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石油钻机电气系统分析

【摘要】由于电气石油钻机在石油钻井作业上具有明显优势，所

以石油钻机电气系统在石油开采应用中越来越广泛。为满足石油钻

井工艺的作业需求，本文对石油钻机电气系统的组成和工作现状进

行深入研究，对电气系统在作业中遇到的问题作具体分析，并给出

相应的解决方案，从实际的角度出发，为石油钻机电气系统的发展

趋势做简单介绍。

【关键词】石油钻机电气系统自动化

1前言

随着经济的快速发展，整个世界的石油需求量也在迅速增长，因

此石油开采工艺的要求也随之提高。目前是电子信息发展迅猛的时

代，各个行业都在利用高新科技来提高生产工艺水平。在石油生产

中，每个国家都在想方设法提高石油开采的效率来增加石油产量，

电气系统的机械化管理功能无疑是给这一关键的技术带来革命性

的突破。

2石油钻机系统构成

石油钻机是钻井工作设备中不可缺少的机械设备，钻机必须能给

钻井工具提供足够转速和转矩的工作性能下，还能保持一定的钻

压，为能够满足更换钻头、下套管、钻具设备的送进以及井下事故

的处理需求，钻机电气系统还应具备有高举重能力和提升迅速的速

度，同时还能确保泵压和排量的正常作业，维护石油开采的正常工

作。在此，主要介绍石油钻机电气系统的构成。

石油钻机是套性组合的重型机组设备，由传动机组、动力机组和

多工作机组等组成。而它的工作系统包括钻井悬挂、泥浆循环、动

力装置传动、旋转钻井、控制、底座和其他辅助设备。由于电力驱

动钻机具有良好的性能，所以是大型钻机设备发展的方向。石油井

的生产场地分为动力区、泥浆泵区、钻台区、固控区等，这些区域

设备的工作都要依赖电气系统带动。

电系统的动力电源在大多石油开采场地都是由柴油发电机机组

进行供应。发电机组的电源要经过控制柜进行输出电压和频率的调

整，按照石油开采现场的实际工作情况来确定发电机组的工作数

量，进而使用专门的控制系统进行几台供电机组的发电功率分配及

同步并网的连接。钻机主要的电量来源由scr系统连续供应调控后

的直流电或者经变频器整流后，逆变出的可变电压、可变频率的电

源提供。而钻机辅助设备，固控系统及照明设备和生活区的用电供

给需要通过开关柜进行电压切换或者单独使用柴油机组实现供电

[1]。

3电气系统的电力驱动

3.1交流电驱动

（1）交流电驱动工作原理。在大功率的变频设备没被应用到石

油开采之前，主要用交流电动机来进行钻机的驱动工作。随着技术

的进步，大功率的交流电动机被充分的应用到石油的钻机作业工作

中，其类型可分为异步式交流电动机和同步式交流电动机。

（2）交流电动机的调速控制。交流电动机的调速方法有三种类

型：变级调速类型、有级调速类型、变频调速类型。通过更改电子

绕组的连接法，更改变电机子的极数实现变级调速。在绕线转子中

串接入多级电阻器，就能实现交流电动机的有级调速。变频调速的

目的主要是为转速能够连续调节，通过更改交流电的频率波动就能

实现。

（3）交流电动机变频调速的特质。交流电动机的变频调速可以

通过可控硅变频设备内部进行两次电流性质的更改来实现。可以先

把交流电经晶闸管的整流电路转换为可调控的直流电，可调控的直

流电在经逆变器设备转换成可调控频率的交流电[2]。

3.2直流电力驱动

（1）直流电驱动的工作原理。电驱动钻井机运用通电导体在磁

场中受电磁力的作用实现直流供电。用于石油开采的供电磁场是供

比较大型的直流电动机使用的电磁场，能够为定子绕组进行直流电

供电，使导体生成较为稳定的磁场，实现通电导体在电磁场中受电

磁力的作用而进行连续供电。

（2）直流电动机的调速控制。直流电动机的调速一般采用以下

三种方法：

①在励磁场中的电路系统串入电阻来降低他励及并励直流电动

机的主磁调速。串励直流的电动机是要在励磁线圈的旁边并入电阻

器。并入可调的电阻器可以产生无极调速的性能；并入有级电阻器

可以产生有调级速的性能。

②实现较小型的直流电动机调速可在电路的中枢系统中串入电

阻器。

③通过可调控的直流电源来改变电路中枢系统的输入电压，可调

控直流电源的获取方法有两种，一是通过触发晶闸管的导通角把交

流电转换成可调控的直流电；二是用直流发电机进行发电。但前者

在石油钻机的应用更广泛。

（3）直流电整流后的影响。在直流系统进行直流电的整流后，

系统的功率因素会变低，开采场地有无