变频配电柜在石油钻机的应用及分析

雷永强

摘  要：石油钻机是石油勘探和石油开采作业的重要设备之一，借助石油钻机能够破碎地面下的岩石，保障石油开采作业的顺利开展。目前我国所应用的石油钻机其动力系统不够完善，无法结合钻井作业需求合理调整石油钻机动力，进而造成一定的能源浪费，同时也会在很大程度上增加石油开采成本。变频配电柜的应用，则可以借助变频技术、传感器技术以及过程控制技术等实现对石油钻机动力的合理调控，保障石油钻机性能的基础上，更好的节约能源。基于此，本文介绍了石油钻机的系统组成，并就变频配电柜在石油钻机的应用进行探究，仅供大家参考。

关键词：石油钻机;系统组成;变频配电柜;应用

引言：

石油钻机是钻井作业的主要设备，在钻井作业过程中，借助石油钻来破碎地面下的岩石，将油气层与地面打通，为石油开采奠定基础。常规石油钻机的动力系统不够完善，难以结合钻井作业需求合理调整钻机动力，进而使得石油钻机的能耗始终保持在较高的水平，这显然与节能减排要求相悖。变频配电柜的应用则可以更好的调节石油鉆机动力，能使其在满足钻井作业需求的基础上降低能耗。因此针对变频配电柜在石油钻机的应用及分析具有十分重要的意义。

1石油钻机的系统组成

石油钻机是带动钻具击碎岩层向地底钻孔的机械，是钻井作业的主要机械设备。石油钻机的系统构成比较复杂，主要分为拉起系统、回转控制系统、动力驱动控制系统以及钻机辅助装置控制系统等，不同的系统发挥着不同的作用，在各系统的综合作用下，能够保障石油钻机的稳定、高效运行，提升钻井作业的效率和安全性，进而为石油开采等工作的开展奠定基础。以起升系统为例，起升系统的作用主要体现在钻具的起升和下放，同时还能起到控制钻压的作用，并且还可以为下套管等方面的施工提供支持。起升时，绞盘滚筒缠绕成钢丝绳，天车与游车之间形成副滑轮组，通过大钩上升并借助吊环、吊卡等工具，实现钻具的上升。下放时，钻具或套管柱靠墙体自身下沉，并依靠绞盘的刹车机构和辅助手刹调节大钩的下放速率。在正常钻孔时，可以利用手刹机构调节钻具的送入转速，从而使钻具重力大的部分可以作为钻压施加在钻机上进行破碎岩层工作。再以动力装置为例，动力装置可以为石油钻头的起升系统、旋转系统以及循环系统等设备提供动力。如果钻井施工地点位于偏远地区，则更多的需要借助柴油机来提供动力。通常情况下，石油钻机的动力系统都是由柴油机带动交流发电机发出交流电，再经可控硅整流，将交流电变成直流电，进而为相关设备与其他系统提供动力。

2电机驱动方案

电机驱动方案主要有3中形式，即交流变频传动、软启动以及支流电传动。除此之外，“软启动+交流电动机”的方案应用也比较广泛，这种方案的特点在于操作便捷，并且易于维护。但是这种方案也存在一定的确定，即需要较大的启动电流，进而导致能耗较高。电动机恒速运转，无功波动较大，同时无功补偿的支路较多，为了起到对部分谐波的抑制作用，需要点容易与电抗器之间进行密切的配合。在应用软启动驱动方案的情况下，如果借助原装液力耦合器，则其调速范围相对较小，而要想保证泥浆泵的低速以及绞车的高速，而需要对整传箱的传送速度进行合理设定，按照设定的整传箱速度，则容易对泥浆泵钢套造成严重的磨损，在石油钻机的应用过程中需要频繁更换泥浆泵缸套，这不仅会影响钻进作业的效率，而且还会在一定程度上增加施工成本。另外，在这种情况下也难以适应井下复杂的环境。

对于“整流器+支流电机电传动”方案而言，该方案的实施需要借助支流电机进行直接驱动，这种方案的优势在于具有良好的调速性能，可以确保调速性能满足使用需求，有助于降低石油钻机的能耗。但是该方案也存在一定的不足，直流驱动的方式具有因数低的特点，因此在这种驱动方案下，需要加大无功补偿容量，进而使得电机长时间处在低速运转的状态，这会导致电流进一步加大，使得电机发热现象更加严重。

对于变频电动机直驱动的整传箱的方案而言，其具有调速范围宽的特点，并且该方案的节能效果更佳，同时该方案的调速相应时间还可以更好的满足石油钻机的调速要求。能够借助PLC柜对变频器进行控制，进而实现变频电动机的并车、调整以及转速给定等。通过司钻控制箱能够直接呈现出电机的电流值以及电机的转速等方面的参数信息，并且司钻控制箱还设置检修锁定按钮，同时借助司钻控制箱还直接对电机的转速进行调整。

3变频配电柜的特点分析

石油钻机变频配电柜采用模块化结构，可以结合实际的应用需求来扩容组件，而且扩容组建还不会对其他模块功能造成影响。因此变频配电柜的功能更加完善，应用效果更佳。借助变频配电柜的三项电量采集模块、温度传感器以及夜里传感器等，能够实时获取电量、温度以及压力等方面的参数，并且能够通过无线传输的方式将相关参数传输至数据采集控制器。三项电量采集模块主要采用单片机，借助该模块，可以对三项交流电压、电流以及功率因素等方面的参数进行采集。对于变频控制器单元而言，其作用主要体现在提升电机与控制器的匹配性，借助变频控制器单元，可以确保石油钻机系统处于最佳变频状态，既能保障石油钻机的性能稳定，也有助于降低石油钻机的能耗。对于数据采集控制器而言，其作用不仅体现在可以实现对相关工况数据的采集，同时还具有一定的控制作用。借助数据采集控制器，能够将采集到的工况数据进行自动保存，保存时间通常都能超过1个月。而对这些工况数据的读取，则可以借助PDA、U盘以及笔记本电脑等设备直接读取。因此工况数据的应用十分便捷。电力控制电路主要由中间继电器、空气开关、接线端子、交流接触器、功率因数补偿电容器等共同组成，其功能比较完善，可以进行自动与手动的切换，同时也独立于自动控制的手动操作面板。

通过变频配电柜的以上特点不难看出，其属于一体化配电柜，并且具有较强的智能化水平，将其应用于石油钻机之中，不仅能够起到有效的节能作用，而且还能在很大程度上提升钻井系统的效率，可以为钻井作业提供有力的支持。

结束语：

变频配电柜是在常规钻机配电柜基础上发展而来的，不仅具有常规配电柜的功能，而且其智能化水平更高，能够实现自动化的参数采集，并进行智能化分析，对钻机的而工作状况做出科学判断，并以此为依据对石油钻机进行智能化控制。可以在保障石油钻机应用效果的同时，提升石油钻机的节能效果，并且更好的保障钻井系统的效率。因此应注重变频电柜在石油钻机的应用，使其更好的为钻井作业服务。

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