變頻器在電動修井機上的應用

王雪松，李娜娜，潘 琦

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

變頻器在在電動修井機上的應用，有著非常嚴格的專業的要求。另外，變頻器本身，在類型上也顯示出多樣性的特點，根據不同的應用需求和條件，在電動修井機上應用變頻器時，需要進行科學的選擇，并且按照科學的原理和方法對變頻器進行控制，從而達到其在電動修井機上的應用效果。

1 國內修井機發展現狀

1.1 常規修井機的應用和發展

修井機在石油開采作業中是非常典型的一種類型的設備，國內通常采用的是一種常規的車載修井機。關于修井機的設備功率要求，目前從實際應用的角度上看，主要的應用功率范圍是額定鉤載能力最低達到200 kN，最高為1500 kN 的范圍[1]。在型號方面，主要包括有編號為XJI 和XJ 兩種類型的不同種類的設備，具體為，XJI150、XJI1000、XJI50，以及XJ250 至XJ750，XJ20 等。這種類型的系列設備在應用中，主要采用專用底盤的作用使得前后橋的驅動模式得以完成，這種模式使得修井機的形式和使用能夠實現在同步的動力作用下發揮作用，但在具體應用時，需要應用車臺柴油機與液力機械傳動箱配合發揮作用。

1.2 海洋作業用修井機的應用與發展。

從這種類型的修井機的布置方式上來看，其分為平行布置方式與垂直布置方式兩種，在系統運作時，應用的是柴油發動機作為動力設備，并且利用液壓機械完成傳動過程。目前在這類修井機中，所具備的規格包括鉤載力分別為900 kN、1125 kN、1580 kN、1800 kN 等多種類型的設備。而從設備的作業深度方面分析，可知作業可達到的最大深度可至7500 m。

1.3 特殊環境修井機的應用與發展。

這種類型的修井機包括不同的類型，例如在沙漠作業環境下使用的修井機、具有液壓蓄能作用的修井機和修井與洗井共同的作業車以及不壓井的修井機等。其中，沙漠環境下作業的修井機，其主要的結構為重載車橋以及沙漠輪胎。在動力設備方面，應用的是最大鉤載能力達到1580 kN、動力功率達到530 kW的柴油發動機[2]。在應用中還考慮到發動機與空氣壓縮機配合，以適應風沙的使用環境。而液壓蓄能修井機的主要特點是，在整體結構上進行簡化，去除井架、游車、天車、轎車等裝飾，這種做法使得修井機在運行過程中，其所需要承擔的總體運行功率有所縮減。這是其應用中的一項主要優勢。修井洗井車具則是一種具備修井和洗井兩方面功能的設備。其中鉆井所需要應用的泵設備，是直接安裝在車上的，從而發揮兩種不同性質的作用，但與國外的特殊環境下所應用的修井機相比，國內的這類修井機在應用時還存在很大的不足，

2 電動修井機變頻器

2.1 變頻器的應用價值

變頻器設備在修井機上的應用，主要的價值在于他能夠對整個修井機設備的運行狀態進行調節。經過調節作用的發揮，有利于促進修井機的整個運行狀態，在充分發揮其功能和作用的前提下，保持運行狀態的穩定性和運行中的協調性，因為修井機的作業一旦發生穩定性和安全性方面的問題，則意味著整個油井作業的運行都會出現異常，不僅會影響到石油開采作業，對于工作人員的人身安全也會造成一定的威脅。因此，需要應用不同類型的變頻器設備，達到維持電動修井機正常運作的效果。另外，變頻器還在一定程度上發揮著對一些小型的異常情況發生后的保護作用，能夠最大程度上保證修井機的正常運行狀態[3]。

2.2 修井機變頻器功能特點

關于功能特點的研究，可知在修井機上應用的變頻器，其主要的功能特點體現在以下幾個方面，第一，表現在電機調速上的特點。這方面的特點主要是指，其對變頻器的調速是由變頻調速電機完成的，這與普通的柴油機應用有一定的差別。不僅在功能上能夠取得更好的應用效果，在應用中的故障維修方面，由于這種應用模式中不需要應用機械傳統裝置作為輔助動力設備發揮作用。因此，可避免因此而可能出現的故障，相應的維修工作的工作量也會相應的減少。對于提高工作效率有非常顯著的促進作用。第二，在節能上的特點，這一點主要是指，其在驅動力上是依靠電力作為動力的，與柴油的動力方式相比，具有顯著的節能效果。第三，電力的動力模式，不存在廢氣排放的問題，這也是基于節能環保方面能夠滿足的一方面重點要求[4]。第四，電力驅動的方式，能夠取得更為顯著的自動化效果，一方面減低人工勞動的工作量，另一方面，也有利于減少人工勞動的模式下可能產生的誤差現象。

3 電動修井機上變頻器應用思路

3.1 科學選擇變頻器類型

變頻器的類型包括交流與直流混合功能的變頻器以及交流與交流模式的變頻器。在應用范圍上，混合模式變頻器，在應用中主要集中在工業領域的應用上，其在具體應用中，主要的優勢體現在，其在逆變控制方面，具有操作簡單，效果明顯的優勢。另外，從分類方法上，可以按照控制的方法和具體額用途來分類。按照不同的分類方法，變頻器可被分為SF 控制變頻器、U/f 控制頻頻器，矢量控制變頻器等[5]。另外，從功能上可分為專用的變頻器、通用的變頻器以及不同電壓類型的變頻器。

3.2 選擇使用交—直—交變頻器

如果對這類變頻器的內部線路進行細分，可以進一步分為逆變電路、中間直流電路、整流電路。在具體選擇應用時，需要按照修井機的具體需求，在應用中滿足其自動控制的需要，對變頻調速系統的作用發揮進行改善。在具體選擇應用時，可選擇一種總體上具有通用變頻器功能，但在自動化程度上相對較高的設備類型。另外，在選擇變頻器時，還應當注意其在應用中的精度，需要做到有效精確的控制，只有在自動化程度和精確程度上達到相應的要求，才能夠滿足修井機的使用需求。

4 電動修井機自動控制系統結構

4.1 控制電路

從控制電路的結構上分析，可知整個電路的組成部分包括變頻器、三相交流多級感應電動機、驅動液壓鉗油泵、散熱用風機電機、空氣壓縮機。以及分布在電機各個支路上的熱繼電保護器。另外，其他的設備結構還包括三項電能表、智能溫控器等。按照不同的電路設備的類型進行歸納和總結，可知其所組成的電路類型中，包括控制性電路、通信作用電路、保護電路等。

4.2 運行方式

關于運行方式方面，比較常見的運行模式是由自動控制系統帶動絞車的轉動，進一步達到對懸掛油管的主鉤起到升降作用。另外，基于三項交流多極感應電機的應用背景，需要注意的問題在于，應當選擇科學的驅動控制方式（通常為U/f 的方式），另外，在控制方式的靈活性上，可實現人工手動和自動兩種操作方式。在此種運行方式的選擇背景下，需要注意的是，需要針對功率的限制值做好嚴格的控制。

5 變頻器具體應用策略

5.1 改進控制方案

控制方案的改革，主要可以通過以下兩方面實現，第一，控制中應當考慮力矩和負載的特點和要求，在控制方式上采用電動機運行恒功率調速方式進行控制。另外，在選擇控制方案時，應當考慮到運行速度與負載的大小的關系，從而實現根據負載調節運轉速度的效果。另外，控制中關于實際電流控制，也是非常重要的。因為電流的變化，會使得電機的功率變化趨勢因此受到相應的影響。所以，電流指標成為控制系統速率調整的依據。

5.2 明確控制原理

在控制原理方面，宏觀上的流程和原理是，隨著電機的運行，最大允許的輸出功率得以產生，隨后再通過加減速的操作得到最大的輸出功率實際值，最終電機啟動運行。在自動控制方面，PLC 技術是一項典型的技術類型。其主要優勢在于可調用多種類型的繼電器線圈指令。并且集成顯示其參數指標。如果應用手動控制方法，則需要注意借助提供新方式讀取到電位器的數值，并且進一步讀取給定頻率。當分壓制作產生最大的速度擋的頻率，則其作為給定的電壓值，可以輔助實現對于變頻器的自動控制[6]。

5.3 應用變頻器通信協議

通訊協議，是保證變頻器正常應用的重要方面，在通信協議的應用中，應當結合不同的變頻器類型，對其相關初始參數進行關注和準確設置。從而選擇不同的編碼形式實現數據的通信。在進行這方面的應用時，應當注意的問題是，基于保證變頻器應用的穩定性和安全性，則需要對相應的通信數據進行檢驗和分析，以保證其數據本身的科學性和可行性。

5.4 強化實驗驗證環節

實驗驗證環節，主要是為測試變頻器的實際應用性能。實驗的項目包括針對于控制項目和負載項目。實驗的主要對象和驗證指標是調速功能。只有具備良好的調速功能，且在運行中有穩定性保障的變頻器才能最終在自動修井機上進行應用。

6 結束語

對于自動修井機來說，變頻器的應用有多種類型的選擇，在具體應用時，結合不同類型的變頻器設備，結合修井機的應用環境和功能需求，在投入應用前做好相關的測試，才能確保其實際的應用效果，以便其在自動修井機的作業中發揮出應有的作用。