变频技术在石油钻井领域的应用

《变频技术在石油钻井领域的应用》【摘要】：随着信息和电力技术的发展，变频技术作为一项成熟的节能技术，以高效节能的优良特性，被应用到石油钻井领域中，从而达到提高企业社会与经济效益。本文通过对钻井队中生活区供水系统、钻井中的绞车、转盘等采用变频控制技术，来论述变频技术在石油钻井领域的应用。【关键词】：变频技术；石油钻采；应用随着信息和电力技术的发展，变频技术的应用越来越广泛，在工业生产设备、日常家用电器都会使用变频器。合理、科学的使用变频器，这即改善生产与生活，又做到高效节能，将大幅度提高其工作效率。1变频技术概述变频技术作为一种节能技术的变频技术主要是通过改变电源频率的电器设备，从而达到节能的目的，它的适用性很广、系统安全，还可以延长设备的使用寿命，它这种优良的特性成为了现代电力传动技术的一个主要发展的指向。电动机是电器设备的核心部分，其运转速度需要根据设备所负荷大小来调整运转频率，变频器成为调节频率的主要工具。变频调速和其他调速相比较，最突出的高效节能特点，成为目前比较好、比较成熟的一项节能技术。变频调速由电机学得知，如异步电动机的转速公式：N=60F/PF—为电源频率，P—为电机极对数。从公式可以看出，电机转速控制可以通过变频器变换电源频率来实现，这是变频调速的基本原理，这也是理想的高效率、高性能的调速手段。2变频技术在石油钻采领域中的应用变频技术在钻井队生活区供水系统中的应用钻井队中不仅是钻井系统的能源消耗大，而且钻井队人员的日常生活也要消耗到很多的能源。如果对这些方面及时的做到改进，就不会造成能源的大量流失。利用变频技术对钻井队中生活区使用的“自动恒压供水系统”（其就是通过闭环控制使供水压力自动保持相对稳定），通过变频器来控制水泵，实现生活区恒压水源。2.1.32.1.3变频器的防干扰问题2.1.12.1.1变频恒压供水的优点提高供水的质量。随着用户水用量的经常变动，时常发生供水不足或供水过剩的情况。用水和供水的不平衡集中地反映在供水的压力上，如果用水多而供水少，则压力低；如果用水少而供水多，则压力大。保持供水的压力恒定，保障供水和用水之间保持平衡，即用多少水供多少水，从而提高了供水的质量。节约能源。用变频调速来实现恒压供水同用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分明显。以湖田变频器为例：采用变频恒压控制后，被控电机运行电流比阀门控制时下降120A,变频器前侧电流下降100A,即可节省50kW左右的容量。变频调速降低了生产成本,易于实现自动控制，控制回路动态响应灵敏，流量可根据生产工艺的要求控制得更加准确快速，操作更加简单方便。起动平稳。起动电流可通过变频器起动曲线的设定加以限制，从而避免了电动机大电流起动对电网的冲击。由于其输出频率可以从很低的数值开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将起动电流限制在2~3倍额定电流范围以内，机械冲击等问题也可以相应解决，起动特性十分优越。延长泵的使用寿命。供水压力相对稳定，不受峰谷的影响，不仅大大提高了水泵的使用寿命，避免了频繁调节阀门，保证了管网及设备的安全。同时，也减轻了启动时对电气设备的荷载，延长了电气设备的使用寿命，降低了设备维修费用。通过变频技术的实施，改善了工作环境，减轻操作人员的劳动强度。实施方案变频供水有两种基本运行方式，变频泵固定方式和变频泵循环方式。变频泵固定是把变频器固定在一个泵上，如果泵的需要改变则通过变频器把信号传输给其他泵相应的指令。这种方案在切换的过程中不会出现失压现象，即使变频器出现故障也不会导致供水的中断，但是投资相对较大。变频器和水泵相连，在各个水泵之间进行变频循环，但是在切换的过程中有一定的延迟，会有短时失压现象。而现在我们综合这两种技术的特点研究讨论出一种新的实施方案。是使用多台变频泵同时运行，但在刚开始的时候只启用一台变频泵，随着管道压力和水流能量的改变逐渐增加变频泵的数量，通过数据的计算达到省泵和省电的目的。这种方案的系统稳定，不出出现失压现象的发生，也不会造成水泵的频繁切换。在变频器的工作中会出现一些干扰信号，很可能会影响到变频器的正常工作，因此必须采取相应的措施来防止信号干扰。例如分离强电和弱电；离控制回路的信号线和动力线；频器的控制柜外壳必须接地，远离大容量变压器；在变频器的主电路中加入电抗器，避免无线电信号的干扰。预期的实施效果通过对水压和水流量这两个变量的计算，达到恒压这一定量，使管道内的压力一定，保护管道，这样的变频技术系统稳定可以达到节能的目的；使各台水泵的运行时间保持了基本的一直，提高了设备的利用率，避免了失压现象的产生，延长了水泵的使用寿命；系统具有完善的电气安全保护措施，可以及时的提供水泵的变化数据，有利于水泵的维护和维修；消除了无线电信号的干扰，得到的数据相对准确，可以对水泵进行及时的控制和处理。钻井使用的绞车、转盘等的变频控制由于钻井绞车在下钻具和下管套时，套管钻具和井壁的摩擦力不一样，起重重量变化很大，但为了保证提升速度保持一定，导致钻具和套管在不同时候造成的能量消耗不一致，造成了能量的浪费。同时，频繁的高压对于电机的使用也是不好的，不能让电机起到保护功能，容易造成电机的损坏。因此变频技术的应用还是相当重要的一门技术。钻井绞车的实施原则：提高井场电网质量，减少绞车运行对井场电网的影响，避免电网质量的下降；达到资源的充分利用，在绞车的运行过程中不会造成电动机资源的浪费，实现变频节能的效果；使钻井绞车能适应起重量的变化，具有足够的起升档数，准确地调节钻压，均匀地送钻具，在下钻过程中能随意控制下放速度。对于这三条实施的原则是都要遵循的，在实际的运用过程中，如果仅仅只对一项原则进行实施会起不到实施想要达成的效果。在国家大力提倡节能减排、推广低碳经济的大背景下，变频技术在石油钻井领域的应用，能有效减少资源消耗，改善设备调节性能，达到高效节能的目的，提高企业社会与经济效益，促进国家经济的可持续发展。参考文献[1]王黎清，王豫.转盘独立电驱动系统反扭矩缓释技术研究J].电气传动自动化，2009(4).[2]李学能.石油钻机绞车控制系统的改进与测试J].石油矿场机械，2011（0