Электропривод подъемников комплексов геофизического исследования скважин

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания асинхронных электроприводов подъемников комплексов геофизического исследования скважин. Цель работы: исследование систем преобразователь частоты - асинхронный двигатель, учитывающих особенности эксплуатации и изменения параметров нагрузки подъемников комплексов геофизического исследования скважин. Методы исследований основаны на использовании теории автоматического управления и имитационного моделирования в программной среде MatLab Simulink. Результаты. Разработана методика расчета нагрузки при подъеме геофизического прибора в сухих скважинах и скважинах, заполненных жидкостью или буровым раствором, что позволяет более точно определять мощность электропривода подъемника. Рассчитаны переходные процессы при пуске, торможении электропривода, а также при прихвате геофизического прибора в скважине. Разработаны и исследованы асинхронные электроприводы геофизических подъемников с векторным регулированием скорости. Полученные теоретические исследования подтверждены экспериментально при создании электроприводов подъемников установок геофизического исследования скважин. Выводы. В скважинах с жидкостью силу тяги при подъеме геофизического прибора необходимо рассчитывать с учетом эффекта вытеснения жидкости геофизическим прибором и каротажным грузонесущим кабелем. Суммарный момент инерции электропривода каротажного подъемника, приведенный к валу двигателя, незначительно изменяется как при перераспределении массы кабеля с барабана в скважину, так и от плотности бурового раствора. Полученные результаты позволяют применять стандартные ПИ-регуляторы скорости асинхронных электроприводов с векторным управлением без ухудшения качества регулирования скорости и момента при любой глубине скважины. При исследовании систем векторного управления необходимо учитывать особенности широтно-импульсного регулирования напряжения преобразователя частоты, что позволяет получить более достоверные результаты имитационного моделирования и ускорить процесс настройки электроприводов.

Relevance of the research is caused by the necessity of developing an elevator induction motor electric drive for borehole geophysical survey complexes. The main aim of the study is to develop and research the frequency converter - induction motor systems, which take into account operation features and changes in the load parameters of elevators for borehole geophysical survey complexes. Methods of research are based on application of automatic control theory and simulation in Matlab Simulink. The results. The authors have developed the technique of load calculation while lifting geophysical device in dry boreholes and boreholes filled with fluid or drilling mud. This allows determining more precisely the elevator electric drive capacity. Transient processes at starting and braking of electric drive and when geophysical device weld tool in a borehole are calculated. The authors developed and studied induction motor electric drives of geophysical elevator with speed vector control. The theoretical investigations are confirmed experimentally when developing the elevators of borehole geophysical research units. Conclusions. In boreholes with liquid the traction force at geophysical device lifting should be calculated taking into account fluid displacement by the device and wireline carrying cable. The total moment of inertia back to the motor shaft of electric drive of wireline elevator varies slightly both at cable weight redistribution from a drum to the well and at drilling mud density. It allows the use of standard PI speed controllers in induction motor drive systems with vector control without quality deterioration of speed and torque control at any depth of boreholes. When studying vector control systems it is important to consider the PWM voltage regulation of frequency converter, that allows obtaining more reliable results of imitating modelling and speeding up the electric drive setting.