基于變頻傳動(dòng)技術(shù)在石油鉆機(jī)電控系統(tǒng)研究

黃國(guó)輝

摘? 要：石油鉆機(jī)智能化、自動(dòng)化能夠提高鉆井裝備自動(dòng)化水平、減少人工成本、降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆機(jī)作業(yè)效率和質(zhì)量。在我國(guó)智能化、自動(dòng)化鉆機(jī)已部分取代傳統(tǒng)鉆機(jī)設(shè)備。但是，在實(shí)際運(yùn)用中還存在一些問(wèn)題，影響了鉆機(jī)作業(yè)的安全高效運(yùn)行。本文基于變頻傳動(dòng)技術(shù)在石油鉆機(jī)電控系統(tǒng)研究展開(kāi)論述。

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

引言

為滿(mǎn)足石油勘探、開(kāi)采的現(xiàn)實(shí)需要，應(yīng)對(duì)常規(guī)鉆機(jī)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化升級(jí)，既能滿(mǎn)足鉆井作業(yè)效率高、安全性高的要求，又能提高鉆井隊(duì)伍的競(jìng)爭(zhēng)力。加大對(duì)常規(guī)鉆機(jī)的智能化、自動(dòng)化升級(jí)，能夠減少人工成本投入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并為鉆機(jī)整機(jī)智能化、自動(dòng)化技控制技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。

1變頻器應(yīng)用原理分析

在6SE，0變頻器應(yīng)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(shì)。而且變頻器中本身裝有多處理器，對(duì)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制、復(fù)雜運(yùn)算等都可起到明顯作用，能夠保證電控系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)控制、靜態(tài)控制上得以?xún)?yōu)化，且參數(shù)控制精度也將得到提高。同時(shí)，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(xiàn)實(shí)現(xiàn)。該方式應(yīng)用下無(wú)需將轉(zhuǎn)速值發(fā)送器設(shè)置其中，能夠滿(mǎn)足傳動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)要求。第二，磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制。該方式應(yīng)用下對(duì)高動(dòng)態(tài)性能傳動(dòng)系統(tǒng)較為適用，可直接對(duì)磁通電流分量、轉(zhuǎn)矩電流分量進(jìn)行推測(cè)并調(diào)節(jié)，一般可達(dá)到2.SKHz的調(diào)節(jié)頻率。由于6SE，0變頻器應(yīng)用中無(wú)法從硬件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行變動(dòng)，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(jī)速度控制目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

2鉆機(jī)智能化技術(shù)發(fā)展

2.1實(shí)現(xiàn)智能鉆井

智能鉆井主要依靠的是監(jiān)測(cè)以及決策系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)的作用在于將井下的情況及時(shí)反應(yīng)給控制中心，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)決策系統(tǒng)形成鉆機(jī)的設(shè)置，控制鉆機(jī)的運(yùn)行;決策系統(tǒng)在整個(gè)智能化系統(tǒng)之中占據(jù)重要地位，其中包含著專(zhuān)家系統(tǒng)、在線(xiàn)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(jī)的優(yōu)秀研發(fā)生產(chǎn)中心或者是研究院等專(zhuān)業(yè)的鉆機(jī)隊(duì)伍合作，優(yōu)化決策系統(tǒng)的設(shè)置，并將其無(wú)縫地接入鉆機(jī)系統(tǒng)，從而實(shí)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(jī)的故障檢測(cè)環(huán)節(jié)也需要設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)，便于及時(shí)分析出現(xiàn)的問(wèn)題并解決，防止鉆機(jī)出現(xiàn)故障給企業(yè)帶來(lái)不必要的損失。

2.2基于交互式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的操作培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

目前，鉆機(jī)操作培訓(xùn)通常都是按照產(chǎn)品樣本、圖紙及相關(guān)的視頻資料，對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行培訓(xùn)，互動(dòng)性不強(qiáng)，缺乏實(shí)踐操作。隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展，這種培訓(xùn)方式已經(jīng)難以滿(mǎn)足時(shí)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(qiáng)對(duì)飛行員的培訓(xùn)，也就是培訓(xùn)人員利用實(shí)體操作終端來(lái)操作，并借助數(shù)字樣機(jī)投影、顯示等方式構(gòu)建設(shè)備工作的場(chǎng)景，設(shè)備的工作狀態(tài)受到培訓(xùn)人員實(shí)際操作的影響，并能操作終端將設(shè)備的狀態(tài)顯示出來(lái)，讓操作者有一種“身臨其境”的感覺(jué)。

3發(fā)展建議淺析

3.1積極研發(fā)自動(dòng)化工具

為了能夠提升石油企業(yè)的利潤(rùn)空間和運(yùn)作效率，國(guó)內(nèi)許多鉆井公司或部門(mén)開(kāi)始研發(fā)與引進(jìn)動(dòng)化工具。而先進(jìn)的自動(dòng)化工具可以提升作業(yè)品質(zhì)與作業(yè)安全，同時(shí)也節(jié)約了大量的成本投入。目前國(guó)內(nèi)也有一些地面以及鉆臺(tái)管柱等自動(dòng)化設(shè)備，可是其性能與質(zhì)量仍然與國(guó)外有明顯距離。因此國(guó)內(nèi)必須要積極投入技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，擴(kuò)大產(chǎn)品范圍以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要。同時(shí)對(duì)于國(guó)產(chǎn)設(shè)備的實(shí)用性與質(zhì)量進(jìn)行全面提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)拆卸以及海洋鉆機(jī)的有效防護(hù)。

3.2優(yōu)化絞車(chē)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

（1）絞車(chē)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)能性比較。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析，絞車(chē)的傳動(dòng)性發(fā)生了明顯的變化，驅(qū)動(dòng)模式發(fā)生明顯的改變，直流傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模式以及被淘汰，轉(zhuǎn)變成了現(xiàn)在的變頻驅(qū)動(dòng)模式，順應(yīng)時(shí)代的潮流，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還存在一定的問(wèn)題，需要在其性能方面進(jìn)一步的提升和優(yōu)化。如起鉆、下鉆所表現(xiàn)出來(lái)的工況周期相對(duì)較長(zhǎng)，以此導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)口作業(yè)的周期延長(zhǎng)。（2）優(yōu)化交流變頻系統(tǒng)中絞車(chē)的傳動(dòng)性能。交流變頻傳動(dòng)相較于直流傳動(dòng)作業(yè)周期的延長(zhǎng)是方案設(shè)計(jì)中常見(jiàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致此類(lèi)工況的要素有兩點(diǎn)：一是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的差異化所致;二是絞車(chē)的不同控制方式造成的。針對(duì)絞車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的差異化問(wèn)題，無(wú)法完全根除，只能改變控制方式，達(dá)到優(yōu)化傳動(dòng)性能的目的，具體的操作方式，一是，提供絞車(chē)對(duì)操作環(huán)境改變的響應(yīng)速度，通過(guò)縮短絞車(chē)達(dá)到目的地的時(shí)間，縮短時(shí)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(lái)達(dá)到要求;二是改變絞車(chē)運(yùn)行方式，可以通過(guò)去掉電機(jī)的拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)絞車(chē)的自由下放運(yùn)行。在絞車(chē)的控制方式上，可以結(jié)合新一代變頻器和變頻電機(jī)來(lái)完成，其改進(jìn)的方式歸納為兩點(diǎn)。一是下放控制方式的改變，當(dāng)執(zhí)行下放指令時(shí)，變頻器此時(shí)不再是調(diào)速輸出狀態(tài)，應(yīng)該將其設(shè)計(jì)成封鎖狀態(tài)，使電機(jī)此時(shí)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(yǔ)

石油開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了鉆井設(shè)備的發(fā)展。由于國(guó)內(nèi)的石油鉆井技術(shù)相較于國(guó)外仍有一些距離，因此國(guó)內(nèi)的石油鉆探企業(yè)或部門(mén)都在尋找一種既能夠保障鉆機(jī)正常作業(yè)，又可以快速進(jìn)尺的自動(dòng)化技術(shù)，這樣不僅可以減少作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)也能夠?qū)ψ鳂I(yè)安全提供有力的保障。運(yùn)用先進(jìn)的智能操作技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)落后、低效率的人力勞動(dòng)，這也是未來(lái)鉆井技術(shù)的必經(jīng)之路。雖然在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的自動(dòng)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(yuǎn)。

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