變頻配電柜在石油鉆機的應(yīng)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(shè)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(chǔ)上，更好的節(jié)約能源。基于此，本文介紹了石油鉆機的系統(tǒng)組成，并就變頻配電柜在石油鉆機的應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用

引言：

石油鉆機是鉆井作業(yè)的主要設(shè)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(chǔ)。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(jìn)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(yīng)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(chǔ)上降低能耗。因此針對變頻配電柜在石油鉆機的應(yīng)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(shè)備。石油鉆機的系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)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(jìn)而為石油開采等工作的開展奠定基礎(chǔ)。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(jìn)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(shè)備提供動力。如果鉆井施工地點位于偏遠(yuǎn)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(jìn)而為相關(guān)設(shè)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(yīng)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(hù)。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(jìn)而導(dǎo)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(jìn)行密切的配合。在應(yīng)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(jìn)行合理設(shè)定，按照設(shè)定的整傳箱速度，則容易對泥漿泵鋼套造成嚴(yán)重的磨損，在石油鉆機的應(yīng)用過程中需要頻繁更換泥漿泵缸套，這不僅會影響鉆進(jìn)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(yīng)井下復(fù)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(jìn)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(jìn)而使得電機長時間處在低速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，這會導(dǎo)致電流進(jìn)一步加大，使得電機發(fā)熱現(xiàn)象更加嚴(yán)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(yīng)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(jìn)行控制，進(jìn)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(shè)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(jìn)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(yīng)用需求來擴(kuò)容組件，而且擴(kuò)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(shè)備直接讀取。因此工況數(shù)據(jù)的應(yīng)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(jìn)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(yīng)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(chǔ)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(jìn)行智能化分析，對鉆機的而工作狀況做出科學(xué)判斷，并以此為依據(jù)對石油鉆機進(jìn)行智能化控制。可以在保障石油鉆機應(yīng)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(yīng)注重變頻電柜在石油鉆機的應(yīng)用，使其更好的為鉆井作業(yè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[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(yīng)用[J].電氣應(yīng)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(hù)解決方法應(yīng)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(yīng)用[J].石油和化工設(shè)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(shè)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(hù)探討[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2022，42（01）：113-114+117.