)低的特點，因此在這種驅(qū)動方案下，需要加大無功補償容量，進而使得電機長時間處在低速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這會導致電流進一步加大，使得電機發(fā)熱現(xiàn)象更加嚴重。

對于變頻電動機直驅(qū)動的整傳箱的方案而言，其具有調(diào)速范圍寬的特點，并且該方案的節(jié)能效果更佳，同時該方案的調(diào)速相應時間還可以更好的滿足石油鉆機的調(diào)速要求。能夠借助PLC柜對變頻器進行控制，進而實現(xiàn)變頻電動機的并車、調(diào)整以及轉(zhuǎn)速給定等。通過司鉆控制箱能夠直接呈現(xiàn)出電機的電流值以及電機的轉(zhuǎn)速等方面的參數(shù)信息，并且司鉆控制箱還設置檢修鎖定按鈕，同時借助司鉆控制箱還直接對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。

3變頻配電柜的特點分析

石油鉆機變頻配電柜采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合實際的應用需求來擴容組件，而且擴容組建還不會對其他模塊功能造成影響。因此變頻配電柜的功能更加完善，應用效果更佳。借助變頻配電柜的三項電量采集模塊、溫度傳感器以及夜里傳感器等，能夠?qū)崟r獲取電量、溫度以及壓力等方面的參數(shù)，并且能夠通過無線傳輸?shù)姆绞綄⑾嚓P(guān)參數(shù)傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器。三項電量采集模塊主要采用單片機，借助該模塊，可以對三項交流電壓、電流以及功率因素等方面的參數(shù)進行采集。對于變頻控制器單元而言，其作用主要體現(xiàn)在提升電機與控制器的匹配性，借助變頻控制器單元，可以確保石油鉆機系統(tǒng)處于最佳變頻狀態(tài)，既能保障石油鉆機的性能穩(wěn)定，也有助于降低石油鉆機的能耗。對于數(shù)據(jù)采集控制器而言，其作用不僅體現(xiàn)在可以實現(xiàn)對相關(guān)工況數(shù)據(jù)的采集，同時還具有一定的控制作用。借助數(shù)據(jù)采集控制器，能夠?qū)⒉杉降墓r數(shù)據(jù)進行自動保存，保存時間通常都能超過1個月。而對這些工況數(shù)據(jù)的讀取，則可以借助PDA、U盤以及筆記本電腦等設備直接讀取。因此工況數(shù)據(jù)的應用十分便捷。電力控制電路主要由中間繼電器、空氣開關(guān)、接線端子、交流接觸器、功率因數(shù)補償電容器等共同組成，其功能比較完善，可以進行自動與手動的切換，同時也獨立于自動控制的手動操作面板。

通過變頻配電柜的以上特點不難看出，其屬于一體化配電柜，并且具有較強的智能化水平，將其應用于石油鉆機之中，不僅能夠起到有效的節(jié)能作用，而且還能在很大程度上提升鉆井系統(tǒng)的效率，可以為鉆井作業(yè)提供有力的支持。

結(jié)束語：

變頻配電柜是在常規(guī)鉆機配電柜基礎上發(fā)展而來的，不僅具有常規(guī)配電柜的功能，而且其智能化水平更高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的參數(shù)采集，并進行智能化分析，對鉆機的而工作狀況做出科學判斷，并以此為依據(jù)對石油鉆機進行智能化控制。可以在保障石油鉆機應用效果的同時，提升石油鉆機的節(jié)能效果，并且更好的保障鉆井系統(tǒng)的效率。因此應注重變頻電柜在石油鉆機的應用，使其更好的為鉆井作業(yè)服務。

參考文獻：

[1]李睿，徐敏，榮安華.“一拖二”變頻器在石化輸油配電系統(tǒng)中的應用[J].電氣應用，2014，33（15）：50-53.

[2]檀朝鑾，楊福清，翟麗娜，檀革勤，張杰.抽油機井智能一體化配電柜的研制[J].中國石油和化工，2019，（09）：51-53.

[3]陳成，黃傳輝，盛鋒.基于KYN28型配電柜改善散熱安全防護解決方法應用實例[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2019，45（08）：52-55.

[4]袁方，楊雙業(yè)，魯建鋒，樊勇利，張文英，冉洋.石油鉆機產(chǎn)品信息化平臺開發(fā)與應用[J].石油和化工設備，2022，25（02）：148-151.

[5]張建，張康利，王玉明，徐天剛.石油鉆機一體化集成控制設計[J].電氣傳動自動化，2022，44（01）：24-26+30.

[6]袁宏鋒.石油鉆機液壓盤式剎車系統(tǒng)工作原理與維護探討[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2022，42（01）：113-114+117.