[发明专利]一种双制式石油钻机电驱动系统

说明书

本发明公开了一种双制式石油钻机电驱动系统，包含三相交流母线、直流电驱动系统和交流电驱动系统；三线交流母线输出端分别连接直流电驱动系统和交流电驱动系统。直流电驱动系统包括多个直流调速单元；交流电驱动系统包含多个整流单元、多个交流变频单元、多个能耗制动单元。本发明提出一种双制式石油钻机电驱动系统，结合直流电驱动系统和交流电驱动系统各自的优势；解决直流电驱动系统功率因数低、调速范围窄等问题，并综合考虑交流电驱动系统成本高昂的情况，使钻机技术经济性达到最优。

技术领域

本发明涉及石油钻机电驱动技术领域，尤其涉及一种双制式石油钻机电驱动系统。

背景技术

目前，石油天然气开发主要采用电动钻机（以下简称钻机），而钻机电驱动系统主要分为直流电驱动系统和交流电驱动系统，两种电驱动系统各有缺陷：

1、直流驱动系统相较于交流电驱动系统，存在如下缺陷和不足：

（1）、直流电驱动系统无法实现辅助刹车功能，需要配置辅助刹车装置，例如电磁刹车。而交流电驱动系统具有能耗制动功能，可实现辅助刹车，更加安全可靠；由于不需要安装电磁刹车或气动刹车，使绞车结构进一步简化。

（2）、直流电驱动系统无法实现主电机自动送钻；交流电驱动系统可实现主电机自动送钻功能，操作体验更佳。

（3）、直流驱动绞车在直流电机转速调节范围较窄影响下，以三轴四挡模式配合钻井工艺所要求的起升速度，绞车结构更加复杂。而交流变频驱动绞车在较宽的交流变频电机调速维度下，通过单轴绞车（或双轴）进行任意范围内无极调速带动齿轮转动箱，结构简单。

（4）、直流电驱动系统的功率因数低，尤其在低速运行时功率因数极低，能耗较高；在钻井工况时，泥浆泵、转盘连续运行，功率因数一般为0.5-0.8；在起下钻工况时，绞车间歇运行，低速运行时间较多，此时功率因数一般为0.3-0.4。而交流电驱动系统功率因数更高，能耗低。

（5）、配套直流电驱动系统的钻机模仿原机械钻机的思路，绞车或转盘等系统均采用了大量的气动控制，只能采用操作台进行组合操作，另外无法实现悬停功能，系统自动化程度较低；尤其是对于模拟式直流电驱动系统而言，参数监控较少，系统自动化程度更低；较之机械钻机主要是提高了系统调速性能。而配套交流电驱动系统的钻机可采用一体化司钻椅进行控制，并集成智能钻井仪表系统，另外加之主电机自动送钻和悬停功能，多参数采集与监控，系统自动化程度高。

2、交流电驱动系统相较于直流驱动系统，存在如下不足：

交流电驱动系统较直流电驱动系统的成本高达3倍以上。随着国产晶闸管的不断成熟，直流电驱动系统成本得到大幅降低，而国际品牌变频器价格仍保持高位，导致两者成本差距越来越大；若交流电驱动系统配套国际知名品牌变频器，其成本相较直流电驱动系统甚至达5倍左右。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双制式石油钻机电驱动系统。本发明采用双制式的电驱动系统，结合直流电驱动系统和交流电驱动系统各自的优势，解决直流电驱动系统功率因数低、调速范围窄、自动化程度不高、且不能实现辅助刹车及自动送钻等问题，并综合考虑交流电驱动系统成本高昂的情况，使钻机技术经济性达到最优。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种双制式石油钻机电驱动系统包含三相交流母线、直流电驱动系统和交流电驱动系统；三线交流母线输出端分别连接直流电驱动系统和交流电驱动系统；所述三相交流母线输出的交流电源电压为525VAC-690VAC，频率为50Hz或60Hz。

所述直流电驱动系统包括多个直流调速单元，每个直流调速单元的输出与泥浆泵直流电机连接；所述直流调速单元为晶闸管，直流调速单元将525VAC-690VAC三相交流电整流为可调直流电源，分别驱动相应的直流电机。