電動鉆機直流驅(qū)動與交流驅(qū)動的對比分析

曾志偉

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司物資裝備科，新疆 克拉瑪依 834000）

電動鉆機直流驅(qū)動與交流驅(qū)動的對比分析

曾志偉

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司物資裝備科，新疆 克拉瑪依 834000）

本文主要通過對電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的直流電動鉆機驅(qū)動與交流鉆機驅(qū)動的對比，分析了石油鉆機應(yīng)用這兩種電氣控制技術(shù)的主要特點、組成、控制方式、投資成本、現(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了電動鉆機電氣自動化控制技術(shù)在石油鉆上的應(yīng)用發(fā)展趨勢和方向。

石油電動鉆機；直流驅(qū)動；交流驅(qū)動；對比分析；應(yīng)用發(fā)展

一、電動鉆機交流、直流驅(qū)動主要特點對比

AC-SCR-DC驅(qū)動是指數(shù)臺柴油發(fā)電機組發(fā)出交流電，并網(wǎng)輸出到同一交流母線電纜上（或者使用工業(yè)電網(wǎng)供電），經(jīng)過晶閘管整流裝置整流后驅(qū)動直流電動機，帶動轉(zhuǎn)盤、絞車、泥漿泵等主要工作機。交流母線同時給交流變壓器供電，提供鉆井現(xiàn)場輔助設(shè)備及照明用交流電。該類型鉆機一般配備一臺輔助交流發(fā)電機組，作為鉆前和應(yīng)急使用。

該類型鉆機出現(xiàn)在20世紀90年代，是第一代真正現(xiàn)代意義上的電氣自動化控制電動鉆機，基本具備智能化、數(shù)字化，一般說這種方式驅(qū)動的鉆機屬于直流鉆機，主要是因為具備DC-DC直流直接驅(qū)動鉆機的全部優(yōu)點外，還具備以下特點：

（1）通過交流母線對柴油發(fā)電機、電動機采用并聯(lián)運行方式，動力使用與分配合理，機動性、靈活性好，功率有效利用率得到提高。

在實際鉆井作業(yè)過程中，可以按照實際工況需要功率來確定開動投用幾臺動力機組并網(wǎng)，合理有效利用功率，比DC-DC 驅(qū)動鉆機節(jié)約柴油7%～9%。

（2）采用柴油機電子調(diào)速器、晶閘管整流裝置、交流母線技術(shù)，鉆機可靠性得到很大提高，特別是隨著電氣控制技術(shù)理論、各種監(jiān)測系統(tǒng)理論技術(shù)的應(yīng)用、元器件質(zhì)量的的進步，該類型鉆機發(fā)展到今天，鉆機的整體性能相對比較完善、可靠，鉆機功能擴大，經(jīng)濟性增強。

（3）由于直流電動機的轉(zhuǎn)速變化是通過控制晶閘管整流裝置來達到的，交流母線上的功率因素相對較低，為提高功率因素，最近幾年，美國研制試用了一種調(diào)節(jié)功率因素的裝置，可以進一步提高鉆機的整體經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)石油鉆機電控廠家與各油田用戶，正在試制試用一種功率補償裝置，需要進一步完善和改進、穩(wěn)定性能等。

總體而言，目前這種AC-SCR-DC電氣控制技術(shù)模式，在石油鉆機上發(fā)展應(yīng)用相對比較成熟、可靠、穩(wěn)定和經(jīng)濟，很受鉆井現(xiàn)場使用者和管理者的認可，并且已經(jīng)被掌握，能夠保證石油鉆井的連續(xù)可靠。因此，原新疆石油管理局鉆井公司，現(xiàn)西部鉆探克拉瑪依鉆井公司改造更新的大多數(shù)電動鉆機都屬于該類型：1998年投產(chǎn)的國際50107鉆機，2001年投產(chǎn)的50200鉆機，2004年投產(chǎn)的70145鉆機、及2009年以后投產(chǎn)更新的50029、50047、50223、50592、70114、70203、70207、70209等。

二、 交流、直流驅(qū)動電動鉆機現(xiàn)場應(yīng)用對比

在前面介紹分析直流鉆機和交流鉆機的特點、系統(tǒng)組成原理過程中，已經(jīng)進行了一些對比。我們已經(jīng)知道，原新疆石油管理局鉆井公司，現(xiàn)西部鉆探克拉瑪依鉆井公司1998年投產(chǎn)的國際50107鉆機，2001年投產(chǎn)的50200鉆機，2004年投產(chǎn)的70145鉆機、2009年后投產(chǎn)的50029等鉆機，都是屬于AC-SCRDC直流電動鉆機。2000年開始與廠家合作研制投產(chǎn)的40019，后來陸續(xù)投產(chǎn)的70037、30617、30618、30619、70151、50217、90001等，以及改造鉆機32950、70514、50608，均使用AC交流變頻技術(shù)控制。

根據(jù)我公司使用的直流、交流鉆機對比而言，在同級別的鉆機中，比如70145就是直流驅(qū)動，70151就是交流驅(qū)動，或者50107是屬于直流鉆機，50217就是交流變頻驅(qū)動鉆機。根據(jù)我們現(xiàn)場使用情況，對比這兩種鉆機的主要部分，即動力系統(tǒng)、電動機系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的表現(xiàn)，更能夠說明。

三、 交直流鉆機電控系統(tǒng)投資成本對比

我公司投產(chǎn)使用的直流鉆機和交流鉆機，由于本身結(jié)構(gòu)性能的不一樣，投資制造成本也差距較大，主要就是體現(xiàn)在電器自動控制系統(tǒng)方面。包括電動機的購置配套，系統(tǒng)安裝調(diào)試，現(xiàn)場服務(wù)及培訓等，按照同級別，相同的動機機組、相同的工作機組、同歷史時期投資對比，70145屬于直流鉆機，其直流電控系統(tǒng)價格在800萬左右，而70151屬于交流驅(qū)動，增加了逆變控制系統(tǒng)，投資成本在1000萬～1050萬，顯然交流鉆機比直流鉆機投資成本高。

結(jié)語

通過以上對比分析可以看出，直流鉆機相對交流鉆機而言，控制操作維護簡便、投資成本相對低廉，現(xiàn)場更容易掌握，但是由于直流電機本身結(jié)構(gòu)性能原因，沒有交流電機安全，控制系統(tǒng)也沒有交流系統(tǒng)先進，交流系統(tǒng)更能滿足石油鉆井的需要。因此，隨著交流元器件、組件質(zhì)量的提高，價格的下降，交流控制是今后鉆機的發(fā)展方向。目前，綜合考慮到現(xiàn)場維護技術(shù)的掌握，制造成本的承擔能力，以及鉆井安全級別的要求，出現(xiàn)了泥漿泵區(qū)域使用直流驅(qū)動，絞車、轉(zhuǎn)盤靠近井口區(qū)域使用交流驅(qū)動，結(jié)合二者優(yōu)勢的交直流混合電動鉆機，如鉆井公司2006年更新服役的90001鉆機。這只是交直流驅(qū)動鉆機發(fā)展歷程上的權(quán)益之計，從長遠看，交流控制驅(qū)動鉆機是必然的發(fā)展趨勢和方向。

[1]李育良.電動鉆機電氣控制系統(tǒng)[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，1994.

[2] W.L麥克奈爾電動鉆機手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，1988.

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