基于變頻傳動技術(shù)在石油鉆機電控系統(tǒng)研究

黃國輝

摘? 要：石油鉆機智能化、自動化能夠提高鉆井裝備自動化水平、減少人工成本、降低鉆井風險，提高鉆機作業(yè)效率和質(zhì)量。在我國智能化、自動化鉆機已部分取代傳統(tǒng)鉆機設(shè)備。但是，在實際運用中還存在一些問題，影響了鉆機作業(yè)的安全高效運行。本文基于變頻傳動技術(shù)在石油鉆機電控系統(tǒng)研究展開論述。

關(guān)鍵詞：變頻傳動技術(shù);石油鉆機;電控系統(tǒng)研究

引言

為滿足石油勘探、開采的現(xiàn)實需要，應對常規(guī)鉆機進行智能化、自動化升級，既能滿足鉆井作業(yè)效率高、安全性高的要求，又能提高鉆井隊伍的競爭力。加大對常規(guī)鉆機的智能化、自動化升級，能夠減少人工成本投入，降低勞動強度，并為鉆機整機智能化、自動化技控制技術(shù)的研究、開發(fā)創(chuàng)造條件。

1變頻器應用原理分析

在6SE，0變頻器應用中，本身以矢量變量調(diào)速系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)具有軟件編程模塊化、硬件自由配置等優(yōu)勢。而且變頻器中本身裝有多處理器，對開環(huán)與閉環(huán)控制、復雜運算等都可起到明顯作用，能夠保證電控系統(tǒng)在動態(tài)控制、靜態(tài)控制上得以優(yōu)化，且參數(shù)控制精度也將得到提高。同時，從該變頻器中矢量控制軟件看，主要表現(xiàn)為：第一，在頻率控制方面利用V/F特性曲線實現(xiàn)。該方式應用下無需將轉(zhuǎn)速值發(fā)送器設(shè)置其中，能夠滿足傳動同步運轉(zhuǎn)要求。第二，磁場定向閉環(huán)控制。該方式應用下對高動態(tài)性能傳動系統(tǒng)較為適用，可直接對磁通電流分量、轉(zhuǎn)矩電流分量進行推測并調(diào)節(jié)，一般可達到2.SKHz的調(diào)節(jié)頻率。由于6SE，0變頻器應用中無法從硬件結(jié)構(gòu)上進行變動，所以可考慮利用IP調(diào)節(jié)器替代原有的模糊控制器，這樣可使交流電機速度控制目標得以實現(xiàn)。

2鉆機智能化技術(shù)發(fā)展

2.1實現(xiàn)智能鉆井

智能鉆井主要依靠的是監(jiān)測以及決策系統(tǒng)，監(jiān)測的作用在于將井下的情況及時反應給控制中心，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行分析，通過決策系統(tǒng)形成鉆機的設(shè)置，控制鉆機的運行;決策系統(tǒng)在整個智能化系統(tǒng)之中占據(jù)重要地位，其中包含著專家系統(tǒng)、在線建模、優(yōu)化模型等功能，在這一系統(tǒng)的設(shè)置中可以與各鉆機的優(yōu)秀研發(fā)生產(chǎn)中心或者是研究院等專業(yè)的鉆機隊伍合作，優(yōu)化決策系統(tǒng)的設(shè)置，并將其無縫地接入鉆機系統(tǒng)，從而實現(xiàn)智能化的效果，協(xié)助鉆井作業(yè)的高質(zhì)量完成;此外，在鉆機的故障檢測環(huán)節(jié)也需要設(shè)置相應的系統(tǒng)，便于及時分析出現(xiàn)的問題并解決，防止鉆機出現(xiàn)故障給企業(yè)帶來不必要的損失。

2.2基于交互式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的操作培訓系統(tǒng)開發(fā)

目前，鉆機操作培訓通常都是按照產(chǎn)品樣本、圖紙及相關(guān)的視頻資料，對相關(guān)理論進行培訓，互動性不強，缺乏實踐操作。隨著社會科技的不斷發(fā)展，這種培訓方式已經(jīng)難以滿足時代發(fā)展的需求。尤其是航空業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)使用基于交互式虛擬顯示技術(shù)加強對飛行員的培訓，也就是培訓人員利用實體操作終端來操作，并借助數(shù)字樣機投影、顯示等方式構(gòu)建設(shè)備工作的場景，設(shè)備的工作狀態(tài)受到培訓人員實際操作的影響，并能操作終端將設(shè)備的狀態(tài)顯示出來，讓操作者有一種“身臨其境”的感覺。

3發(fā)展建議淺析

3.1積極研發(fā)自動化工具

為了能夠提升石油企業(yè)的利潤空間和運作效率，國內(nèi)許多鉆井公司或部門開始研發(fā)與引進動化工具。而先進的自動化工具可以提升作業(yè)品質(zhì)與作業(yè)安全，同時也節(jié)約了大量的成本投入。目前國內(nèi)也有一些地面以及鉆臺管柱等自動化設(shè)備，可是其性能與質(zhì)量仍然與國外有明顯距離。因此國內(nèi)必須要積極投入技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，擴大產(chǎn)品范圍以滿足市場的需要。同時對于國產(chǎn)設(shè)備的實用性與質(zhì)量進行全面提升，實現(xiàn)對鉆機拆卸以及海洋鉆機的有效防護。

3.2優(yōu)化絞車變頻驅(qū)動系統(tǒng)

（1）絞車變頻驅(qū)動系統(tǒng)中傳動能性比較。通過對驅(qū)動系統(tǒng)的分析，絞車的傳動性發(fā)生了明顯的變化，驅(qū)動模式發(fā)生明顯的改變，直流傳動的驅(qū)動模式以及被淘汰，轉(zhuǎn)變成了現(xiàn)在的變頻驅(qū)動模式，順應時代的潮流，變頻驅(qū)動系統(tǒng)還存在一定的問題，需要在其性能方面進一步的提升和優(yōu)化。如起鉆、下鉆所表現(xiàn)出來的工況周期相對較長，以此導致整個進口作業(yè)的周期延長。（2）優(yōu)化交流變頻系統(tǒng)中絞車的傳動性能。交流變頻傳動相較于直流傳動作業(yè)周期的延長是方案設(shè)計中常見現(xiàn)象，導致此類工況的要素有兩點：一是傳動機構(gòu)的差異化所致;二是絞車的不同控制方式造成的。針對絞車傳動機構(gòu)的差異化問題，無法完全根除，只能改變控制方式，達到優(yōu)化傳動性能的目的，具體的操作方式，一是，提供絞車對操作環(huán)境改變的響應速度，通過縮短絞車達到目的地的時間，縮短時間的方式可以使利用設(shè)備完成的，比如安裝輔助設(shè)備，來達到要求;二是改變絞車運行方式，可以通過去掉電機的拖動，實現(xiàn)絞車的自由下放運行。在絞車的控制方式上，可以結(jié)合新一代變頻器和變頻電機來完成，其改進的方式歸納為兩點。一是下放控制方式的改變，當執(zhí)行下放指令時，變頻器此時不再是調(diào)速輸出狀態(tài)，應該將其設(shè)計成封鎖狀態(tài)，使電機此時呈自由不受控狀態(tài);二是改變下放指令到停止指令的控制方式。

結(jié)束語

石油開采技術(shù)的進步也帶動了鉆井設(shè)備的發(fā)展。由于國內(nèi)的石油鉆井技術(shù)相較于國外仍有一些距離，因此國內(nèi)的石油鉆探企業(yè)或部門都在尋找一種既能夠保障鉆機正常作業(yè)，又可以快速進尺的自動化技術(shù)，這樣不僅可以減少作業(yè)人員的勞動強度同時也能夠?qū)ψ鳂I(yè)安全提供有力的保障。運用先進的智能操作技術(shù)來替代傳統(tǒng)落后、低效率的人力勞動，這也是未來鉆井技術(shù)的必經(jīng)之路。雖然在現(xiàn)階段國內(nèi)的自動化以及智能化鉆井在技術(shù)上取得了一定的突破，但仍然是任重道遠。

參考文獻

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