电驱动用于钻机最早开始于20世纪50年代中期，随后逐步完善、成熟。与机械驱动相比，电驱动具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障率低、操作更安全、方便、灵活、易于实现自动控制等一系列的优越性：特别是全数字控制系统的出现，使得电驱动控制系统控制性能更完善，可靠性更高，调整及更改功能更便捷，故障诊断及维修更方便：电驱动可以通过可编程控制器获得很多机械驱动所无法实现的功能，如顺序操作和联锁功能等。 1.3. 1 国内外电动钻机的发展现状
国外在1994年已生产出了全自动化钻机样机。现已研制出自动化、智能化电动钻机，在钻井实践中取得了较好的使用效果。 我国电动钻机电气控制系统的研究始于20世纪70年代中期。20世纪80年代末，在借鉴国外先进技术的前提下，生产出我国第一台直流驱动的ZJ45D陆地电动钻机。20 世纪90年代，通过引进国外核心电气控制模拟单元，生产出深井直流电动钻机，如ZJ50D和ZJ70D。20
世纪90年代后期，在引进国外全数字控制技术的基础上，开始全数字钻机电气控制系统的研究，如采用国外数字直流调速器，将模拟控制直流电动钻机升级为数字控制直流电动钻机。全数字电控系统是目前电控系统的主流，它是用微处理器实现软件控制，具有完善的故障自诊断、运行、显示和保护功能、，全数字控制系统各环节的控制参数可实时调整．以满足钻井工艺新要求和钻井工况的实时变化。 近几年将交流变频调速技术应用于石油钻采设备上，生产出全数字交流驱动电动钻机。交流驱动电动钻机采用了交流变频调速技术。能够适应钻井工艺的要求．简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全性、可靠性和移运性，且绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调运：能够以极低的速度恒扭矩输出。实现数控恒钻压自动送钻，对提高钻井时效、优化钻井工艺、处理井下事故十分有利。新型司钻控制系统控制精确、操作简单，使司钻摆脱了繁重的体力劳动，并注重了操作技巧和钻井参数的优选。
国内目前电动钻机电气控制系统在控制技术上有模拟控制和数字控制两种形式，驱动方式上有直流驱动和交流驱动。电控装置品种齐全．可满足用户的不同需求。在功能上增加了
芯片封装起、下钻过程的位置闭环控制功能（即防止上碰下砸功能）；外加盘式刹车的使用，由此既保证了设备的安全运行，又减轻了司钻的操作紧张程度：同时还增加了自动送钻功能，达到了恒速恒压钻井，以适应不同的岩层结构．提高钻井质量。
国外在1994年已生产出了全自动化钻机样机。现已研制出自动化、智能化电动钻机，在钻井实践中取得了较好的使用效果。
(1)美国W-N Apache联合公司自动化钻机：其研制的自动化石油钻机，采用动力水龙头钻井方法，配备了自动移运和排放立根系统；采用微机控制系统，以监控钻机操作各工序正常作业；钻井深度为6096m。其特点是钻机的总重量较轻，安装拆卸时间减少50%；采用自动化控制系统，可在1min之内完成接单根作业，节约钻井时间l 2%一1 5%；全钻机只需要2人进行操作。(2)挪威自动化钻机：挪威Temco公司生产的全自动化钻机，采用液压驱动的顶部驱动钻井系统，选用了一种轻型钻机结构，可降低钻井成本；采用机器人进行操作，在钻机中采用了许多新材料和智能技术，使钻井作业全自动化。
(3)小井眼自动化石油钻机：采用动力水龙头钻井方式，液压大钳、自动卡瓦、水平堆放钻杆，由机械手进行移运与排放。该钻机自动化程度较高，接单根时间只需要6s。实际应用
中，电驱动钻机比机械驱动钻机具有更好的经济效益。
第3章 电动钻机电气控制系统概述
电动钻机的核心是电气驱动和控制系统，主要包括动力设备及控制系统、主电动机驱动及控制系统、辅机设备及控制系统、司钻控制系统和主控制系统等，其基本构成如图3-1锰氧化物所示。
3. 1 电动钻机驱动型式
电动钻机驱动型式的技术发展，经历了AC-AC电驱动、DC-DC电驱动、AC-SCR-DC电驱动和AC变频电驱动4个技术发展阶段。顶部驱动型式的技术发展，经历了AC-SCR-DC电驱动和AC变频电驱动2个技术发展阶段。
3.1.1 AC-AC驱动
AC-AC驱动是钻机最早采用的电驱动型式，指柴油发电机组发出交流电，供给交流电动机驱动绞车、转盘和钻井泵，其电气控制系统框图如图3-2所示。另一种供电方式是由工业电网供交流电。
这种驱动方式和柴油机直接驱动相比，短时过载能力强；采用单独驱动，传动效率高，易实现倒转，维护保养简单，工作安全，噪音小。因此，早在20世纪50年代美国、前苏联就已采用该种驱动方式。
钻机的绞车和转盘常采用绕线式异步电动机驱动，钻井泵可用绕线式或鼠笼式异步电动驱动，也可用同步电动机驱动。
由于AC-AC电驱动钻机工作转速不可调节、载荷特性为硬特性等缺点，不能更好地满足钻井需要，使其使用数量逐年减少。但与机械驱动相比，还是有较大的适应性。
3.1. 2 DC-DC驱动
DC-DC电驱动钻机是指多台柴油发电机组发出直流电，供给直流电动机驱动绞车、转盘和钻井泵。另外还有一台柴油发电机组，供照明与钻机辅助设备用电。其电气控制系统框图如图3-3所示。
由他励直流发电机一他励直流电动机组成的驱动系统，采用降低供电电压（调发电机励磁）和减弱磁通方法，实现电动机调速。对于绞车，当低于额定转速时，调发电机励磁，
实现电动机的降压调速；高于额定转速时，调电动机励磁，实现弱磁调速。一般绞车还设有机械挡。对于转盘，只采用降压调速，可以获得恒转矩驱动特性。
DC-DC驱动钻机具有下述特点：
肛门塞(1)直流电动机具有软工作特性，其工作转速根据钻井工艺需要和载荷变化进行无级调节，且调速范围广，一般调节范围为2.5-5.0；其超载荷适应性强，一般超载荷系数为1.6～2. 5。
2)直流电动机启动与制动较平稳，允许频繁启动与制动，调节与使用均很方便，能够最大限度地满足钻井工艺需要，适应性较强。
(3)直流电驱动钻机操作方便，变速快、时间短，具有较好的处理事故能力。
(4)利用动力制动，确保绞车刹车系统操作安全省力，减少事故，节约起下钻时间，适用于深井快速起下钻具。
(5)转盘工作转速可以进行无级调节，适用于精确处理打捞作业，能较好地判断井下发生的各种事故。
(6)极大地简化了机械传动系统，提高了传动效率。能量从柴油机转轴传到绞车传动轴的传动效率为87. 5%，比机械驱动石油钻机传动效率提高12.5%。
(7)采用电子调速器调节每台柴油机的使用性能，不仅使柴油机经常处于最佳状态运行，而且还使柴油机载荷变化状态同时受到电气控制系统的监控，使柴油机可以自动调节与分配载荷，从而可以防止冲击与过载，具有较好的运行经济性。(8)DC-DC驱动钻机采用单独驱动方式，可靠性较差。
3.1.3 AC-SCR-DC驱动
应用系统运维AS-SCR-DC驱动是指数台柴油发电机组发出交流电并网输到同一母线电缆上（或由工业电网供电），经晶闸管整流装置整流后驱动直流电动机，带动绞车、转盘、钻井泵：其电气控制系统框图如图3-4所示。
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AC-SCR-DC驱动钻机具有下述特点：
(1) AC-SCR-DC驱动钻机具有DC-DC驱动钻机自：全部优点。
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(2)不需要专门配备供照明右辅助设备用电的小型柴油发电机组：可以直接由公共母线中引出，通过变压器后直接供应交流电，所以设备投资比DC-DC驱动钻机少。
(3)采用并联运行方式，动力使用与分配合理，机动性、灵活性好，提高功率利用率。在钻井作业过程中，可按实际需要来确定开动几台动力机组，延长了其使用寿命。比DC-DC驱动钻机节约柴油7%-9%。
(4)一次性投资费用比机械驱动钻机高80%左右。但是由于AC-SCR-DC驱动钻机使用经济，当钻机运行一段时间，其节约费用就可弥补多投资费用。
(5)在钻井和起下钻时，钻机噪音小、油污少，有利于提高操作可靠性。良好的设备配置及技术，提高了钻机运行可靠性。
(6)采用先进的柴油机电子调速器、晶闸管整流装置和各种监测系统，提高了钻井性能，扩大了使用功能，增强了经济性与可靠性。
(7)由于直流电动机转速的变化是通过控制晶闸管整流装置来达到的，交流公共母线上的功率因数较低。为提高功率因数，美国研制了一种调节功率因数的装置，可进一步提高钻机
运行的经济效益。
