鉆機(jī)電代油技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益探討論文
摘要：傳統(tǒng)陸上石油鉆機(jī)動(dòng)力輸出來自于柴油機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組，隨著柴油價(jià)格的逐年上漲，鉆井公司成本壓力越來越大。通過為鉆機(jī)配備高壓移動(dòng)變電站，同時(shí)對(duì)部分鉆機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，利用電網(wǎng)為鉆機(jī)提供動(dòng)力，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞：鉆機(jī)；電代油；方案
引言
隨著油田工業(yè)電網(wǎng)的進(jìn)一步普及和完善，在中石油集團(tuán)公司節(jié)能減排的政策支持下，近幾年公司進(jìn)一步加大了鉆機(jī)技術(shù)改造工作。改造后的鉆機(jī)利用電網(wǎng)電能替代原來的柴油發(fā)電機(jī)組為鉆機(jī)提供動(dòng)力（以下簡稱“電代油”）。在大慶長垣地區(qū)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，大慶外圍油田、吉林油田進(jìn)行推廣應(yīng)用。
1實(shí)施鉆機(jī)電代油的目的
降低鉆機(jī)能耗及設(shè)備維修、維護(hù)成本，提高鉆機(jī)運(yùn)行效率，進(jìn)一步降低鉆井運(yùn)行成本；降低噪聲、減少環(huán)境污染，提高社會(huì)效益。
2實(shí)施鉆機(jī)電代油的條件
2.1鉆機(jī)的施工作業(yè)環(huán)境適合電代油
大慶油田內(nèi)部鉆井井深多數(shù)在（1000～2000）m，所用鉆機(jī)主要是ZJ15和ZJ30型鉆機(jī)。因?yàn)殂@井施工周期短、平臺(tái)井較多，所以盡量減少鉆機(jī)的搬遷時(shí)間才能真正提高施工效率。電代油項(xiàng)目恰恰能減少鉆機(jī)配備設(shè)備數(shù)量，可減少鉆機(jī)搬遷車次，同時(shí)適合鉆機(jī)的近距離整拖搬遷，提高搬遷效率。
2.2工業(yè)電網(wǎng)覆蓋程度滿足電代油條件
工業(yè)電網(wǎng)覆蓋到一定程度是電代油項(xiàng)目實(shí)施的先決條件。
3鉆機(jī)電代油改造方案
電代油項(xiàng)目是利用工業(yè)電網(wǎng)提供電能替代柴油發(fā)電機(jī)組為電機(jī)提供動(dòng)力，實(shí)施鉆井作業(yè)。以ZJ30鉆機(jī)為例，電代油項(xiàng)目需配置移動(dòng)變電站、高壓保護(hù)柜、高壓電纜分接箱、配電變壓器等。將35kV網(wǎng)電經(jīng)2組刀閘，1組多油斷路器連接到移動(dòng)變電站6300kVA的主變壓器，經(jīng)降壓到6kV后至進(jìn)線開關(guān)柜。出線柜輸出2條6kV電網(wǎng)，組成鉆井專線，每條長度在5km，供網(wǎng)電鉆機(jī)使用，35kV變6kV移動(dòng)變電站見圖1。
3.1電代油改造項(xiàng)目需解決
2方面的問題（1）鉆機(jī)用電與電網(wǎng)的接口技術(shù)。（2）復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力模塊替代，即將原柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆井泵替換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
3.2電代油改造方案
�。�1）ZJ30/1700DB鉆機(jī)電代油。原鉆機(jī)為柴油發(fā)電機(jī)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(qū)動(dòng)絞車電機(jī)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、鉆井泵電機(jī)，提供MCC（MotorControlCenter，電機(jī)控制中心）單元及井場用電。改造后，撤掉柴油發(fā)電機(jī)組，由工業(yè)電網(wǎng)提供電能，降壓后的6kV網(wǎng)電經(jīng)分相搭火連接到高壓保護(hù)柜，經(jīng)高壓保護(hù)柜輸出進(jìn)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(jìn)線銅排，VFD房內(nèi)有絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵和自動(dòng)送鉆4個(gè)變頻控制單元，分別驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電機(jī)，房內(nèi)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(hù)柜用于當(dāng)鉆機(jī)用電出現(xiàn)電氣故障時(shí)切除故障回路，避免移動(dòng)變電站跳閘，影響同線路及其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，并具有用電計(jì)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(diào)節(jié)電纜長度。（2）ZJ30/1700DBF鉆機(jī)電代油。原鉆機(jī)是柴油發(fā)電機(jī)提供電能，通過VFD房變頻控制單元，驅(qū)動(dòng)絞車電機(jī)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)，并提供MCC單元及井場用電，鉆井泵由柴油機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。改造后，撤掉柴油發(fā)電機(jī)組，由工業(yè)電網(wǎng)提供電能，鉆井泵組由原柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)改為高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)。6kV網(wǎng)電經(jīng)分相搭火連接到高壓保護(hù)柜，經(jīng)高壓保護(hù)柜輸出進(jìn)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(jīng)變壓器降壓后輸出600V接入VFD房，給絞車、轉(zhuǎn)盤、MCC供電。另一路直接到井場高壓配電柜給高壓電機(jī)供電，為液力偶合器鉆井泵機(jī)組提供動(dòng)力。電代油方案2見圖3，液力偶合器鉆井泵機(jī)組見圖4。
4鉆機(jī)電代油的生產(chǎn)組織運(yùn)行
為了保證電代油項(xiàng)目順利實(shí)施，大慶油田配備了足夠數(shù)量的移動(dòng)變電站。目前，大慶油田電力集團(tuán)有65臺(tái)移動(dòng)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(tái)配電變壓器（“二次變”）。為了切實(shí)推進(jìn)電代油工作，公司鉆井公司對(duì)圍繞網(wǎng)電利用過程實(shí)施了對(duì)口分工，針對(duì)用電的不同時(shí)期與工作內(nèi)容，分別由鉆井公司生產(chǎn)運(yùn)行科、電訊隊(duì)、鉆井隊(duì)負(fù)責(zé)相應(yīng)的管理工作。
4.1用電前
（1）生產(chǎn)運(yùn)行科接到新井鉆井任務(wù)后，安排電力管理人員根據(jù)井位坐標(biāo)，到現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)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(wǎng)電。如具備搭接網(wǎng)電的條件，生產(chǎn)運(yùn)行科電力管理人員同供電單位人員一起到現(xiàn)場根據(jù)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(wǎng)時(shí)，還要事先和地方電力管理部門做好溝通、交流工作，詳細(xì)了解電網(wǎng)的負(fù)載能力、電壓波動(dòng)情況等。在確認(rèn)滿足搭建條件后，詳細(xì)測算搭建費(fèi)用及用電費(fèi)用等，如果這部分費(fèi)用不超過柴油消耗費(fèi)用，我們堅(jiān)決使用網(wǎng)電。（2）生產(chǎn)運(yùn)行科根據(jù)現(xiàn)場供電情況、線路遠(yuǎn)近及費(fèi)用情況制定施工方案。（3）“一次變”安裝由油田電力集團(tuán)或地方供電公司負(fù)責(zé)施工并控制作業(yè)程序，鉆井公司電訊隊(duì)負(fù)責(zé)“二次變”的安裝、線路的鋪設(shè)，生產(chǎn)運(yùn)行科派人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)督。（4）安裝結(jié)束后，供電方和生產(chǎn)運(yùn)行科、電訊隊(duì)三方聯(lián)合驗(yàn)收，確認(rèn)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后開始供電。
4.2用電中
�。�1）鉆井隊(duì)負(fù)責(zé)變電設(shè)備以及線路的監(jiān)管。（2）鉆井公司電訊隊(duì)負(fù)責(zé)“二次變”及其線路的維修工作。（3）生產(chǎn)運(yùn)行科負(fù)責(zé)定期抄表，統(tǒng)計(jì)用電量。
4.3用電后
（1）電訊隊(duì)負(fù)責(zé)“二次變”及其線路的拆除及轉(zhuǎn)運(yùn)工作。（2）生產(chǎn)運(yùn)行科負(fù)責(zé)與供電部門辦理結(jié)算手續(xù)。
5實(shí)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(jī)在運(yùn)行過程中負(fù)載變化幅度較大，容易產(chǎn)生諧波，使電網(wǎng)電壓、電流波形產(chǎn)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(shè)備過熱、產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，并使絕緣老化、使用壽命降低。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。針對(duì)上述問題，公司在近幾年開始進(jìn)行了諧波治理工作。一是在應(yīng)用網(wǎng)電時(shí)，增加無功補(bǔ)償及諧波治理裝置，來改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。二是針對(duì)驅(qū)泵高壓電機(jī)，在鉆機(jī)電控房內(nèi)增加高壓軟啟柜，來減少電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)，保證高壓電機(jī)的順利啟動(dòng)。
5.2動(dòng)力裝換
公司在大慶油田邊遠(yuǎn)地區(qū)使用網(wǎng)電進(jìn)行施工的鉆機(jī)大部分是ZJ50，ZJ70鉆機(jī)，搭用的多是地方電網(wǎng)。這部分地區(qū)供電條件相對(duì)較差，因此在使用網(wǎng)電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組仍然需要安裝到位。由于部分鉆機(jī)配電系統(tǒng)中沒有設(shè)計(jì)網(wǎng)電與發(fā)電機(jī)組供電之間的轉(zhuǎn)換裝置，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，通過人工拆裝、倒換電源、啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組供電，所涉及的工作量大、耗時(shí)長，易引起井下事故，對(duì)鉆井生產(chǎn)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(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)多種電源的快速、安全切換，另一方面通過技術(shù)改造，為現(xiàn)有的鉆機(jī)配電系統(tǒng)或移動(dòng)變電站加裝電源轉(zhuǎn)換裝置，提高設(shè)備可操作性，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除安全隱患。
6實(shí)施規(guī)模與經(jīng)濟(jì)效益分析
自20世紀(jì)80年代以ZJ15JD鉆機(jī)為代表的機(jī)械電動(dòng)鉆機(jī)在油田應(yīng)用以來，公司在主要產(chǎn)油區(qū)的鉆井施工中開始應(yīng)用網(wǎng)電。隨著交流變頻技術(shù)在石油鉆機(jī)上的大規(guī)模應(yīng)用，“網(wǎng)電”鉆機(jī)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(jià)格不斷上漲，為進(jìn)一步降低鉆井成本，公司進(jìn)一步加大了鉆機(jī)電代油技術(shù)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(jī)中，有90部鉆機(jī)采用了電代油。
6.1經(jīng)濟(jì)效益
�。�1）降低能耗。柴油發(fā)電機(jī)組每輸出1kWh的電能，需要消耗柴油約0.2kg，以柴油平均價(jià)格每噸8700元人民幣計(jì)算，則每發(fā)出1kWh的電能，需要柴油費(fèi)用1.74元人民幣。使用油田工業(yè)電網(wǎng)，每千瓦時(shí)可以節(jié)省1.14元人民幣；使用地方電網(wǎng)，每千瓦時(shí)可以節(jié)省0.96元人民幣。（2）節(jié)省潤滑油費(fèi)用。以ZJ70DB鉆機(jī)配備的CAT3512型柴油發(fā)電機(jī)組為例，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組年均運(yùn)行4000h，參照卡特發(fā)電機(jī)組維修保養(yǎng)規(guī)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(tái)CAT3512柴油機(jī)每年需更換的潤滑油價(jià)值約為20萬元人民幣，這里還沒有考慮平時(shí)需補(bǔ)充加注的潤滑油。使用移動(dòng)變電站，變壓器油的消耗是微乎其微的。（3）節(jié)省修理費(fèi)用。以1臺(tái)CAT3512型發(fā)電機(jī)組為例，每運(yùn)行30000h需進(jìn)行1次大修，每次大修費(fèi)用約100萬元人民幣。ZJ70DB鉆機(jī)配備4臺(tái)CAT3512型發(fā)電機(jī)組，按單機(jī)年運(yùn)轉(zhuǎn)4000h計(jì)算，8年內(nèi)4臺(tái)發(fā)電機(jī)組都要經(jīng)過1次大修，總大修費(fèi)用在400萬元人民幣。而ZJ70DB鉆機(jī)所配套的移動(dòng)變電站等網(wǎng)電設(shè)備總價(jià)值還不到300萬元人民幣，8年內(nèi)的總維修費(fèi)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(jī)工2人。（5）減少鉆機(jī)搬遷費(fèi)用。在油田內(nèi)部使用油田電網(wǎng)的鉆機(jī)不需要配置柴油發(fā)電機(jī)組、柴油罐，可減少鉆機(jī)搬遷車次，減少鉆機(jī)搬遷費(fèi)用。根據(jù)公司近幾年網(wǎng)電鉆機(jī)的實(shí)際應(yīng)用情況，使用網(wǎng)電鉆機(jī)每年節(jié)省資金達(dá)2億元人民幣。
6.2社會(huì)效益
�。�1）降低油料消耗、減少了油料對(duì)環(huán)境的污染、降低了對(duì)大氣污染物的排放。（2）減少了現(xiàn)場作業(yè)噪聲。在大慶油田老區(qū)，許多井位布置在居民區(qū)內(nèi)，使用網(wǎng)電鉆井減少了噪聲對(duì)居民的影響，符合HSE（HealthSafetyEnvironment，健康、安全、環(huán)境）管理體系對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求。
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