1 引言

石油鉆機是油田生產的比較主要的設備之一，隨著鉆進井深的增加，鉆桿會越來越長，重量越來越重，每鉆進9m，須接換鉆桿一次，就要將鉆桿提升下放一次，絞車作業(yè)時間的比例越來越大; 在鉆進的過程中，隨著所鉆進地質條件的變化，要相應調節(jié)鉆進的壓力和轉速，以提高鉆進速度和防止卡鉆的發(fā)生。因此對鉆機電氣傳動系統(tǒng)的性能有很高的要求。采用高性能交流變頻調速傳動是解決這一問題的比較理想、比較有效的途徑。

2 鉆井工藝簡介

鉆井過程分為起落井架、鉆進、泥漿循環(huán)、鉆具更換、下套管、測井等幾大工序，主要分為絞車、轉盤和泥漿泵等。絞車由滾筒、齒輪箱、離合器、制動器、電機和控制設備組成，用來起落井架，提升和下放鉆桿，套管。隨著井深的增加，鉆具越來越長，重量迅速加大，絞車的負載也越來越大，我國目前已有7000m甚至近9000m深的油井，其鉆具接近或超過600t重。由于每鉆進約9m就要提升下放鉆桿一次，因此絞車作業(yè)時間也隨著井深的增加而占整個作業(yè)時間的比例越來越大，絞車負載如圖1所示。

圖1 絞車負載示意圖

為降低成本，希望在野外或海上的作業(yè)時間越短越好，要求絞車能高速運行，平穩(wěn)起停，以保證不損壞鉆井設備并提高井的質量，這要求驅動設備有良好的動態(tài)特性。如果在內線井區(qū)作業(yè)，電源可與井區(qū)電網相連，下放鉆桿時電機工作在發(fā)電狀態(tài)，能量可回饋電網，節(jié)能效果顯著。轉盤和絞車可共用同一套驅動系統(tǒng)和電機，鉆桿加長后，驅動部分切換到轉盤，由轉盤帶動鉆具旋轉，實施鉆進作業(yè)，司鉆工通過調節(jié)轉盤轉速和壓力來改變鉆進速度。轉盤正常工作時為正轉，處理卡鉆時需反轉以收回鉆頭，為防止鉆桿正轉時折斷或反轉時脫扣，要求電機輸出轉矩平穩(wěn)，調節(jié)靈活且設定限幅值，同時電機的剎車部件也是必不可少的。 泥漿泵相當于整個鉆井設備的心臟，它所輸出的泥漿的作用類似于人體內的血液。泥漿從鉆桿內部自上而下注入，流過鉆頭后，再從鉆桿和井壁的縫隙自下而上流出，在這一過程中，泥漿協(xié)助鉆頭沖擊地殼，冷卻鉆頭，帶出碎屑，而更重要的是通過在泥漿中摻入重晶石粉等物質可保持井下一定的壓力，以避免井噴，像血液在人體內循環(huán)，運送營養(yǎng)，帶走廢物。泥漿泵的壓力和沖數分別與驅動電機的輸出轉矩和速度成正比。

3 系統(tǒng)配置

3.1 配置1
1998年我們?yōu)樾陆凸芾砭帚@井公司的一套可打3200m深度的鉆井設備配置了變頻器。
所用產品: siemens simovert masterdrives 6se71電壓源型變頻器柜。
動力系統(tǒng)由3×800kw柴油發(fā)電機組構成，3臺機組并網于3相，600v/50hz交流母線。
傳動部分由3×6se7141整流柜(3×800kw)供電給公共直流母排，4×6se7135逆變柜(4×400kw)和2×6se7136逆變柜(2×450kw)共6臺逆變柜接到直流母排上，每臺逆變柜各驅動一臺400kw的電機。4臺電機2臺一組共驅動2臺泥漿泵，另2臺電機為絞車和轉盤共用，詳見圖2。圖2中: r1～r3