直流驱动与交流驱动的电动钻机对比研究

李函霖

（哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

在钻井类的领域当中，电动钻机具有着十分重要的应用，在具体的使用过程中，它能够有效地发挥出自身的节能优势，而且传动过程相对比较柔和。同时，电动钻机对进行日常的常态操控十分方便，可以使模块的体积得到明显的缩减，而且电动钻机的调速特性十分优良。在具体的钻井工作中，电动钻机的可靠性更高，还能有效地降低噪声污染。近年来，变频路径的交流电机正在不断地更新和完善，进而在各个领域中也开始逐渐推广起来，具有十分显著的优势。但同时，我们必须要深刻认识到，该交流驱动架构下的钻机在应用过程中需要消耗大量的资金，因此，在具体的推广中，也具有着较大的难度。而在对直流驱动和交流驱动的电动钻机进行选择时，应该通过对二者的优势和不足进行有效的对比，并结合自身的实际情况，从而更加科学合理地去进行选择。

1 电动钻机交流、直流驱动主要特点对比

电动钻机交流驱动主要是指通过使用数台柴油发电机组，从而发出具体的交流电，并通过具体的传输，将其传输到同一交流母线电缆中，再经过相关装置进行整流后，使直流电动机得到驱动，进而使相关的转盘、绞车以及泥浆泵等相关工作机得到有效的运转。与此同时，交流母线会向交流变压器进行供电，为钻井现场的相关辅助设备以及照明设备等提供交流电。对于该种类型的钻机在具体的使用过程中，需要配备相应的辅助交流发电机组，在钻前和应急过程中进行使用。此钻机实现了电动自动化控制，在具体使用中，具有着智能化、数字化等特点，具体表现在以下几个方面。

首先，通过应用交流母线可对柴油发电机和电动机进行并联，采用此种运行方式能够更加合理地分配动力，具有良好的机动性和灵活性，有效地提升和利用功率。在具体运行过程中，可以根据实际情况和需要的功率大小，对动力机组并网具体需要投用几台进行明确，使功率得到合理有效的利用，而且还能够节省柴油的消耗。

其次，通过使用柴油机电子调速器、整流装置、交流母线技术等，可以有效地提升钻机的可靠性。尤其是现阶段，我国电气控制技术理论以及相关监测系统理论技术正在不断地完善，因此，该类型钻机也随着自身的不断发展而取得了明显的进步，其整体性能得到了有效的完善，扩大了钻机的功能，也提升了其经济性。

最后，直流电动机的转速变化主要是通过对晶阀管整流装置进行控制所得到的，而在其交流无线上相关的功利因素要相对较低，为了能够使功率因素得到提升，特研制出了对功率因素进行调节的装置，从而使钻机的经济效益得到了提高。而现如今，相关石油钻机电控厂家还需要加强和各油田用户之间的合作，并加强对功率补偿装置的研制，希望能够进一步提升钻机的性能。

2 交流、直流驱动电动钻机现场应用和投资成本对比

上述已对直流驱动和交流驱动钻机的主要特点和系统组成原理进行了相应的对比，而在将电动转机应用到具体的现场时，两种类型的电动钻机，其主要组成都包括动力系统、电动机系统和相关的控制系统。在具体的应用过程中，直流驱动电动钻机在使用时要更方便操作，而且对于相关技术的操作要领也比较容易掌握。在我国目前正式投产使用的直流钻机和交流战机，由于在其性能和结构上存在着差异，因此，投资制造成本也有所不同。其主要体现在电气自动控制系统这一方面，具体包括其购置配套、系统安装、调试现场服务等方面。而通过相应的对比，我们可以发现直流钻机的价格要相对较少。

3 对比二者的特性

直流驱动和交流驱动的电动钻机在其内在构架上大体相同，都包括井架、游动配件和钻井泵等，但二者也有着明显的差异，具体表现在以下几个方面。

3.1 直流驱动的特性

直流驱动具有独特的调控流程，通过并网进行电能的传输。而针对发电机组所传递的总电能，需要经过具体的整流处理，才能够对其所布设的相关电机起到驱动作用。而在整个过程中，主要采用了可以进行控制的配件，并采用了一对一特有的电传动形式，从而更好地进行调控。通过对转速进行约束，并对构架所特有的绞车进行了布设，这与钻机在各时段内的起升调控等相吻合，可以得到不同的速率。绞车及配置的刹车还安装了具体的液压盘，对于辅助刹车而言，其主要在电磁涡流架构下布设了盘式刹车或者采用相关的纳水冷端面。除此之外，其进行送钻类的相关配件也具有一定的特性，与上车进行衔接，共同对送钻力矩进行调控。

3.2 交流驱动的特性

交流驱动的钻机在其驱动过程中也按照变频调控的方式，主要采用AC流程。其对调控所必备的相关电动传动进行了增设，这样一来，对柴油机组所运送电能可以进行调控。在经过具体的脉冲带宽后，电能可以成为后续的解调电流，可以对扭矩进行调控或者根据循矢量有效地进行控制。交流变频所独有的电机在具体使用过程中设定了无碳刷电机，其对可调速的范畴进行了有效的延展，还增设了单轴绞车，这一装置其主要的传动过程需要通过齿轮来进行带动。而刹车则转变为液压盘式，将直径路径下的电磁涡流进行了有效的替换。这也使得能耗制动得到了增强，使最初的配件构架得到了简化，也使其体积有所缩减。

3.3 比较可得的新优势

和直流驱动的电动钻机相比，交流驱动共包括以下特性。首先，通过发电机组可以供应相应的交流电能，而且还设置了具体的并网输出装置，交流电输送到布设好的母线电缆后，可以采用工业的送电方式。晶阀管与整流类的配件进行搭配，可以使相关的主导配件进行带动，其具体包括绞车、转盘以及一些必备的泵体等。同时，交流母线对变压器也供应了相应的电能，还将辅助架构内的交流供电进行搭配。因此这一类的钻机具有能够搭配交流和辅助成套机组等作用，可以在应急的钻探中使用。

3.4 交流驱动凸显的优势

交流驱动在具体过程中，其创设了无碳刷这一特有的新架构，使原材的耗费减少，构架也得到了简化。而且其体积相对较小，相关配件十分牢固，具有较强的耐久性。和直流钻机相比，交流钻机在日常维护中所使用的费用也相对较少，而且还节省了对碳刷电机以及换向器的搭配，避免了在突发情况下所出现的电火威胁。

这样一来，即使在油气田中存在相应的爆炸气体，也可以极大地减少突发火情的出现概率。同时，交流驱动下的电动钻机使其本体容量得到了扩展，也使其旋转速率得到了提升。该电动钻机具有着更高的装置压力，而且还增设了相关的交流变频，通过调速可以将其提高到每分钟200转。而且单轴绞车还对最新的无极调速进行了拟定，使其总体变得更加的轻盈化。在控制台，也增加了相关的智能调控装置，并采用一体状态下的参数设定方式，对钻井和相关的电控进行了密切整合，并在现场布设了相关的总线，增加了监视和查验等功能。

4 结语

综上所述，我们通过对交流驱动和直流驱动的电动钻机进行对比可以发现，直流电动钻机在具体操作和控制上比较简单，而且需要投资的成本也相对较低，在现场应用过程中可以更加容易被掌握。但由于其自身的结构、性能等方面的原因，直流驱动电动钻机在使用时，安全性对比交流电机要相对较低，相关的控制系统也有些落后，而交流驱动的电动钻机可以更好地满足石油钻井的要求。随着交流电机内部的各项元器件和组件质量的不断提高，价格出现相应的下降，企业将成为电动钻机以后的重要发展方向，也是一种必然的发展趋势。