石油钻机“电代油”的实践

刘佩学

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江 大庆 163413）

大庆钻探工程公司钻井二公司在大庆油田内部钻井施工的有39支钻井队，具有年钻井1950口、进尺240万m的生产能力。

油田开发初期，大庆油田使用的主力钻机主要是大庆130型、BY40型钻机，全部为机械钻机，采用柴油机并车+机械传动装置来驱动绞车、转盘及钻井泵等动力机组。

随着油田初期开发的完成，工业电网也不断普及与完善，钻井公司开始尝试采用工业电网作为能源，用电动机驱动工作机组。典型的钻机为ZJ-15JD型钻机，其电力系统适用于6kV、50Hz的电网，最大容量为1 000kVA，能对6kV、380V的多台电动机进行配电、控制和保护。

一、实施“电代油”的条件

1.钻机的施工作业特点

大庆油田内部钻井市场井深多数在1000～2 000m之间，动用钻机主要是1 500m和3 000m的钻机。平均钻井周期为2.8d，平均建井周期为5.9d。平台井多，单平台最多井数达到13口井。因此尽量减少钻机的搬迁时间是提高施工效率的关键。而“电代油”项目的实现，可减少钻机搬迁车次，同时适合钻机的近距离、整拖搬迁，搬迁效率高。最初的ZJ-15JD钻机实现了一次整拖机组的最大重量为82t。

2.大庆油田工业电网覆盖情况

工业电网是“电代油”项目实施的先决条件。大庆油田35kV的工业电网，在油田各区块都有分布，其电网距钻井施工井场最远距离约8km，绝大部分在4km之内，便于组建钻井电网。钻井线路接入油田35kV高压电网后，经由移动变电站主变降压输出两条6kV供电回路，能够满足6～7个1 000kW负荷的电动化钻机使用。

3.移动变电站的配备情况

足够数量的移动变电站是“电代油”项目实施的重要条件。大庆油田拥有近65台移动变电站确保满足钻井供电需求。

4.燃油与用电的价格情况

采用柴油机做动力，其燃油成本约占钻井成本的20%，目前柴油价格上涨幅度为45.2%，而工业用电价格上涨幅度仅为4%。推广“电代油”项目可降低钻井成本。

二、“电代油”的改造方案

针对公司井深和钻机的特点,“电代油”项目需配置移动变电站、高压保护柜、高压电缆分接箱、配电变压器、VFD控制房(VFD控制房+高压配电柜)、1 000kW大功率电机偶合器机泵组、无功补偿装置等。

将35kV网电经刀闸、多油断路器连接到移动变电站的6 300kVA主变，再降压至6kV后由进线开关柜、出线柜输出两条6kV电源线，每条长5km，供钻机使用。

项目需解决2个问题：钻机用电与电网的接口技术；原柴油机驱动钻井泵替换为电动机驱动。以ZJ30/1700DB钻机“电代油”为例，解决方案如下。

1.方案一

撤掉柴油电机组，由工业电网提供电能。6kV网电经分相搭火连接到高压保护柜，经高压保护柜进入高压电缆分接箱，再到配电变压器，降压后输出600V交流电接入VFD房进线铜排，VFD房内有绞车、转盘、钻井泵、自动送钻四个变频控制单元，分别驱动相应电机，房内500kVA干式变压器提供MCC单元和井场使用400V电源。

2.方案二

撤掉柴油发电机组，由工业电网提供电能。6kV网电经分相搭火连接到高压保护柜，经高压保护柜进入高压电缆分接箱后分成两路输出，一路到井场1 600kVA配电变压器，经变压器降压后输出600V交流电接入VFD房，给绞车、转盘、MCC供电。另一路到高压配电柜驱动高压防爆电动机，为液力偶合器钻井泵机组提供动力。

三、实施“电代油”教训及建议

1.存在问题

2009年油改电初期，因资金问题，未应用无功补偿谐波和高压电动机软启动技术。当电网所带变频钻机达到4部以上时，6kV电网电压畸变率达12%以上(国标为5%)，大量谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。在实际使用中公司30127队曾出现过PLC烧坏、变频器烧毁、继电保护误动作等事故。谐波还会对通信设备和电子设备产生严重干扰。

另外带泵柴油机改高压电动机后，单个钻机的用电负荷增加近2倍，使移动变电站负荷过大，为此需对大电机启动电流进行控制，因为高压电机启动时对电网的影响比较大，尤其是当6kV电网中所带高压电动机的数量较多时，对电网供电质量影响较大。

2.改进措施

(1)在箱式变电站中同时投入无功补偿及谐波治理装置，改善电网供电质量。经实际测量6kV网电功率因数达到0.9，电压畸变率小于5%，5次、7次、11次、13次谐波电流，低于国家标准。

(2)针对高压电动机启动问题，在30DB钻机电控房，增加高压软启柜，来减小启动电流对电网的冲击，经检测启动电流为200A左右。

四、经济效益

公司在油田内部施工的39部钻机中，除原有的19部用电网供电外，到目前为止，完成了“电代油”钻机12部，取得了良好的效益。

1.经济效益

(1)节约能耗。经测算一部钻机单井电耗3.12万元，改前单井油耗8.56万元，可节约成本5.44万元。

(2)节约人工成本。改后减少工人2人。

(3)节约动力设备修理费用。柴油机的修理费用远高于电机修理费用，因此可节约动力设备修理费用。

(4)节约钻机搬迁费用。电动化钻机设备少，可减少钻机搬迁车次，节约钻机搬迁费用。

2.社会效益

(1)实现了大气污染物的零排放。

(2)减少作业现场噪声，减少了作业的扰民现象。