海洋交流变频电驱修井机分析

海洋交流变频电驱修井机分析
摘要：在各种海洋平台作业过程中，基本上实现了电气自动化，使用电机作为动力源。

但因为历史原因，大多数平台配备的修井机采用的是常规柴油机驱动，存在着技术落后，效能低下环境污染等问题。

随着技术的发展，交流变频电驱修井机已开始在各平台配备。

对比柴油机驱修井机，交流变频电驱修井机具有明显的节能、环保和成本优势。

在提升效能的同时，通过操作环境的提升和设备自动化的提高，交流变频电驱修井机带来更加便利的操作性和工作体验，真正体现人文关怀，做到节能减排、以人为本。

关键字：海洋平台交流变频修井机优势
一、前言
目前海洋平台修井机普遍以柴油机为主要动力，修井机工作效率仅为35% 左右，能源浪费较为严重。

在渤海海域冬季需要使用-35的柴油，生产成本巨大，而且还存在噪声污染、大气污染等一系列环保问题，造成员工的职业病伤害。

因此需要发展新型修井机，提高舒适度和便捷性。

交流变频电驱修井机凭借良好的工作特性，具备完全替换传统修井机的能力。

二、传统驱动修井机基本配置
1.机械传动配置
传动系统为卡特柴油机、艾利逊液力变矩器、分动并车箱、角传动箱、链条、离合器、滚筒、链条、离合器、转盘传动装置和转盘。

这一传动系统结构复杂，效率不高。

2.刹车系统
主刹车为带刹，通过司钻手中的刹把进行控制，联动机构为连杆结构形式，存在大量的轴和杆件，通过杠杆进行力的增益，刹车的幅度和力量完全取决于司钻手上的力量。

操作不当，刹把会被滚筒反向带起。

辅助刹车为气压推盘式，需手动进行摘除和挂合，不能单独依靠辅助刹车进行刹死绞车。

3.控制系统
控制系统为气控，通过司钻操作台安装的各个专用气阀分别进行控制柴油机的启停、油门、离合等功能。

配备有机械式悬重表、扭矩表等基本仪表。

三、交流变频电驱修井机基本配置
1. 电驱传动配置
传动系统为电动机、齿轮传动箱、滚筒；电动机、万向轴、转盘。

绞车和转盘采用各自的电机进行驱动，机构简单，且只经过一级传动，效率高。

绞车和转盘的速度比不再受传动链的影响，实现作业需求内的各种比例互动，增加了处理负责事故的能力。

2.刹车系统
主刹车为液控盘刹，通过司钻房内的操作手柄进行控制，操作简单轻松。

辅助刹车为能耗制动，在下行过程中，大钩的重量势能带动电机反向运动产生电能，通过制动电阻进行消耗。

能够在任意高度能够进行悬停。

3.控制系统
控制系统为PLC电控，通过司钻房内操作台安装的手柄以及触摸屏按钮等实现全部的控制功能，并能实现远程控制和自动送钻等功能。

配备机械悬重表、扭矩表等基本仪表，同时并将各仪表参数集成至控制系统中。

四、传统修井机的问题
1.能源消耗严重，柴油机需要消耗大量的柴油，尤其是在冬季需要-35的柴油，能源消耗巨大。

2.整机效率低下。

柴油机自身工作效率低，其工作原理是将柴油的化学能经燃烧转化为动能，通常转化效率仅为45%左右，转化效率较低。

通过多级机械传动，传递效率低。

柴油机仅在大钩上行过程中，液泵运行期间提供动力，其它时间均处于怠速运转中，造成了很长时间的空运转，利用率低。

3.维护保养繁琐，需要定期更换三滤、机油。

定期进行小时数中修、大修。

4.运行过程中排放大量的一氧化碳、硫化物、氮氧化物等，造成作业现场周边大气污染，刺激员工的眼睛和呼吸道。

5.噪声大，据统计钻台及泵房噪声最大可达120 dB，比工业区昼间噪声标准65 dB 高出许多，主要噪声来源是柴油机。

6.人文环境差，员工暴露在风霜雨雪中，夏天骄阳似火，冬天寒风刺骨，人员存在重体力劳动。

五、交流变频电驱修井机优势
1.能源为电能，电能来源于平台透平发电机，透平发电机消耗的为石油开采过程中的伴生天然气，实现了能源的再次利用，带来了整体的能源利用率的提高和污染物的减排。

2.交流变频电机效率可达96%。

动力传递机构简化传递链，提高了整体的效率。

3.由于电机交流变频，实现了无极调速，利用率很高，且反向制动，不消耗能量。

4.维护简单，仅需进行日常的简单检查测量，仅需更换风机盐雾过滤器，且周期长。

5.没有尾气产生。

6.根据交流电机的扭矩特性，启动力矩大。

相比柴油机，可配备较小功率的电机，无极调速对传动机构没有冲击。

电机能以极低的速度恒转矩输出和短时增大2 倍，大大提高了修井机处理事故能力。

7.简化了修井机的机械传动结构，体积小，安装拆卸搬迁方便，提高了钻台设备的模块化和轻量化。

8.实现了修井机的自动化和智能化，通过各个传感器的自动监测和显示，通过中控系统，自动或人为调整运行参数，实现冗余控制。

9.最大限度的控制了噪声，交流电机运转声音小，基本噪声为风机的风燥，现在监测为45db。

10.极大的减轻了现场员工的劳动强度，改善了劳动环境。

六、存在的挑战
1.交流变频技术的应用，使得人机交互更加便捷，但其发生的故障问题不容易排查解决。

电路系统更加抽象复杂，要求电气人员具备较高的业务水平，对整体控制系统熟悉，能够及时排查出问题。

2.海上存在的湿气和盐雾是电气设备最大的敌人，尤其是具备风冷不能密闭的主电机和各个控制柜内的元器件。

制定科学合理的维保措施尤为重要，以确保设备安全。

3.解决电力供应。

对于老旧平台的修井机替换和改造，由于平台不具备提供相应的电力接口和能力，电网需相应更改，存在较大的挑战。

4.科学有效的重新划分防爆区域，做好各类防护区域内的各个设备的防爆性能满足要求。

七、结论
通过两种设备对比分析，得出交流变频电驱修井的优越性能和特点。

目前已有多台交流变频电驱修井机在渤海平台上服役。

大力发展交流变频变频电机修井机，具有可观的经济效益和社会效益。

参考文献：
[1] 朱奇先，杨新恩. 电驱动钻机传动模式及电源配置的研究[J]. 电气应用. 2011（16）.
[2] 李继志. 石油钻采机械概论[M]. 东营：石油大学出版社，2006.
[3] 李华德主编.交流调速控制系统[M]. 电子工业出版社，2003.。