直流驅(qū)動(dòng)與交流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)對(duì)比研究

李函霖

（哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

在鉆井類的領(lǐng)域當(dāng)中，電動(dòng)鉆機(jī)具有著十分重要的應(yīng)用，在具體的使用過程中，它能夠有效地發(fā)揮出自身的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，而且傳動(dòng)過程相對(duì)比較柔和。同時(shí)，電動(dòng)鉆機(jī)對(duì)進(jìn)行日常的常態(tài)操控十分方便，可以使模塊的體積得到明顯的縮減，而且電動(dòng)鉆機(jī)的調(diào)速特性十分優(yōu)良。在具體的鉆井工作中，電動(dòng)鉆機(jī)的可靠性更高，還能有效地降低噪聲污染。近年來，變頻路徑的交流電機(jī)正在不斷地更新和完善，進(jìn)而在各個(gè)領(lǐng)域中也開始逐漸推廣起來，具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)，我們必須要深刻認(rèn)識(shí)到，該交流驅(qū)動(dòng)架構(gòu)下的鉆機(jī)在應(yīng)用過程中需要消耗大量的資金，因此，在具體的推廣中，也具有著較大的難度。而在對(duì)直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該通過對(duì)二者的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行有效的對(duì)比，并結(jié)合自身的實(shí)際情況，從而更加科學(xué)合理地去進(jìn)行選擇。

1 電動(dòng)鉆機(jī)交流、直流驅(qū)動(dòng)主要特點(diǎn)對(duì)比

電動(dòng)鉆機(jī)交流驅(qū)動(dòng)主要是指通過使用數(shù)臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，從而發(fā)出具體的交流電，并通過具體的傳輸，將其傳輸?shù)酵唤涣髂妇€電纜中，再經(jīng)過相關(guān)裝置進(jìn)行整流后，使直流電動(dòng)機(jī)得到驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而使相關(guān)的轉(zhuǎn)盤、絞車以及泥漿泵等相關(guān)工作機(jī)得到有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，交流母線會(huì)向交流變壓器進(jìn)行供電，為鉆井現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)輔助設(shè)備以及照明設(shè)備等提供交流電。對(duì)于該種類型的鉆機(jī)在具體的使用過程中，需要配備相應(yīng)的輔助交流發(fā)電機(jī)組，在鉆前和應(yīng)急過程中進(jìn)行使用。此鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)自動(dòng)化控制，在具體使用中，具有著智能化、數(shù)字化等特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

首先，通過應(yīng)用交流母線可對(duì)柴油發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行并聯(lián)，采用此種運(yùn)行方式能夠更加合理地分配動(dòng)力，具有良好的機(jī)動(dòng)性和靈活性，有效地提升和利用功率。在具體運(yùn)行過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況和需要的功率大小，對(duì)動(dòng)力機(jī)組并網(wǎng)具體需要投用幾臺(tái)進(jìn)行明確，使功率得到合理有效的利用，而且還能夠節(jié)省柴油的消耗。

其次，通過使用柴油機(jī)電子調(diào)速器、整流裝置、交流母線技術(shù)等，可以有效地提升鉆機(jī)的可靠性。尤其是現(xiàn)階段，我國電氣控制技術(shù)理論以及相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)理論技術(shù)正在不斷地完善，因此，該類型鉆機(jī)也隨著自身的不斷發(fā)展而取得了明顯的進(jìn)步，其整體性能得到了有效的完善，擴(kuò)大了鉆機(jī)的功能，也提升了其經(jīng)濟(jì)性。

最后，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化主要是通過對(duì)晶閥管整流裝置進(jìn)行控制所得到的，而在其交流無線上相關(guān)的功利因素要相對(duì)較低，為了能夠使功率因素得到提升，特研制出了對(duì)功率因素進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，從而使鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益得到了提高。而現(xiàn)如今，相關(guān)石油鉆機(jī)電控廠家還需要加強(qiáng)和各油田用戶之間的合作，并加強(qiáng)對(duì)功率補(bǔ)償裝置的研制，希望能夠進(jìn)一步提升鉆機(jī)的性能。

2 交流、直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和投資成本對(duì)比

上述已對(duì)直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的主要特點(diǎn)和系統(tǒng)組成原理進(jìn)行了相應(yīng)的對(duì)比，而在將電動(dòng)轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)用到具體的現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，兩種類型的電動(dòng)鉆機(jī)，其主要組成都包括動(dòng)力系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和相關(guān)的控制系統(tǒng)。在具體的應(yīng)用過程中，直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)在使用時(shí)要更方便操作，而且對(duì)于相關(guān)技術(shù)的操作要領(lǐng)也比較容易掌握。在我國目前正式投產(chǎn)使用的直流鉆機(jī)和交流戰(zhàn)機(jī)，由于在其性能和結(jié)構(gòu)上存在著差異，因此，投資制造成本也有所不同。其主要體現(xiàn)在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)這一方面，具體包括其購置配套、系統(tǒng)安裝、調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等方面。而通過相應(yīng)的對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)直流鉆機(jī)的價(jià)格要相對(duì)較少。

3 對(duì)比二者的特性

直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)在其內(nèi)在構(gòu)架上大體相同，都包括井架、游動(dòng)配件和鉆井泵等，但二者也有著明顯的差異，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 直流驅(qū)動(dòng)的特性

直流驅(qū)動(dòng)具有獨(dú)特的調(diào)控流程，通過并網(wǎng)進(jìn)行電能的傳輸。而針對(duì)發(fā)電機(jī)組所傳遞的總電能，需要經(jīng)過具體的整流處理，才能夠?qū)ζ渌荚O(shè)的相關(guān)電機(jī)起到驅(qū)動(dòng)作用。而在整個(gè)過程中，主要采用了可以進(jìn)行控制的配件，并采用了一對(duì)一特有的電傳動(dòng)形式，從而更好地進(jìn)行調(diào)控。通過對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行約束，并對(duì)構(gòu)架所特有的絞車進(jìn)行了布設(shè)，這與鉆機(jī)在各時(shí)段內(nèi)的起升調(diào)控等相吻合，可以得到不同的速率。絞車及配置的剎車還安裝了具體的液壓盤，對(duì)于輔助剎車而言，其主要在電磁渦流架構(gòu)下布設(shè)了盤式剎車或者采用相關(guān)的納水冷端面。除此之外，其進(jìn)行送鉆類的相關(guān)配件也具有一定的特性，與上車進(jìn)行銜接，共同對(duì)送鉆力矩進(jìn)行調(diào)控。

3.2 交流驅(qū)動(dòng)的特性

交流驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)在其驅(qū)動(dòng)過程中也按照變頻調(diào)控的方式，主要采用AC流程。其對(duì)調(diào)控所必備的相關(guān)電動(dòng)傳動(dòng)進(jìn)行了增設(shè)，這樣一來，對(duì)柴油機(jī)組所運(yùn)送電能可以進(jìn)行調(diào)控。在經(jīng)過具體的脈沖帶寬后，電能可以成為后續(xù)的解調(diào)電流，可以對(duì)扭矩進(jìn)行調(diào)控或者根據(jù)循矢量有效地進(jìn)行控制。交流變頻所獨(dú)有的電機(jī)在具體使用過程中設(shè)定了無碳刷電機(jī)，其對(duì)可調(diào)速的范疇進(jìn)行了有效的延展，還增設(shè)了單軸絞車，這一裝置其主要的傳動(dòng)過程需要通過齒輪來進(jìn)行帶動(dòng)。而剎車則轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤罕P式，將直徑路徑下的電磁渦流進(jìn)行了有效的替換。這也使得能耗制動(dòng)得到了增強(qiáng)，使最初的配件構(gòu)架得到了簡化，也使其體積有所縮減。

3.3 比較可得的新優(yōu)勢(shì)

和直流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)相比，交流驅(qū)動(dòng)共包括以下特性。首先，通過發(fā)電機(jī)組可以供應(yīng)相應(yīng)的交流電能，而且還設(shè)置了具體的并網(wǎng)輸出裝置，交流電輸送到布設(shè)好的母線電纜后，可以采用工業(yè)的送電方式。晶閥管與整流類的配件進(jìn)行搭配，可以使相關(guān)的主導(dǎo)配件進(jìn)行帶動(dòng)，其具體包括絞車、轉(zhuǎn)盤以及一些必備的泵體等。同時(shí)，交流母線對(duì)變壓器也供應(yīng)了相應(yīng)的電能，還將輔助架構(gòu)內(nèi)的交流供電進(jìn)行搭配。因此這一類的鉆機(jī)具有能夠搭配交流和輔助成套機(jī)組等作用，可以在應(yīng)急的鉆探中使用。

3.4 交流驅(qū)動(dòng)凸顯的優(yōu)勢(shì)

交流驅(qū)動(dòng)在具體過程中，其創(chuàng)設(shè)了無碳刷這一特有的新架構(gòu)，使原材的耗費(fèi)減少，構(gòu)架也得到了簡化。而且其體積相對(duì)較小，相關(guān)配件十分牢固，具有較強(qiáng)的耐久性。和直流鉆機(jī)相比，交流鉆機(jī)在日常維護(hù)中所使用的費(fèi)用也相對(duì)較少，而且還節(jié)省了對(duì)碳刷電機(jī)以及換向器的搭配，避免了在突發(fā)情況下所出現(xiàn)的電火威脅。

這樣一來，即使在油氣田中存在相應(yīng)的爆炸氣體，也可以極大地減少突發(fā)火情的出現(xiàn)概率。同時(shí)，交流驅(qū)動(dòng)下的電動(dòng)鉆機(jī)使其本體容量得到了擴(kuò)展，也使其旋轉(zhuǎn)速率得到了提升。該電動(dòng)鉆機(jī)具有著更高的裝置壓力，而且還增設(shè)了相關(guān)的交流變頻，通過調(diào)速可以將其提高到每分鐘200轉(zhuǎn)。而且單軸絞車還對(duì)最新的無極調(diào)速進(jìn)行了擬定，使其總體變得更加的輕盈化。在控制臺(tái)，也增加了相關(guān)的智能調(diào)控裝置，并采用一體狀態(tài)下的參數(shù)設(shè)定方式，對(duì)鉆井和相關(guān)的電控進(jìn)行了密切整合，并在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)了相關(guān)的總線，增加了監(jiān)視和查驗(yàn)等功能。

4 結(jié)語

綜上所述，我們通過對(duì)交流驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，直流電動(dòng)鉆機(jī)在具體操作和控制上比較簡單，而且需要投資的成本也相對(duì)較低，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中可以更加容易被掌握。但由于其自身的結(jié)構(gòu)、性能等方面的原因，直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鉆機(jī)在使用時(shí)，安全性對(duì)比交流電機(jī)要相對(duì)較低，相關(guān)的控制系統(tǒng)也有些落后，而交流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)鉆機(jī)可以更好地滿足石油鉆井的要求。隨著交流電機(jī)內(nèi)部的各項(xiàng)元器件和組件質(zhì)量的不斷提高，價(jià)格出現(xiàn)相應(yīng)的下降，企業(yè)將成為電動(dòng)鉆機(jī)以后的重要發(fā)展方向，也是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。