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1、第 卷第 期年 月甘肃科技 钻机“电代油”技术应用分析冯荣星，聂经广，郭治洪，芮辉，吴春明，邢晓范，谷海军，范家强（渤海钻探第二钻井公司，河北 廊坊 ）摘要：根据 钻机特点，研究确定了网电驱动技术在 钻机的应用方案，实现了钻机“电代油”。通过苏 井统计分析，应用钻机“电代油”，不仅显著降低钻井燃油消耗，降低柴油机运行维护费用，延长柴油机使用寿命，降低钻井综合成本，同时也减少了环境污染，减轻了工人劳动强度，降低了井场噪音，取得了良好的经济效益和社会效益。关键词：钻机；电代油；网电；应用中图分类号：柴油发电机是石油钻机的动力源，也是高耗能设备，柴油费用约占钻井成本的 ，减少柴油消耗，可以降低钻井成
2、本，提高钻井效益，同时减少环境污染。采用清洁相对廉价的网电替代柴油发电机，可以从根本上实现节能、清洁、高效的钻井生产，实现绿色钻井 。钻机概况 钻机采 用 台 柴 油 发 电 机组作为主动力，发出的 交流电经变频控制单元（）分 别 驱 动 带 绞 车、转 盘、泥 浆 泵 的 高速大扭矩交流变频电动机，通过传动装置最终驱动相应的工作设备。钻机主要耗能设备见表 。表 主要耗能设备单机功率 数量设备（） （台）图 钻机驱动形式满足国家对公用电网的标准要求。由于实施“电代油”钻机为交流变频驱动，接入电网为 主电线路，有冗余容量，因此，确定采用全网电替代方式。网电接入苏 井场共有 口 储气库井，计划施工
3、柴油机绞车转盘泥浆泵辅助发电机周期约 年，因此，在距井场 处的油田 主电线路上，采用搭火架设专线方式，将 主电引至井场附近，并建 临变，将 电压变为 ，再经井场 网 电 控 制 设 备 二 次 变 压 为 ，输 入 钻 机母排。通过 钻机发电机组输出功率统钻机驱动形式示意如图 所示。“电代油”技术方案确定钻机“电代 油 ”就 是 用 网 电 替 代 柴 油 机 （发 电机）作为钻井动力的动力供给方式。“电代油”方案的确定，取决于电网供电能力及钻机原有驱动方式，前者分全网电替代和部分网电替代，后者分用高压电动机代替柴油机和用网电代替柴油机发电机组。替代时，钻机原有的传动性能不能降低，电力、机械接
4、口不能改变，并对电网进行谐波抑制和无功补偿，计，其 正 常 工 作 时 约 为 ，最 高 也 不 超 过，考虑 网 电 同 时 满 足 苏 储 气 库 井 场 两 部 钻 机 全 网 电 驱 动，将 供 电 容 量 确 定 为。整个线路架设及临变设备投入约 万元。井场网电控制设备井场网电控制设备 是 实 施 钻 机 “电 代 油”的 核心。根据钻机驱动形式，采用变压加无功补偿和谐波抑制装置，建立了高、低压变压控制系统，由两座电控房组成。高压房主要包括高压中置柜、变压器、 第 期冯荣星等：钻机“电代油”技术应用分析低压柜、高压交流控制单元等，作用是将 电源经中置柜 干式变压器变换成进线电源、并提
5、供保护，经变压器变换后的电源作为 系统的网电电源，变压器副边通过断路器保护，在低压开关柜形成 电网，实现系统 供电、控制、保 护 及 足 够 容 量 的辅助配电功能。低压房（无功补偿及谐波抑制装置）主要包括进线柜、电容柜、控制 柜、阀 组柜、电抗器等。钻机采用交流变频 驱 动，负载产生的谐波对电网有一定干扰，根据钻井实际图 井场网电控制原理示意工况，采用了 技 术 成 熟 的 无 源 滤 波 器 （简 称 ）和电抗器（简称 ）组成（简称 ）无功补偿滤波装置，容量为 其中 能够可靠吸收系统 内 特 征 次 谐 波，同 时 补 偿 系 统 感 性 无 功，则根据系统工况进行快速调节，并能分相补偿，
6、保证系统功率 平 衡。无 功 补 偿 及 谐 波 抑 制 装 置 可 随 负荷、功率因数、谐波的变化自动跟踪、自动调整，使系统在各种工况下电功率因数不低于 ，电压总畸变率小于 。井场网电控制原理示意如图 所示。图 网电及控制设备连接示意现场应用年 月网电正式投入苏 储气库井使用，网电及控制设备连接示意如图 所示。考虑电网检修停电，在 两个进线端口前增加切换柜，分别接入高压房网电和发电机输出电缆，在网电停电时，启动发电机，切换至发电机供电，保证生产、生活正常用电。统计了苏 井使用 发电机组的费用，其中柴油发电机组运行维护费用为 万元 、柴油消耗为 ，柴油单价为元 。苏 井设计施工与 基本相同，将
7、两口井一开至三开 个月的柴油消耗和网电使用对比计算。苏 井 网 电 量 与 苏 柴 油 消 耗 对比见表 。表 苏 井网电量与苏 柴油消耗对比使用网电柴油消耗用电量（万度）单位电费（元 ）柴油消耗（柴油单价（元 ）基本电费万元 月个月合计（万元）柴油运费（元 ）网电设备（万元 ）折旧 （万元）个月合计费用合计（万元）效益计算柴油机维（万元 ）护费（万元）个月合计费用合计（万元）节约金额（万元）节约率（）统计时，将 临 变 设 备 及 线 路 敷 设 费用按 元 电摊入单位电费，用电量及柴油消耗均按实际日期计算。苏 井一开至三开完钻 个月间柴油费用及柴油发电机运行维护费为 万元，而同期苏 井的网
8、电综合费用仅为 万元，两者相减，苏井使用网电后费用减少 万元，节约率为，其 中，柴 油 消 耗 减 少 万 元 （折 合、柴油机运行维护费用减少 万元，因此，使用网电后的经济效益非常可观。由于网电控制设备采用了无功补偿及谐波抑制，负载的功率因数达到以上、电压总畸变率小于 。 （下转第 页）。月月 度）月月度）（上接第 页）柴油发电机组在提供钻井动力的同时，也对环境造成污染：一是柴油机废气排放对大气的污染；二是机组产生 的 噪 音 污 染；三 是 机 组 废 油、废 水 对 土结语钻机在电网容量富余情况下，采用全网壤、地表造成的污染电替代方式实施 “电代油”，可 大 大 降 低 柴 油 消 耗，
9、公 司 的 依 据，计 算 苏 井 减 少 柴 油 消 耗的减排量见表 。表 苏 井减排量降低钻井成本，减少环境污染，实现了节能、清洁、高效的钻井生产，最终取得良好的经济效益和社会效益。减排种类数量（参考文献： 注：节 约 柴 油 减 排 “二 氧 化 碳 ”减 排“碳 ”减 排 “氮 氧 化 物 ”“二 氧 化硫”。在减少 污 染 排 放 的 同 时，井 场 噪 音 也 由 最 大（）降低到 （），实现了清洁、安静生产。税理中 江苏油 田 钻 机 网 电 拖 动 技 术 改 造 石 油矿场机械，（）：?董云飞，戴树涛，马士平 型钻机全网电拖动技术改造方案石油矿场机械，（）：?苏石川，元 广 杰，杨 宗 明 现 代 柴 油 发 电 机 组 的 应 用与管理北京：化学工业出版社，。根据中国石油天然气集团）， ，