電代油技術(shù)在電動鉆機上的應(yīng)用

師遠(yuǎn)征，馬 勇，王普平

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

1 電代油技術(shù)簡述

柴油消耗是鉆井生產(chǎn)成本中的一項重要支出，隨著原油及成品油價格的上漲，最大限度地降低柴油發(fā)電消耗用量，充分利用油田電力資源優(yōu)勢，降低鉆井成本就顯得尤為重要。當(dāng)鉆機在電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)作業(yè)時，采用電代油技術(shù)即由電網(wǎng)代替柴油發(fā)電機組供電是實現(xiàn)以上理想的最有效的方法。

電代油技術(shù)主要由智能電站控制模塊和電網(wǎng)治理控制模塊構(gòu)成。

智能電站控制模塊：用于將電網(wǎng)電壓，例如10kV高壓電網(wǎng)，變換為適合鉆機系統(tǒng)用的600V電壓，為SCR系統(tǒng)提供電力；兼有各種系統(tǒng)保護功能，以確保電控系統(tǒng)故障情況下能快速準(zhǔn)確地與電網(wǎng)隔離，以保證電網(wǎng)的安全。

電網(wǎng)治理控制模塊：用于提高功率因數(shù)、消除SCR或VFD電控系統(tǒng)產(chǎn)生的5、7、11次高諧波對用電設(shè)備的損害，保證用電點符合電網(wǎng)要求。

1.1 電站容量確定

電動鉆機配置的電站容量對ZJ50D一般為3×1500kVA，對ZJ70D為4×1500kVA，額定電壓均為600V，功率因數(shù)均為0.7。一般情況下兩到三臺發(fā)電機并列運行。改造前兩型鉆機簡單供電如圖1所示。

采用電代油技術(shù)后所配置的電站容量如表1所示。

表1 采用電代油技術(shù)后所配置的電站容量

1.2 無功補償和諧波治理

眾所周知，直流鉆機對電站要求很高，在運行時功率因數(shù)低（無功大），諧波高。改為電網(wǎng)供電后，很大的無功將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低，高次諧波將影響電網(wǎng)上其他用戶的正常用電，為保證電網(wǎng)的安全運行，根據(jù)電動鉆機負(fù)載特點，需對電站進行集中無功補償和諧波治理。

由于鉆機負(fù)荷變化頻繁，而且往往是劇增或劇減，因此必須要求治理裝置響應(yīng)速度快。常規(guī)的無功補償裝置是通過投切一定容量的電容器組來實現(xiàn)，但該方式不但存在有過補償或欠補償現(xiàn)象，致使補償裝置在短時間內(nèi)頻繁動作，而且響應(yīng)速度慢，跟不上負(fù)荷的快速變化，容易引起電網(wǎng)振蕩。

應(yīng)用TSF技術(shù)的無功快速平滑補償兼濾波裝置，通過控制晶閘管導(dǎo)通角控制電感電流來調(diào)整無功，提高功率因數(shù)，消除SCR所產(chǎn)生的5、7、11等高次諧波，基本上可以達(dá)到鉆機的正常運行和電網(wǎng)要求。

1.3 改造注意事項

為保證鉆機既能用于電網(wǎng)，又能用于自備電站，并且保持電控系統(tǒng)原貌，因此供電接口最好使用原來的600V接口，但一定要對斷路器的控制進行適當(dāng)?shù)母脑?，同時要校核發(fā)電柜斷路器的短路能力。

2 現(xiàn)場工業(yè)試驗

2.1 改造概述

2012年對某鉆井隊進行了電代油改造，ZJ50D鉆機改造后的電控系統(tǒng)單線接線圖如圖2所示，電代油工業(yè)性試驗的鉆井現(xiàn)場如圖3所示。

2.2 試驗測試數(shù)據(jù)及結(jié)果

2012年7月26日，對項目供電情況進行了測試，以檢驗電網(wǎng)、供電設(shè)備的可靠性及測試檢驗各項供電參數(shù)。

圖2 改造后電驅(qū)動鉆機電控系統(tǒng)接線圖

圖3 電代油工業(yè)性試驗的鉆井現(xiàn)場

2.2.1 電能質(zhì)量檢測

（1）測試工況

HUKJ5井、三開；用電基本情況：泥漿泵、轉(zhuǎn)盤、絞車、井場循環(huán)系統(tǒng)、生活全部供電；最大功率約為2500kVA。

（2）測試方法及說明

如表2所示，測試依據(jù)3197電能質(zhì)量分析儀的操作規(guī)程。輸入測點選在進線柜的二次計量信號端，輸出測點選在低壓開關(guān)柜輸出端。電能質(zhì)量評價依據(jù)GB／T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。

表2 測試用儀器

表3 數(shù)據(jù)及結(jié)論

圖4 電壓趨勢

圖5 電流趨勢

圖6 諧波電壓總畸變率趨勢

圖7 功率因數(shù)

（3）數(shù)據(jù)及結(jié)論

如表3所示為數(shù)據(jù)及結(jié)論。從測試結(jié)果可以看出：裝置輸入端電壓諧波畸變率為4.2%，輸出端為4.6%，符合GB／T 14549-1993的要求。

2.2.2 諧波檢測數(shù)據(jù)

測試設(shè)備：HIOKI 3169電能質(zhì)量測試儀；測試時間：2012年8月1日 18：12至8月2日 19：12，歷時25小時；工況：鉆進、起鉆、下鉆。

（1）電壓趨勢，如圖4所示。（2）電流趨勢，如圖5所示。

（3）諧波電壓總畸變率趨勢，如圖6所示。（4）功率因數(shù)，如圖7所示。

2.2.3 測試結(jié)果

通過實測，鉆機運行可靠、正常；電網(wǎng)的電壓、功率因數(shù)、諧波等各項供電參數(shù)合格。

3 可行性分析

通過在某鉆井隊HUKJ5井場為期兩個半月的試驗應(yīng)用，電代油技術(shù)完全可以滿足鉆井現(xiàn)場的應(yīng)用，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）可以確保系統(tǒng)600V電壓穩(wěn)定在±5%以內(nèi)；

（2）可以確保電壓總畸變率達(dá)到GB／T14549-93要求；

（3）能夠?qū)⒐β室驍?shù)由原來的0.3～0.7提高至0.90以上；

（4）顯著降低了維修和運行的成本，并且節(jié)能環(huán)保，同樣工況下比使用傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機組供電，單個鉆機臺月可產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益20萬元以上。

4 結(jié)論

綜上所述，電代油改造符合鉆井現(xiàn)場的實際應(yīng)用的需求，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益是非常可觀的。因此，在擁有較大電網(wǎng)余量的地區(qū)進行電代油改造具有很好的推廣實用價值。