鉆機電代油技術及經(jīng)濟效益探討論文
摘要：傳統(tǒng)陸上石油鉆機動力輸出來自于柴油機、柴油發(fā)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(wǎng)為鉆機提供動力，取得了較好的經(jīng)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(yè)電網(wǎng)的進一步普及和完善，在中石油集團公司節(jié)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(wǎng)電能替代原來的柴油發(fā)電機組為鉆機提供動力（以下簡稱“電代油”）。在大慶長垣地區(qū)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(huán)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(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(shù)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(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(yè)電網(wǎng)提供電能替代柴油發(fā)電機組為電機提供動力，實施鉆井作業(yè)。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(wǎng)電經(jīng)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(jīng)降壓到6kV后至進線開關柜。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(wǎng)的接口技術。（2）復合驅(qū)動鉆機的動力模塊替代，即將原柴油機驅(qū)動鉆井泵替換為電機驅(qū)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(fā)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(qū)動絞車電機、轉(zhuǎn)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(fā)電機組，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柜，經(jīng)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(nèi)有絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵和自動送鉆4個變頻控制單元，分別驅(qū)動相應電機，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。高壓保護柜用于當鉆機用電出現(xiàn)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(diào)節(jié)電纜長度。（2）ZJ30/1700DBF鉆機電代油。原鉆機是柴油發(fā)電機提供電能，通過VFD房變頻控制單元，驅(qū)動絞車電機、轉(zhuǎn)盤電機，并提供MCC單元及井場用電，鉆井泵由柴油機獨立驅(qū)動。改造后，撤掉柴油發(fā)電機組，由工業(yè)電網(wǎng)提供電能，鉆井泵組由原柴油機驅(qū)動改為高壓電機驅(qū)動。6kV網(wǎng)電經(jīng)分相搭火連接到高壓保護柜，經(jīng)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(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(chǎn)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(shù)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(wǎng)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(nèi)容，分別由鉆井公司生產(chǎn)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(chǎn)運行科接到新井鉆井任務后，安排電力管理人員根據(jù)井位坐標，到現(xiàn)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(wǎng)電。如具備搭接網(wǎng)電的條件，生產(chǎn)運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，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(wǎng)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(wǎng)電。（2）生產(chǎn)運行科根據(jù)現(xiàn)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(yè)程序，鉆井公司電訊隊負責“二次變”的安裝、線路的鋪設，生產(chǎn)運行科派人員負責現(xiàn)場監(jiān)督。（4）安裝結(jié)束后，供電方和生產(chǎn)運行科、電訊隊三方聯(lián)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(jiān)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(chǎn)運行科負責定期抄表，統(tǒng)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(zhuǎn)運工作。（2）生產(chǎn)運行科負責與供電部門辦理結(jié)算手續(xù)。
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(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，容易使電氣設備過熱、產(chǎn)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(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備會產(chǎn)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(wǎng)電時，增加無功補償及諧波治理裝置，來改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。二是針對驅(qū)泵高壓電機，在鉆機電控房內(nèi)增加高壓軟啟柜，來減少電網(wǎng)電壓的大幅度波動，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(qū)使用網(wǎng)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(wǎng)。這部分地區(qū)供電條件相對較差，因此在使用網(wǎng)電時，柴油發(fā)電機組仍然需要安裝到位。由于部分鉆機配電系統(tǒng)中沒有設計網(wǎng)電與發(fā)電機組供電之間的轉(zhuǎn)換裝置，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，通過人工拆裝、倒換電源、啟動發(fā)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(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內(nèi)設計電源轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)多種電源的快速、安全切換，另一方面通過技術改造，為現(xiàn)有的鉆機配電系統(tǒng)或移動變電站加裝電源轉(zhuǎn)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(guī)模與經(jīng)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(chǎn)油區(qū)的鉆井施工中開始應用網(wǎng)電。隨著交流變頻技術在石油鉆機上的大規(guī)模應用，“網(wǎng)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(jīng)濟效益
�。�1）降低能耗。柴油發(fā)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(fā)出1kWh的電能，需要柴油費用1.74元人民幣。使用油田工業(yè)電網(wǎng)，每千瓦時可以節(jié)省1.14元人民幣；使用地方電網(wǎng)，每千瓦時可以節(jié)省0.96元人民幣。（2）節(jié)省潤滑油費用。以ZJ70DB鉆機配備的CAT3512型柴油發(fā)電機組為例，每臺發(fā)電機組年均運行4000h，參照卡特發(fā)電機組維修保養(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(jié)省修理費用。以1臺CAT3512型發(fā)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(fā)電機組，按單機年運轉(zhuǎn)4000h計算，8年內(nèi)4臺發(fā)電機組都要經(jīng)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(wǎng)電設備總價值還不到300萬元人民幣，8年內(nèi)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(nèi)部使用油田電網(wǎng)的鉆機不需要配置柴油發(fā)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(jù)公司近幾年網(wǎng)電鉆機的實際應用情況，使用網(wǎng)電鉆機每年節(jié)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(huán)境的污染、降低了對大氣污染物的排放。（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居民的影響，符合HSE（HealthSafetyEnvironment，健康、安全、環(huán)境）管理體系對作業(yè)環(huán)境的要求。
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