钻进式井壁取心器地面变频电源的研制

旋转 速 度就可 以被 自由的控 制ｌ ３ ］ 。因此 ，以控制 频 率 来给 电机 调速 的 方案成 为优 选 方案 。 如 果仅 改变 供 电频率 而不 改变 供 电电压 ， 频 率 降
低时 会使 电机处 于过 电压 （ 过励磁 ）状 态 ，导致 电机
式 井壁 取心 器在 各油 田推广速 度 大大 提 高 。
最初 定 型 的钻进 式 井壁取 心 器使 用定 频 电源 。 定 频 电源 体积 和 重量 都 十分庞 大 ， 测井作 业 必须 使 用井
１ 变 频 调 速 原 理
同步 电动机 可 以通 过 电力 电子装 置实现 电压 一 频 率协 调控 制 ，达 到调速 的 目的 ， 异 步 电动机 转速 取决 于 同步转 速 （ 即选 择磁 场 的 转速 ） 。变 频 调速 技 术 的
ｏ ＝ Ｎ ＝ ６ ０ ｊ Ｔ ｐ
式中， 厂 为供 电频 率 ；Ｐ为电机磁 极对 数 。
通过 以上两 个公式 可 以导 出 电机 转速 与电源频 率
的关系 式为 ：
Ⅳ ＝
改 变 供 电频 率厂 、电机 的磁 极对 数Ｐ 及 转 差率 均
可达 到 改变 电机 转速 的 目的 。 由电机 的 工作 原 理决 定 电机 的极 数是 固定不变 的 。 由于 该极 数不是 一个 连续
基本原 理是根 据 电机 转速 与工作 电源输入 频率成 正 比 的关 系 ，通 过调 节 电源输 入频 率来 调 节电极 转速 。 电机转 速与 电机 同步 转速 的关 系式 为 ：
Ⅳ 一Ｎｏ （ １ 一Ｓ ）
式中， Ⅳ为 电机转速 ； ｏ 为 电机 同步转 速 ； Ｎ Ｓ 为电
机 转差 率 。 交 流 电 动机 同步 转 速 由电 网 频率 和 磁 极 对 数 决 定 ，关 系 式为 ：
要 ：为 了解 决最初 定型的钻 进 式井 壁取 心 器在 油 田测 井实验 过程 中 出现 的卡钻 问题 ，根 据 变频调 速 的原理 设计 了变
频 电源 系统。在现 场试 验 及应 用 中， 变频 电源 系统很 好地 完成 了对 仪 器的控 制 ，解 决 了钻 头卡 钻这 个技 术难题 ，提 高 了钻
２ ０ １ ３年 ６月
可能被 烧坏 。在交 流异 步 电动机 内 ，外加 的电 Fra Baidu bibliotek电压
主 要和绕 组 的反 电势相平 衡 ， 而绕组 的反 电势 则与 电
参数 ，对 各个模 块 进行控 制 。
功率公 式Ｐ＝Ｕ Ｉ ；电机 功率公 式Ｐ—Ｆ ｏ
式 中 ，【 ， 为电机 电压 ； ， 为电机 电流 ； Ｆ为扭矩 ；ｆ ｊ
率能 够在 电机 的 外面调 节后 再供 给 电机 ， 这 样 电机 的
掌 握 。利 用变 频能 够调 速 的原 理 ，设 计 了便 携 式变 频 电源 ， 通 过变 频 电源 调节仪 器 电机 运 转 的速 度 ， 使 电 机 能够 一直 处 于最佳 的运行 状态 。 解 决 了仪 器 钻头 卡 钻 的难 题 ，并 提高 了测 井效 率 ，使 得 Ｓ Ｃ Ｒ Ｔ ６ ７ ０ １ 钻 进
场电网 ３ ８ ０ Ｖ 交流 电 ， 在 仪器 实验 过程 中钻头 经 常 出
现 卡钻 问题 。操作 人 员 的操 作 过程 也 非常复 杂 ，不好
的数 值 （ 为 ２的倍 数 ，例如极 数 为 ２ ， ４ ，６ ） ，所 以一 般 不适 和通过 改 变该值 来 调整 电机 的速 度 。 而 供 电频
进 式 井壁取 心 测井作 业 的 时效 。 关 键 词 ：钻 进 式井 壁取 心 器； 变频 电源 ；调 频 ；卡 钻 中图法分 类号 ：Ｔ Ｅ ２ ４ ３ 文 献标 识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ ０ ４ — ９ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ２ １ — ０ ３
第一作者简介 ：程
峰，男，１ ９ ８ １ 年生，工程师，２ ０ ０ ４年毕业十燕 山大学精 密仪器 专业，现在 中国
测井有限公司技术 中心从事测井仪器研
制 开 发工 作 。邮 编 ： ７ １ ０ ０ ７ ７
石 油 仪 器 Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ ｏＬ Ｅ Ｕ Ｍ Ｉ ＮＳ Ｔ ＲＵ ＭＥ ＮＩ Ｓ
０ 引 言
岩心 是获 取地 层 岩性 、物性 、含油 性 等储 层参 数 最 直观 的地 质 资料 。 利用 这种 直观 的地 质 资料 可 以对 探 区 的油 气 层做 出正 确 的解释 评价 ， 解 决 电测 资料 中 的 可疑地 层 ， 因此 取心 技 术在 石油 勘探 开发 中发挥着 重 要作 用 。随着 测 井技 术 的不断 发展 ，取心 技术 也有 了 很 大 发展 。由 中 国石 油 集 团测 井 有 限 公 司 研制 的 Ｓ Ｃ Ｒ Ｔ ６ ７ ０ １钻进 式 井壁 取心 器 ，采 用液 压传 动 ，使空 心 钻 头垂 直钻 进 井壁 获取岩 心 。 该仪 器适 用 于各 种地 层取心 ， 特 别是硬 地层 的井壁 取心 ［ １ ］ 。 取 心施 工简 便 、 对 井 壁 破坏 小 、施 工 时 间短 、成 本 低 、取 心 收 获 率 高 、所取 岩心 规则 。 钻 进式井 壁取 心器钻 取岩心 的钻 头是 一种烧 结金 刚 石颗 粒 的钻 头 ， 其 钻取 方 式为磨 削 。由于 电机 输 出 功 率有 限 ， 所 以钻头 磨 削阻 力越 大 ，液压 马 达 的转速 越 低 ，电机 的 负荷 越 大 。当 电机 负荷 达 到 一定 程 度 时 ，会 引 起 电机 停 转 ，系统 工作 状态 急停 ，也就 是俗 称 “ 卡钻” Ｅ ２ １ 。
石 ２ ０ １ ３年 第 ２ ７卷 第 ３期
油
仪
器
ＰＥＴＲ０ ＬＥＵ Ｍ Ｉ ＮＳＴＲ ＵＭ ＥＮＩ Ｓ
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开发 设计 ・
钻进式井壁取心器地面变频 电源的研制
程 峰 刘 国权 郭英才 徐 涛 任 丽娟 王建 国
（ 中国石油集团测井有 限公司技术 中心 摘 陕西 西安）