鉆機電代油技術及經濟效益探討論文
摘要：傳統陸上石油鉆機動力輸出來自于柴油機、柴油發電機組，隨著柴油價格的逐年上漲，鉆井公司成本壓力越來越大。通過為鉆機配備高壓移動變電站，同時對部分鉆機進行了技術改造，利用電網為鉆機提供動力，取得了較好的經濟效益和社會效益。
關鍵詞：鉆機；電代油；方案
引言
隨著油田工業電網的進一步普及和完善，在中石油集團公司節能減排的政策支持下，近幾年公司進一步加大了鉆機技術改造工作。改造后的鉆機利用電網電能替代原來的柴油發電機組為鉆機提供動力（以下簡稱“電代油”）。在大慶長垣地區成功應用的基礎上，大慶外圍油田、吉林油田進行推廣應用。
1實施鉆機電代油的目的
降低鉆機能耗及設備維修、維護成本，提高鉆機運行效率，進一步降低鉆井運行成本；降低噪聲、減少環境污染，提高社會效益。
2實施鉆機電代油的條件
2.1鉆機的施工作業環境適合電代油
大慶油田內部鉆井井深多數在（1000～2000）m，所用鉆機主要是ZJ15和ZJ30型鉆機。因為鉆井施工周期短、平臺井較多，所以盡量減少鉆機的搬遷時間才能真正提高施工效率。電代油項目恰恰能減少鉆機配備設備數量，可減少鉆機搬遷車次，同時適合鉆機的近距離整拖搬遷，提高搬遷效率。
2.2工業電網覆蓋程度滿足電代油條件
工業電網覆蓋到一定程度是電代油項目實施的先決條件。
3鉆機電代油改造方案
電代油項目是利用工業電網提供電能替代柴油發電機組為電機提供動力，實施鉆井作業。以ZJ30鉆機為例，電代油項目需配置移動變電站、高壓保護柜、高壓電纜分接箱、配電變壓器等。將35kV網電經2組刀閘，1組多油斷路器連接到移動變電站6300kVA的主變壓器，經降壓到6kV后至進線開關柜。出線柜輸出2條6kV電網，組成鉆井專線，每條長度在5km，供網電鉆機使用，35kV變6kV移動變電站見圖1。
3.1電代油改造項目需解決
2方面的問題（1）鉆機用電與電網的接口技術。（2）復合驅動鉆機的動力模塊替代，即將原柴油機驅動鉆井泵替換為電機驅動。
3.2電代油改造方案
（1）ZJ30/1700DB鉆機電代油。原鉆機為柴油發電機提供電能，通過VFD（VariableFrequencyDrive，變頻控制房）變頻器控制單元和干式變壓器，驅動絞車電機、轉盤電機、鉆井泵電機，提供MCC（MotorControlCenter，電機控制中心）單元及井場用電。改造后，撤掉柴油發電機組，由工業電網提供電能，降壓后的6kV網電經分相搭火連接到高壓保護柜，經高壓保護柜輸出進入高壓電纜分接箱后，輸入到配電變壓器，降壓后輸出600V接入VFD房進線銅排，VFD房內有絞車、轉盤、鉆井泵和自動送鉆4個變頻控制單元，分別驅動相應電機，房內500kVA干式變壓器提供MCC單元和井場使用400V電源。電代油方案1見圖2。高壓保護柜用于當鉆機用電出現電氣故障時切除故障回路，避免移動變電站跳閘，影響同線路及其他用電設備的正常運行，并具有用電計量功能。配電變壓器將6kV電壓降為600V后接入VFD控制房。電纜分接箱主要用于調節電纜長度。（2）ZJ30/1700DBF鉆機電代油。原鉆機是柴油發電機提供電能，通過VFD房變頻控制單元，驅動絞車電機、轉盤電機，并提供MCC單元及井場用電，鉆井泵由柴油機獨立驅動。改造后，撤掉柴油發電機組，由工業電網提供電能，鉆井泵組由原柴油機驅動改為高壓電機驅動。6kV網電經分相搭火連接到高壓保護柜，經高壓保護柜輸出進入高壓電纜分接箱，高壓電纜分接箱輸出分成2路，一路到井場1600kVA配電變壓器，經變壓器降壓后輸出600V接入VFD房，給絞車、轉盤、MCC供電。另一路直接到井場高壓配電柜給高壓電機供電，為液力偶合器鉆井泵機組提供動力。電代油方案2見圖3，液力偶合器鉆井泵機組見圖4。
4鉆機電代油的生產組織運行
為了保證電代油項目順利實施，大慶油田配備了足夠數量的移動變電站。目前，大慶油田電力集團有65臺移動變電站（“一次變”）可供鉆井及其他供電線路使用，大慶鉆探配備了90臺配電變壓器（“二次變”）。為了切實推進電代油工作，公司鉆井公司對圍繞網電利用過程實施了對口分工，針對用電的不同時期與工作內容，分別由鉆井公司生產運行科、電訊隊、鉆井隊負責相應的管理工作。
4.1用電前
（1）生產運行科接到新井鉆井任務后，安排電力管理人員根據井位坐標，到現場進行確認是否有供電線路及供電單位屬地，確定本井是否可以搭接網電。如具備搭接網電的條件，生產運行科電力管理人員同供電單位人員一起到現場根據情況確定供電線路及變壓器類型。在外圍油田施工需要搭用地方電網時，還要事先和地方電力管理部門做好溝通、交流工作，詳細了解電網的負載能力、電壓波動情況等。在確認滿足搭建條件后，詳細測算搭建費用及用電費用等，如果這部分費用不超過柴油消耗費用，我們堅決使用網電。（2）生產運行科根據現場供電情況、線路遠近及費用情況制定施工方案。（3）“一次變”安裝由油田電力集團或地方供電公司負責施工并控制作業程序，鉆井公司電訊隊負責“二次變”的安裝、線路的鋪設，生產運行科派人員負責現場監督。（4）安裝結束后，供電方和生產運行科、電訊隊三方聯合驗收，確認符合相關標準后開始供電。
4.2用電中
�。�1）鉆井隊負責變電設備以及線路的監管。（2）鉆井公司電訊隊負責“二次變”及其線路的維修工作。（3）生產運行科負責定期抄表，統計用電量。
4.3用電后
�。�1）電訊隊負責“二次變”及其線路的拆除及轉運工作。（2）生產運行科負責與供電部門辦理結算手續。
5實施電代油過程中遇到的'問題及解決方案
5.1諧波治理
由于鉆機在運行過程中負載變化幅度較大，容易產生諧波，使電網電壓、電流波形產生畸變。大量諧波使電能傳輸和利用效率降低，容易使電氣設備過熱、產生震動和噪音，并使絕緣老化、使用壽命降低。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于電力系統外部，諧波對通信設備會產生嚴重干擾。針對上述問題，公司在近幾年開始進行了諧波治理工作。一是在應用網電時，增加無功補償及諧波治理裝置，來改善電網供電質量。二是針對驅泵高壓電機，在鉆機電控房內增加高壓軟啟柜，來減少電網電壓的大幅度波動，保證高壓電機的順利啟動。
5.2動力裝換
公司在大慶油田邊遠地區使用網電進行施工的鉆機大部分是ZJ50，ZJ70鉆機，搭用的多是地方電網。這部分地區供電條件相對較差，因此在使用網電時，柴油發電機組仍然需要安裝到位。由于部分鉆機配電系統中沒有設計網電與發電機組供電之間的轉換裝置，一旦電網發生故障，通過人工拆裝、倒換電源、啟動發電機組供電，所涉及的工作量大、耗時長，易引起井下事故，對鉆井生產安全造成了較大的隱患。為了解決這一問題，一方面通過在新購鉆機內設計電源轉換裝置，實現多種電源的快速、安全切換，另一方面通過技術改造，為現有的鉆機配電系統或移動變電站加裝電源轉換裝置，提高設備可操作性，減輕工人的勞動強度，消除安全隱患。
6實施規模與經濟效益分析
自20世紀80年代以ZJ15JD鉆機為代表的機械電動鉆機在油田應用以來，公司在主要產油區的鉆井施工中開始應用網電。隨著交流變頻技術在石油鉆機上的大規模應用，“網電”鉆機在大慶油田的鉆井施工中有了更為廣闊的施展空間。尤其是近幾年，由于柴油價格不斷上漲，為進一步降低鉆井成本，公司進一步加大了鉆機電代油技術改造的工作力度。截止目前，在大慶油田、吉林油田施工的150部鉆機中，有90部鉆機采用了電代油。
6.1經濟效益
（1）降低能耗。柴油發電機組每輸出1kWh的電能，需要消耗柴油約0.2kg，以柴油平均價格每噸8700元人民幣計算，則每發出1kWh的電能，需要柴油費用1.74元人民幣。使用油田工業電網，每千瓦時可以節省1.14元人民幣；使用地方電網，每千瓦時可以節省0.96元人民幣。（2）節省潤滑油費用。以ZJ70DB鉆機配備的CAT3512型柴油發電機組為例，每臺發電機組年均運行4000h，參照卡特發電機組維修保養規程，每500h需更換1次潤滑油，每年需要更換8次潤滑油。每次更換潤滑油量約為250L，折合人民幣為6400元人民幣。4臺CAT3512柴油機每年需更換的潤滑油價值約為20萬元人民幣，這里還沒有考慮平時需補充加注的潤滑油。使用移動變電站，變壓器油的消耗是微乎其微的。（3）節省修理費用。以1臺CAT3512型發電機組為例，每運行30000h需進行1次大修，每次大修費用約100萬元人民幣。ZJ70DB鉆機配備4臺CAT3512型發電機組，按單機年運轉4000h計算，8年內4臺發電機組都要經過1次大修，總大修費用在400萬元人民幣。而ZJ70DB鉆機所配套的移動變電站等網電設備總價值還不到300萬元人民幣，8年內的總維修費用也不到60萬元人民幣。（4）將低人工成本。綜合可減少柴油機工2人。（5）減少鉆機搬遷費用。在油田內部使用油田電網的鉆機不需要配置柴油發電機組、柴油罐，可減少鉆機搬遷車次，減少鉆機搬遷費用。根據公司近幾年網電鉆機的實際應用情況，使用網電鉆機每年節省資金達2億元人民幣。
6.2社會效益
�。�1）降低油料消耗、減少了油料對環境的污染、降低了對大氣污染物的排放。（2）減少了現場作業噪聲。在大慶油田老區，許多井位布置在居民區內，使用網電鉆井減少了噪聲對居民的影響，符合HSE（HealthSafetyEnvironment，健康、安全、環境）管理體系對作業環境的要求。
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