网电替代柴油机节能技术在石油钻井队的应用

葛滨海 王建俊 邹荣 许京国 穆治拥

（渤海钻探第三钻井分公司 天津 300280）

随着石油工业的发展，目前石油钻机、动力设备均得到了极大的发展，全电动钻机等一些高性能、高科技设备在石油钻井行业得到了广泛的应用，并在节能降耗方面取得了较大的进展，但就目前中国的几大钻探公司的设备状况来说，先进的全电动钻机还相对较少，各大钻探公司还有较多老式的钻机设备，大部分动力设备配置依然是：柴油机3台、柴油发电机2台的动力配置，动力来源于柴油，按此配置的钻井机动力设备，每月标准油耗为4.5吨/天，对能源的消耗极大，因此急需改变目前的现状，需要一种能耗小的动力系统来解决目前的能耗问题，由此，钻井机钻用电机及电力配套设备出现了，并在我公司钻井队运行近4个月，取得了较好的节能降耗和经济效果。

1 老式设备使用柴油机概况

将高马力柴油机作为钻机的第一级也是终极动力源，直接通过机械传动和气传动，依靠操作者本身的岗位技能和经验来操作一部关系到人身、井下和设备安全的巨型设备，能耗高、动力效率低、安全保障环节少且人为因素重、环境和噪音污染严重，每月柴油消耗在130吨左右，这就是油驱钻机的真实写照。

2 “油改电”突出优点

1.节能降耗；

2.保护环境，碳排放小、噪音小等优点；

3.动力足，柴油机是800马力，此电机动力可达1000马力；

4.操作简便，省人力。

5.设备体积小，拆、搬、安简便，占空间小。

6.设备可靠性高，动力输出转速可调范围大大增加。

将网电作为动力，所产生的电能经过统筹兼顾、全局分配、按照既定程序带动绞车、转盘等操作系统进行钻井生产。安全靠程序管理而非人为把持、能耗靠集中调配而非各把一路、动力靠稳定传送而非忽高忽低、噪音能让人正常说话而非打手势吹口哨，这就是电动钻机的新颖景观。

3 油改电主要设备及改装前后对比

1.大型直流电机两台，型号为：YZ56-1A,功率1000KW，电压750V，电流 1450A，转速 780-1400转/分，由四川 DDHT（东大恒泰）电气公司出品。主要作用是代替常规柴油机对钻井机提供动力支撑。

2.系统高压房一台，型号为DH.KYB1-10KV/0.6KV，容量3150KVA。主要作用是把地区高压电变为电机使用电压。

3.系统电控一台，型号为DH.KYZ1-0.6/0.4-2*1000，主要作用是控制进入电机的电流强度，从而控制电机转速。

4.无功补偿控制房一台，型号为DH.TSF0.6-2200/23KL，主要作用是减少无功功率损失，提高整机运行效率。

图1 改造前动力设备

图2 改造后动力设备

图3 低压控制室

4 “油改电”在钻井队实际应用情况

渤海钻探第三钻井公司50202钻井队在2012年7月施工的柳109井二开中完期间进行了“油改电”工程，而公司所属的50524钻井队使用柴油机动力设备施工的青1-12井与该井直线距离相隔1500m左右，且井身结构均相同。两个钻井队使用的都是ZJ50钻机。50202钻井队于2012年07月01日完成网电驱动改造后，有关方面对两支井队进行了跟踪监测对比，结果发现，相同工况下，网电驱动的能耗成本至少可以节约40%。从2010年起，渤海钻探第三钻井公司就开始进行网电驱动改造基础技术方面的研究，通过系统研究，逐步掌握了网电驱动应用方面的关键技术，首次将10千伏高压电引入电机作为动力源；应用移动式高压电控系统；首次对钻机使用无级调速，从而大大提高了钻速与钻机利用率，为网电驱动在油田更大范围内的推广应用奠定了基础。

4.1 耗油和用电情况对比

渤海钻探第三钻井公司玉门项目部使用的主力型钻机，是上个世纪八九十年代引进的，由于设计落后、技术陈旧、设备老化，每部钻机年均消耗柴油130吨、机油7.5吨，钻井成本居高不下；加之使用年限长，跑、冒、滴、漏现象极为严重，严重污染了环境；同时钻机不能调速，动力匹配不科学，无法满足钻井工艺要求。如果将全部钻机全部更新，仅设备投入就需要资金数百万元。通过一段时间的使用，油改电在节能降耗的同时，还直接减少因油价上涨导致的运行成本增加，实现钻井现场动力设备的零排放，机械噪声也大幅度下降，该技术具有良好的经济效益和社会效益。在玉门油田钻完一口井需要三到四个月的时间，每个月油耗在130吨左右，而用电每个月在30万度左右，相同工况下，网电钻机的能耗成本至少可以节约40%以上。

表1 50202钻井队（已改网电）与50524钻井队（未改网电）电力及柴油消耗对比表

说明：50202钻井队施工的柳109井在7月份、9月份分别进行了2开中完、完井等工序，电力消耗与50524钻井队全月生产钻进无法对比，8月份，两只钻井队均全月钻进，可比性较强。

表2 已改网电与未改网电电力消耗对比表

5 应用效果评价

油改电主要在节约能源、减少排放、改善环境、提高效率、降低成本方面取得明显效果。

5.1 节约能源、降低成本

由于用网电代替了传统柴油机驱动方式，在钻机过程中因油或油转换电造成的能源消耗，提高了能源的利用率。发电机每发一度电需2.12元，而网电一度电只需费用0.699元。改造后生活用电、井上固控设备用电直接由网电供给，这样可以节约大量的能源。按照目前施工对比，“油改电”后，仅仅在能源消耗方面日成本能节省2.5-3万元，月节约能源成本70-90万元。

5.2 减少排放

改造后用网电，降低了柴油机使用的频率，从而减少了二氧化碳、二氧化硫的排放，减少碳烟及氮氧化物排放，降低井场噪音。

5.3 改善环境

电力驱动设备和柴油机驱动设备，在运行时（特别是变负荷作业时）平稳很多，其噪音也至少降低50%。由于改电驱后在作业中噪音和振动减少，大大的改善操作人员的操作环境，提高了工作舒适度，使作业环境更加人性化。

5.4 提高效率

电力驱动和柴油机驱动相比较，在启动、关闭环节上操作有所简化，不易产生误操作，减轻了司机的劳动强度，电驱设备的操作在平稳度和灵敏度均有提高，并且能控制动力输出端的转速，使司机操作更加便捷和准确，有利于提高设备的使用效率，同时也提高了钻井泥浆泵排量控制范围，为预防、处理事故复杂提供了便利条件。