近幾年來，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，交流變頻傳動應(yīng)用于石油鉆機以替代SCR直流電驅(qū)動鉆機已成為一種趨勢，交流變頻電動鉆機不僅具有SCR直流電驅(qū)動鉆機的優(yōu)異性能，還有諸多顯而易見的優(yōu)點，因此在油田推廣應(yīng)用的力度越來越大。但應(yīng)用過程中，由于國內(nèi)交流變頻電動鉆機電控廠家電控系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)設(shè)定出現(xiàn)了一些新的問題，如電控系統(tǒng)現(xiàn)場適用性差、性能不穩(wěn)定等，嚴(yán)重影響了鉆井生產(chǎn)，對其可靠性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生了置疑，對先進(jìn)的交流變頻電動鉆機的推廣應(yīng)用也越來越慎重。

一、電控系統(tǒng)主要存在的問題

1、由于絞車電動機未安裝編碼器,電控系統(tǒng)采用無編碼器矢量控制方式,司鉆操作手柄打至中位無法實現(xiàn)絞車懸停,出現(xiàn)大鉤緩慢向下游動現(xiàn)象,游動速度隨懸重增加而加快。而在較小懸重下雖能實現(xiàn)懸停，但游車緩慢減速后才停止運動，懸停制動時間超長，沒有起到精確制動作用，易發(fā)生上碰下砸情況。

2、由于常規(guī)轉(zhuǎn)盤采用氣胎離合器慣剎，如果井內(nèi)鉆具發(fā)生嚴(yán)重阻卡，轉(zhuǎn)盤電動機便發(fā)生堵轉(zhuǎn)，若轉(zhuǎn)盤慣剎投入不及時，便容易產(chǎn)生倒開鉆具的事故。在取芯鉆進(jìn)時如遇礫石層等較硬地層，由于地層的沖擊，導(dǎo)致電動機轉(zhuǎn)速和扭矩不穩(wěn)定，無法保證正常取芯作業(yè)，嚴(yán)重影響取芯收獲率。

3、一體化鉆井儀表存在諸多問題：大鉤高度、鉆壓、轉(zhuǎn)盤扭矩等參數(shù)顯示滯后、不準(zhǔn)確；隨鉆井工況變化需頻繁設(shè)置修改參數(shù)；鉆井儀表對司鉆操作指導(dǎo)性差等。由于以上問題的存在，導(dǎo)致交流變頻電動鉆機在現(xiàn)場使用過程中溜鉆、頓鉆及倒開鉆具等事故發(fā)生，同時由于部分設(shè)計缺陷導(dǎo)致操作維護(hù)不便，嚴(yán)重影響了鉆井生產(chǎn)。

二、解決方案和完善措施 

為滿足鉆井工藝對鉆機電控系統(tǒng)的特殊要求,交流變頻電動鉆機及其它變頻鉆機應(yīng)從以下幾個方面入手解決: 

1、絞車電動機能耗制動和懸停在電動鉆機使用過程中，司鉆操作無法實現(xiàn)控制手柄零位懸停功能，單電動機高速提升或下放懸重過大時，控制手柄零位懸停不住，出現(xiàn)溜鉆現(xiàn)象。而且出現(xiàn)游車緩慢向下游動現(xiàn)象，懸停制動響應(yīng)時間超長，無精確制動效果，易發(fā)生上碰下砸情況，是潛在的安全隱患。究其原因，由于鉆機絞車電動機沒有安裝編碼器，系統(tǒng)采用無編碼器矢量控制方式，無法準(zhǔn)確檢測電動機轉(zhuǎn)速信號對電動機進(jìn)行準(zhǔn)確的能耗制動。不能保證低速時的大扭矩輸出，而且在外力作用下，該控制會由于檢測不到細(xì)微的速度變化而產(chǎn)生輕微轉(zhuǎn)動。解決這一問題的關(guān)鍵是在絞車電動機上安裝編碼器，使變頻器工作在矢量閉環(huán)控制方式，實現(xiàn)懸停功能。

2、轉(zhuǎn)盤制動

多數(shù)電動鉆機采用氣胎離合器慣剎，如果井內(nèi)鉆具發(fā)生嚴(yán)重阻卡，轉(zhuǎn)盤電動機便發(fā)生堵轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤電動機扭矩限定閾值一般設(shè)定在85%以下，當(dāng)堵轉(zhuǎn)扭矩超過設(shè)定閾值，堵轉(zhuǎn)時間超過限定時間，變頻柜過載跳閘，報F015電動機堵轉(zhuǎn)故障。當(dāng)轉(zhuǎn)盤慣剎投入不及時，容易產(chǎn)生倒開鉆具的事故；即使轉(zhuǎn)盤慣剎投入不及時，但由于慣剎采用氣胎離合器，額定扭矩較小，離合器仍然打滑，無法防止轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)。

此外，根據(jù)鉆井工藝要求，?在過載堵轉(zhuǎn)時保證電動機的轉(zhuǎn)矩最大，?使電動機在堵轉(zhuǎn)方式下工作，通過電動機與慣性剎車聯(lián)動工作，防止轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)的發(fā)生，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤反扭矩在操作者的控制下釋放，?同時還應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。

3、一體化鉆井儀表系統(tǒng)

全數(shù)字交流變頻系統(tǒng)有很強的擴(kuò)展和開發(fā)能力，同時一體化鉆井儀表的性價比較好，使得一體化鉆井儀表如神開、馬丁代克、PETRON儀表等代替常規(guī)儀表成為可能。但還存在如下問題：儀表參數(shù)顯示滯后、不準(zhǔn)確；隨鉆井工況變化需頻繁設(shè)置修改，參數(shù)顯示只停留在數(shù)字顯示，使司鉆無法直觀判斷參數(shù)增減趨勢，進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防操作給定調(diào)整；對司鉆操作指導(dǎo)性差。

三、認(rèn)識 

國內(nèi)鉆機電控系統(tǒng)集成商在交流變頻電動鉆機一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計和成套方面,尤其在系統(tǒng)系統(tǒng)軟件和參數(shù)設(shè)置方面，沒有全局考慮，兼顧系統(tǒng)的可操作性、安全性和可靠性，還沒有形成完善統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了將先進(jìn)的交流變頻控制技術(shù)和一體化控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于石油鉆機，應(yīng)不斷完善鉆機電控系統(tǒng)，統(tǒng)一一體化控制系統(tǒng)成套的硬件和軟件標(biāo)準(zhǔn)，并在系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化方面開展工作，?使所生產(chǎn)的鉆機滿足鉆井工藝要求，充分體現(xiàn)以人為本，符合現(xiàn)代HSE管理要求，運行經(jīng)濟(jì)可靠符合油田需要的先進(jìn)、實用、經(jīng)濟(jì)的鉆機。