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摘 要：近幾年来，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，33.5hz以上采用恒功率输出。为适应大功率输出，以及负载根据地质情况的频繁波动，并且电流变化大，而且有频繁的周期性波动，以及现场安装空间的限制，使变频器体积尽量的小。采用两单元并联输出，每个单元四个功率模块直接并联的特殊结构，模块并联中产生的均流问题，采用均流电抗和强制均流两种方式，使每个模块都能正常工作。由于变频器输出电流大(接近2ka)，为防止强电流磁场造成的干扰，传输信号采用光纤通讯，并且控制电路也增加相应的抗干扰措施，从而增加了变频器工作的安全性，收到了较好的效果。
经过两个月的试运行，该系统呈现出明显的效果
其一，使用变频器后可以在低频2～5hz启动，速度慢，很容易操作控制起放位置，并且低频起重量大，安全可靠，节省能耗。
其二，使用变频后，转盘转速在设定范围内连续可调，减少了频繁换档，根据地形可以灵活掌握其速度，转盘带动转杆时可以零频启动，对转盘的扭力就大大减少了，变频器中还采用了较大的储能元件，以保证复杂多变的地质情况下负载的变化。
其三，随着大量的石油开采，钻井深度越来越深，这样的情况下每九米就要提放一次转具，频繁的提升和下放，提升的重量越来越重原来提升要频繁的换档，才能适应越来越重的钻具，由于提升速度不可控制，井卡钻具时对其冲击很大，有可能把钻杆拉断，造成事故。使用变频器可以低速提升，并且提升重量大，对于钻具冲击力小，易于控制提放位置、速度，适于频繁的提放钻具。
其四，使用变频器后对于整个系统的的机械损耗也减少了，原来经常损坏的变速箱及刹车系统能够减少维修次数，减少大量的维修费用。在钻井情况下电机可以处于停止状态，而原来在工频运行时直接启动电机，启动电流大容易损坏发电机，运行后电机一直在运行状态，耗费大量能源。而变频器可以实现连续软启动，启动电流小，对发电机组没有冲击，原来每天用油三吨以上，而现在每天用油在两吨左右，所以也大大节约了能源。并且我们还配有电力变压器一套，以便有条件时直接接入高压网电运行。
综上，从钻机的节电和变频两个方面来对石油钻机进行改进，在一定程度上起到了节能作用，效果不错。
参考文献
[1]董云飞.ZJ70L型钻机全网电拖动技术改造方案[J].石油矿场机械.2008年06期.
[2]戴树涛.钻机网电拖动系统谐波抑制研究[J].石油矿场机械.2008年07期.
[3]张奇志.井场电网动态无功补偿技术[J].石油矿场机械.2010年06期
[4]税理中.江苏油田钻机网电拖动技术改造[J].石油矿场机械.2011年06期.
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，33.5hz以上采用恒功率输出。为适应大功率输出，以及负载根据地质情况的频繁波动，并且电流变化大，而且有频繁的周期性波动，以及现场安装空间的限制，使变频器体积尽量的小。采用两单元并联输出，每个单元四个功率模块直接并联的特殊结构，模块并联中产生的均流问题，采用均流电抗和强制均流两种方式，使每个模块都能正常工作。由于变频器输出电流大(接近2ka)，为防止强电流磁场造成的干扰，传输信号采用光纤通讯，并且控制电路也增加相应的抗干扰措施，从而增加了变频器工作的安全性，收到了较好的效果。
经过两个月的试运行，该系统呈现出明显的效果
其一，使用变频器后可以在低频2～5hz启动，速度慢，很容易操作控制起放位置，并且低频起重量大，安全可靠，节省能耗。
其二，使用变频后，转盘转速在设定范围内连续可调，减少了频繁换档，根据地形可以灵活掌握其速度，转盘带动转杆时可以零频启动，对转盘的扭力就大大减少了，变频器中还采用了较大的储能元件，以保证复杂多变的地质情况下负载的变化。
其三，随着大量的石油开采，钻井深度越来越深，这样的情况下每九米就要提放一次转具，频繁的提升和下放，提升的重量越来越重原来提升要频繁的换档，才能适应越来越重的钻具，由于提升速度不可控制，井卡钻具时对其冲击很大，有可能把钻杆拉断，造成事故。使用变频器可以低速提升，并且提升重量大，对于钻具冲击力小，易于控制提放位置、速度，适于频繁的提放钻具。
其四，使用变频器后对于整个系统的的机械损耗也减少了，原来经常损坏的变速箱及刹车系统能够减少维修次数，减少大量的维修费用。在钻井情况下电机可以处于停止状态，而原来在工频运行时直接启动电机，启动电流大容易损坏发电机，运行后电机一直在运行状态，耗费大量能源。而变频器可以实现连续软启动，启动电流小，对发电机组没有冲击，原来每天用油三吨以上，而现在每天用油在两吨左右，所以也大大节约了能源。并且我们还配有电力变压器一套，以便有条件时直接接入高压网电运行。
综上，从钻机的节电和变频两个方面来对石油钻机进行改进，在一定程度上起到了节能作用，效果不错。
参考文献
[1]董云飞.ZJ70L型钻机全网电拖动技术改造方案[J].石油矿场机械.2008年06期.
[2]戴树涛.钻机网电拖动系统谐波抑制研究[J].石油矿场机械.2008年07期.
[3]张奇志.井场电网动态无功补偿技术[J].石油矿场机械.2010年06期
[4]税理中.江苏油田钻机网电拖动技术改造[J].石油矿场机械.2011年06期.