崔俊国 高翔 肖文生 赵海洋 张俊 鲁中歧 邵建鑫

(中国石油大学(华东) 机电工程学院；海洋物探及勘探设备国家工程实验室)

0 引言

海底钻机已成为海底资源勘探、海洋地质调查和海洋科考不可或缺的重要技术装备[1－2]。井下动力钻具是海底钻机核心装置。1953 年苏联研究所正式开始研制电动钻具，初期设计电动钻具外径较大。1970 年通用电气公司设计出钻井深度6 000 m电动钻具，但需添加减速装置[3]。我国于1950 年开始研究电动钻具。1970 年上海跃进电机厂成功制造了两台电动钻具，并于两年后矿场试验成功[4－5]。目前井下电动钻具驱动一般采用三相电机[6]，但因减速装置及保护器使传动链变长，系统故障率增高，系统总体效率下降。永磁电机可实现低转速运行且已应用于石油钻井装备。全球首台潜油永磁电机由RITEK－ITC LLC 生产，转速100～500 r/min，长度为三相潜油电机的。NOV 与Borets 公司相继研发出潜油永磁电机[7－9]。国内力神泵业研制出永磁电机驱动电潜泵采油系统并试验成功[10]。2018 年中国石油大学(华东) 基于海底钻机系统与永磁电机直驱技术，提出井下直驱电动钻具并已开展研制工作。

田口法可实现局部快速寻优而被应用于永磁电机优化，相较于全参数扫描试验可节约90%的试验次数，若对更多优化因子和水平数进行优化试验，可有效缩短优化设计周期，提高优化效率[11－14]。韩爱国等[15]利用田口法，选用空气槽厚度、永磁体极间长度与宽度等参数作为优化因子对车用永磁电机进行了优化设计。……