這篇論文主要介紹的是石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，本文作者就是通過對(duì)石油鉆機(jī)電氣的相關(guān)內(nèi)容做出詳細(xì)的闡述與介紹，特推薦這篇優(yōu)秀的文章供相關(guān)人士參考。

　　關(guān)鍵詞：石油鉆機(jī);電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　自改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，對(duì)于石油、天然氣等資源的需求量也隨之進(jìn)一步增加，但與巨大的資源需求量相比，我國(guó)資源開采技術(shù)雖然在近幾年已經(jīng)有所提升，但在開采效率上卻仍然存在著很多不足。而電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)作為石油鉆機(jī)的新型控制系統(tǒng)，則能夠使電驅(qū)動(dòng)石油鉆井機(jī)的工作效率得到很大的提升，從而為資源開采效率不足這一問題的解決提供有效途徑，因此，對(duì)于電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

　　1電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

　　石油鉆機(jī)作為石油開采鉆井工作中的重要設(shè)備，其各方面性能的優(yōu)劣往往會(huì)對(duì)石油開采效率造成直接的影響，而石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)，則是影響鉆機(jī)性能的關(guān)鍵因素，例如在面對(duì)不同巖石時(shí)，鉆具需要對(duì)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，而電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)則能夠?yàn)殂@具提供穩(wěn)定的鉆研，并實(shí)現(xiàn)鉆具轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速精確調(diào)整。同時(shí)，隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來石油開采的鉆井深度已經(jīng)非常之深，部分油井的深度甚至超過15000m鉆井，在此影響下鉆定向斜井、水平井等鉆井方式以及先進(jìn)的鉆井工藝開始不斷出現(xiàn)，這些工藝技術(shù)一方面提高了石油開采能力，但在另一方面也對(duì)鉆井機(jī)械提出了更高的要求，而要想適應(yīng)鉆井機(jī)械的全新要求，也必須要對(duì)石油鉆機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新，將電氣傳動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到鉆機(jī)控制系統(tǒng)中來。另外，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看,石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)屬于鉆機(jī)的控制中心,具體可分為動(dòng)力控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)系統(tǒng)以及主站PLC、從站PLC、控制中心從控機(jī)等幾個(gè)模塊，其中傳動(dòng)控制還可細(xì)分為直流傳動(dòng)系統(tǒng)和交流傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)前交流傳動(dòng)系統(tǒng)主要以交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)為主,根據(jù)交流變頻鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的10a。它不僅具有功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠等優(yōu)勢(shì),還在與先進(jìn)的現(xiàn)代鉆井工藝結(jié)合上有著其它系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性,因而交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)將成為石油鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　2電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　動(dòng)力控制系統(tǒng)是石油鉆機(jī)的動(dòng)力來源，同時(shí)也是驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)的關(guān)鍵所在，一般來說，電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)以電為核心動(dòng)力，因此其動(dòng)力控制系統(tǒng)通常會(huì)直接接入600V電網(wǎng)電，或是由多個(gè)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成。從具體上來看，動(dòng)力控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)石油鉆機(jī)的鉆速控制、電壓控制、做功分配、功率限制、繼電保護(hù)等方面的控制工作，為保證其控制精確率，整個(gè)動(dòng)力控制系統(tǒng)必須要采取通用模塊化的軟、硬件結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分布式控制，各模塊單元均需要設(shè)置通信接口，以便于通過微處理器來實(shí)現(xiàn)的各模塊單元的高效、精確控制，并實(shí)現(xiàn)故障診斷、顯示、保護(hù)等功能。從動(dòng)力控制系統(tǒng)來看，無論是發(fā)電機(jī)組為動(dòng)力還是直接接入工業(yè)電網(wǎng)，都是向交流母排輸出交流電，并由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用全數(shù)字化的矢量控制交流變頻調(diào)速裝置，對(duì)交流母排上的交流電進(jìn)行直流電轉(zhuǎn)換，最終輸出到公共直流母排上，通過一對(duì)一的控制方式來驅(qū)動(dòng)絞車、泥漿泵等主電機(jī)[1]。同時(shí)，由于動(dòng)力控制系統(tǒng)故障會(huì)對(duì)石油鉆機(jī)的工作效率造成影響，因此動(dòng)力控制系統(tǒng)中還要利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)以及故障信號(hào)進(jìn)行采集與分析，同時(shí)通過工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及自診斷功能，這樣在系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行異常后，工作人員可直接通過人機(jī)交互界面中的異常運(yùn)行參數(shù)來對(duì)故障或故障隱患進(jìn)行判斷，并由專家根據(jù)運(yùn)行參數(shù)來完成故障的綜合診斷，給出相應(yīng)的解決方案，這樣既可以降低系統(tǒng)故障，同時(shí)也可以大大縮短故障處理時(shí)間，從而為石油鉆機(jī)的工作效率提供保障。

　　3電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方式設(shè)計(jì)

　　3.1控制模式

　　從目前來看，電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)雖然比較多樣，但其控制模式仍然是以一對(duì)一控制模式以及一對(duì)二控制模式為主。其中一對(duì)一控制模式是指控制柜與電機(jī)直接建立連接，由一臺(tái)控制柜對(duì)一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)進(jìn)行控制，每一臺(tái)控制柜都只能為與之相對(duì)應(yīng)的電機(jī)提供控制以及過載保護(hù)，而其他電機(jī)并不會(huì)受到控制柜的影響。在這一模式下，電動(dòng)鉆機(jī)內(nèi)部不僅需要配備與需控制電機(jī)數(shù)量相同的控制柜，同時(shí)還要為單獨(dú)轉(zhuǎn)盤配備傳動(dòng)柜。而一對(duì)二控制模式則是指由一臺(tái)控制柜對(duì)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制，每臺(tái)控制柜都回味固定與之對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)電機(jī)提供控制與過載保護(hù)，與一對(duì)一控制模式相比，一對(duì)二控制模式所需要電機(jī)數(shù)量增加，因此其控制柜的容量與體積也會(huì)隨之加倍，但控制柜的數(shù)量大大減少，二者各有優(yōu)劣[2]。從目前來看，石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)配置兩種控制模式，在實(shí)際運(yùn)行中，操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況“一對(duì)一”或“一對(duì)二”兩種控制方式進(jìn)行自由選擇，并通過電力切換的方式來對(duì)不同的電機(jī)進(jìn)行控制，這樣絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵等所有電機(jī)均可實(shí)現(xiàn)控制方式的自由切換，其靈活性與適應(yīng)性大大提高，工作效率也能夠得到提升。

　　3.2控制對(duì)象

　　電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)可通過直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)或是直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，其中直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有著轉(zhuǎn)速高、起動(dòng)力矩大、體積小、重量輕、不容易堵轉(zhuǎn)、適用電壓范圍廣、可調(diào)速等特點(diǎn)，主要是用于一對(duì)二控制模式的設(shè)計(jì)，由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的的定子繞組與電樞繞組是串聯(lián)的，因此無需安裝單獨(dú)的勵(lì)磁裝置，同時(shí)隨著電動(dòng)機(jī)輸出功率的不斷增加，控制柜的負(fù)載電流也會(huì)隨之不斷提升，這就能夠大大提高電機(jī)的功率，從而將一對(duì)二控制模式的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。而他勵(lì)電動(dòng)機(jī)則主要用于一對(duì)一控制模式設(shè)計(jì)，這類電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈與電樞繞組完全分開的，勵(lì)磁電流與電樞電流也同樣需要單獨(dú)提供，因此在這一設(shè)計(jì)模式下，系統(tǒng)雖然需要單獨(dú)安裝勵(lì)磁裝置，但輸出轉(zhuǎn)矩和電樞電流卻存在著密切的關(guān)系，即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，其輸出電壓也會(huì)越高，這樣既可以保證勵(lì)磁電流與電樞電流的統(tǒng)一性，并保持電機(jī)負(fù)荷的平衡，同時(shí)在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的精確控制下，電機(jī)工作效率雖然無法得到明顯提升，但其電能消耗卻會(huì)大大下降，這對(duì)于電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)來說同樣是非常重要的。

　　4電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的信息化設(shè)計(jì)

　　要想提高石油鉆機(jī)的開采效率，對(duì)于鉆機(jī)模塊的信息化設(shè)計(jì)同樣是非常重要的。首先，石油開采的作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，而不同作業(yè)環(huán)境下石油鉆機(jī)設(shè)備所受到的影響也是完全不同的，因此電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)還需充分利用數(shù)字化技術(shù)，對(duì)各種作業(yè)環(huán)境下的環(huán)境數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行收集與分析，降低環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)控制的影響，從而使石油鉆機(jī)的控制能夠更加精確。其次，石油鉆機(jī)作為綜合性設(shè)備，其設(shè)備模塊非常之多，因此電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)需要按鉆井工藝流程對(duì)個(gè)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行準(zhǔn)確劃分，并保證不同設(shè)備模塊在控制上的獨(dú)立性，以免不同設(shè)備模塊產(chǎn)生干擾，從而影響開采效率。除此之外，由于石油鉆機(jī)的能源消耗與環(huán)境污染都相對(duì)較大，因此電氣傳統(tǒng)控制系統(tǒng)還可根據(jù)供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用智能控制技術(shù)對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行管理，由控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力、負(fù)荷需求、調(diào)度時(shí)段、儲(chǔ)能裝置的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)等因素展開全面分析，以實(shí)現(xiàn)精確的電能調(diào)度，從而使石油鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可靠性得到提升[3]。

　　5結(jié)語

　　總而言之，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)能夠使電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)的開采效率得到極大的提升，但要想讓這一效果在石油開采工作中得到真正體現(xiàn)，還需從基本結(jié)構(gòu)、信息化、控制方式等方面對(duì)石油鉆機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]劉曙光，蔡運(yùn)恒，賈晨輝，等.海洋鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，30(01)：131-136.

　　[2]崔紹鯤.鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，32(08)：74.

　　[3]王代華.電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].電氣傳動(dòng)，2005(08)：3-8.

　　作者：李向許 單位：中石化華北石油工程有限公司國(guó)際公司沙特項(xiàng)目部