电动钻机直流驱动与交流驱动的对比分析

曾志伟

（西部钻探克拉玛依钻井公司物资装备科，新疆 克拉玛依 834000）

电动钻机直流驱动与交流驱动的对比分析

曾志伟

（西部钻探克拉玛依钻井公司物资装备科，新疆 克拉玛依 834000）

本文主要通过对电气自动化控制技术应用比较广泛的直流电动钻机驱动与交流钻机驱动的对比，分析了石油钻机应用这两种电气控制技术的主要特点、组成、控制方式、投资成本、现场应用现状，探讨了电动钻机电气自动化控制技术在石油钻上的应用发展趋势和方向。

石油电动钻机；直流驱动；交流驱动；对比分析；应用发展

一、电动钻机交流、直流驱动主要特点对比

AC-SCR-DC驱动是指数台柴油发电机组发出交流电，并网输出到同一交流母线电缆上（或者使用工业电网供电），经过晶闸管整流装置整流后驱动直流电动机，带动转盘、绞车、泥浆泵等主要工作机。交流母线同时给交流变压器供电，提供钻井现场辅助设备及照明用交流电。该类型钻机一般配备一台辅助交流发电机组，作为钻前和应急使用。

该类型钻机出现在20世纪90年代，是第一代真正现代意义上的电气自动化控制电动钻机，基本具备智能化、数字化，一般说这种方式驱动的钻机属于直流钻机，主要是因为具备DC-DC直流直接驱动钻机的全部优点外，还具备以下特点：

（1）通过交流母线对柴油发电机、电动机采用并联运行方式，动力使用与分配合理，机动性、灵活性好，功率有效利用率得到提高。

在实际钻井作业过程中，可以按照实际工况需要功率来确定开动投用几台动力机组并网，合理有效利用功率，比DC-DC 驱动钻机节约柴油7%～9%。

（2）采用柴油机电子调速器、晶闸管整流装置、交流母线技术，钻机可靠性得到很大提高，特别是随着电气控制技术理论、各种监测系统理论技术的应用、元器件质量的的进步，该类型钻机发展到今天，钻机的整体性能相对比较完善、可靠，钻机功能扩大，经济性增强。

（3）由于直流电动机的转速变化是通过控制晶闸管整流装置来达到的，交流母线上的功率因素相对较低，为提高功率因素，最近几年，美国研制试用了一种调节功率因素的装置，可以进一步提高钻机的整体经济效益。目前国内石油钻机电控厂家与各油田用户，正在试制试用一种功率补偿装置，需要进一步完善和改进、稳定性能等。

总体而言，目前这种AC-SCR-DC电气控制技术模式，在石油钻机上发展应用相对比较成熟、可靠、稳定和经济，很受钻井现场使用者和管理者的认可，并且已经被掌握，能够保证石油钻井的连续可靠。因此，原新疆石油管理局钻井公司，现西部钻探克拉玛依钻井公司改造更新的大多数电动钻机都属于该类型：1998年投产的国际50107钻机，2001年投产的50200钻机，2004年投产的70145钻机、及2009年以后投产更新的50029、50047、50223、50592、70114、70203、70207、70209等。

二、 交流、直流驱动电动钻机现场应用对比

在前面介绍分析直流钻机和交流钻机的特点、系统组成原理过程中，已经进行了一些对比。我们已经知道，原新疆石油管理局钻井公司，现西部钻探克拉玛依钻井公司1998年投产的国际50107钻机，2001年投产的50200钻机，2004年投产的70145钻机、2009年后投产的50029等钻机，都是属于AC-SCRDC直流电动钻机。2000年开始与厂家合作研制投产的40019，后来陆续投产的70037、30617、30618、30619、70151、50217、90001等，以及改造钻机32950、70514、50608，均使用AC交流变频技术控制。

根据我公司使用的直流、交流钻机对比而言，在同级别的钻机中，比如70145就是直流驱动，70151就是交流驱动，或者50107是属于直流钻机，50217就是交流变频驱动钻机。根据我们现场使用情况，对比这两种钻机的主要部分，即动力系统、电动机系统和控制系统的表现，更能够说明。

三、 交直流钻机电控系统投资成本对比

我公司投产使用的直流钻机和交流钻机，由于本身结构性能的不一样，投资制造成本也差距较大，主要就是体现在电器自动控制系统方面。包括电动机的购置配套，系统安装调试，现场服务及培训等，按照同级别，相同的动机机组、相同的工作机组、同历史时期投资对比，70145属于直流钻机，其直流电控系统价格在800万左右，而70151属于交流驱动，增加了逆变控制系统，投资成本在1000万～1050万，显然交流钻机比直流钻机投资成本高。

结语

通过以上对比分析可以看出，直流钻机相对交流钻机而言，控制操作维护简便、投资成本相对低廉，现场更容易掌握，但是由于直流电机本身结构性能原因，没有交流电机安全，控制系统也没有交流系统先进，交流系统更能满足石油钻井的需要。因此，随着交流元器件、组件质量的提高，价格的下降，交流控制是今后钻机的发展方向。目前，综合考虑到现场维护技术的掌握，制造成本的承担能力，以及钻井安全级别的要求，出现了泥浆泵区域使用直流驱动，绞车、转盘靠近井口区域使用交流驱动，结合二者优势的交直流混合电动钻机，如钻井公司2006年更新服役的90001钻机。这只是交直流驱动钻机发展历程上的权益之计，从长远看，交流控制驱动钻机是必然的发展趋势和方向。

[1]李育良.电动钻机电气控制系统[M].西安：西北工业大学出版社，1994.

[2] W.L麦克奈尔电动钻机手册[M].北京：石油工业出版社，1988.

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