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石油钻机的节电节能技术探讨
摘要：近几年来，石油钻机节能问题已日益引起人们的重视，在开发新产品的同时，也要对现有钻机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。因此研究经济、可靠耐用、节能效果显著的钻机是一个具有现实意义的课题。本文从钻机的节电和变频两个方面来谈石油钻机的节电节能工艺。
关键词：石油钻机节能新工艺
近几年来，石油钻机节能问题已日益引起人们的重视，国内的许多生产厂家正在不断地应用新技术，通过进行结构优化设计和改进平衡方式等，实现钻机节能的目的，已经有一大批新型的钻机相继投入油田开采。在开发新产品的同时，也要对现有钻机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。而在研究节能钻机的同时，系统的可靠性、经济性和使用维护方便是生产厂家和用户所特别关注的问题，因此研究经济、可靠耐用、节能效果显著的钻机是一个具有现实意义的课题。
一、石油钻机存在的耗能问题分析
进入二十一世纪，许多科研人员、各大科研院所、石油钻机制造厂家做了大量的研究工作，研制出多种不同类型的新型钻机。数控钻机虽然采用了全新的技术，属于机电一体化产品，但其对游梁式石油钻机没有任何继承，因而价格昂贵，且控制系统的可靠性还存在一定问题，不能推广使用。链条式钻机存在换向冲击载荷大和钢丝绳易断，道轨刚度不足容易变形等缺点。液压钻机存在漏油、发热、可靠性差等缺点，且维护保养复杂，影响其进一步的推广使用。另外，齿轮钻机、气平衡钻机、增矩式钻机等一些钻机从理论上都是可行的，可是经不起长时间的现场考验而中途夭折。以偏轮钻机为代表的几种六连杆钻机，虽然节能效果显著，但其活动件较多，制造、安装、调整、维护复杂，现已基本停止了生产，摆杆钻机的节能效果也较明显，但由于采用了开式滚轮传动，钢轨磨损严重，而且与常规机相比增加大量钢材和多个活动关节，可靠性大打折扣，其发展前景也不容乐观。双驴头钻机采用柔性四连杆结构，结构上与常规钻机相比，减少了尾轴承座连接，增加了后驴头和软连接，重量增加较少，但主要问题就是钢丝绳的折断，造成能耗增长。总之，以上钻机在节能上都存在不少问题。
二、石油钻机的节能新工艺探讨
1.钻机节省电能的工艺探讨
石油钻机的节电技术主要有两大类:一是开发不同类型的钻机节能电机，如超高转差率电动机、三相永磁同步电机、高启动转矩双定子结构电机和电磁调速电机等。但由于资金投入太大，在许多油田用节能电机取代普通异步电机尚无法全面推广。二是使用节能配电箱，采用改变定子绕组的接法可以改变电机电压，但电机只能得到固定电压，节电效果并不理想。
石油钻机的节电技术采用变频调速控制，则可以改变石油钻机长期处于低效做功的状态，使其工作方式与油井实际负荷相匹配，保证每次都抽油，减少低效甚至无效抽取，从而降低电费开支，减少维护成本，提高运行效率。效果如下：
其一，变频器具有软起动功能起动时电流较小，对电网冲击小，起动时能耗大为降低。避免了启动时的相当于三至七倍的额定电流，避免了不必要的电能损耗。耗同时减少了对电动机，变速箱，钻机等大机械的冲击，延长了相关设备的使用寿命。在工作中电机的功率因数可从零点二至零点五提高到零点九，减轻电网和变压器的负担，降低线损，大量减少了无功损耗。
其二，引进变频器控制可实现设备上，下行程自动识别从而控制石油钻机上、下行程的电机运行频率分别可调，以改变钻机上、下行程的运行速度。解决了因更换皮带轮调速造成的停产，从而提高了生产效率。同时达到满足泵效的情况下耗用最少的电能。
其三，由于石油钻机下行时负载性质为位势负载，变频器加装能耗制动功能后恰能适应其工况。对于改变钻机转速调节最佳工作状态带来很大方便。降低漏失，提高泵效。
2.石油钻机的变频节能改造
以我单位的石油钻机变频节能为例，改造现场的动力系统是有两台500kw的发电机组并网发电，供一台钻机及其他几台37kw的电机使用，用来驱动钻井用钻盘和提放钻杆及起放井架的绞车。打井深度为30钻机。所配置的电机，型号为y423-6-500bpr，其工作过程为变频电机通过变速箱和转盘同滚筒相连接，来驱动转盘和绞车，采用气动离合器，以保证可靠性和安全性。且绞车刹车系统为盘式刹车，减少了原系统带来的不稳定性。并且整套系统配有紧急制动刹车，紧急情况下使用增强了安全性和可靠性。根据现场的特殊情况，我们选用了jd-bp32-500型500kw/380v的变频器。其基本的参数为:
输入:三相，380v，50hz;输出:三相，0～380v，0～50hz;频率范围:0～50hz;最高频率:33.5～50hz任意设定;基本频率:0～33.5hz之间任意设定;启动频率:0～5hz;转矩提升:根据负载转矩调整到最佳。
根据现场的特殊要求，经常用在低频2～5hz，并且提升量大，所以变频器在额定频率0～33.5hz采用恒转矩输出，33.5