石油鉆機(jī)“電代油”的實踐

劉佩學(xué)

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163413）

大慶鉆探工程公司鉆井二公司在大慶油田內(nèi)部鉆井施工的有39支鉆井隊，具有年鉆井1950口、進(jìn)尺240萬m的生產(chǎn)能力。

油田開發(fā)初期，大慶油田使用的主力鉆機(jī)主要是大慶130型、BY40型鉆機(jī)，全部為機(jī)械鉆機(jī)，采用柴油機(jī)并車+機(jī)械傳動裝置來驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤及鉆井泵等動力機(jī)組。

隨著油田初期開發(fā)的完成，工業(yè)電網(wǎng)也不斷普及與完善，鉆井公司開始嘗試采用工業(yè)電網(wǎng)作為能源，用電動機(jī)驅(qū)動工作機(jī)組。典型的鉆機(jī)為ZJ-15JD型鉆機(jī)，其電力系統(tǒng)適用于6kV、50Hz的電網(wǎng)，最大容量為1 000kVA，能對6kV、380V的多臺電動機(jī)進(jìn)行配電、控制和保護(hù)。

一、實施“電代油”的條件

1.鉆機(jī)的施工作業(yè)特點

大慶油田內(nèi)部鉆井市場井深多數(shù)在1000～2 000m之間，動用鉆機(jī)主要是1 500m和3 000m的鉆機(jī)。平均鉆井周期為2.8d，平均建井周期為5.9d。平臺井多，單平臺最多井?dāng)?shù)達(dá)到13口井。因此盡量減少鉆機(jī)的搬遷時間是提高施工效率的關(guān)鍵。而“電代油”項目的實現(xiàn)，可減少鉆機(jī)搬遷車次，同時適合鉆機(jī)的近距離、整拖搬遷，搬遷效率高。最初的ZJ-15JD鉆機(jī)實現(xiàn)了一次整拖機(jī)組的最大重量為82t。

2.大慶油田工業(yè)電網(wǎng)覆蓋情況

工業(yè)電網(wǎng)是“電代油”項目實施的先決條件。大慶油田35kV的工業(yè)電網(wǎng)，在油田各區(qū)塊都有分布，其電網(wǎng)距鉆井施工井場最遠(yuǎn)距離約8km，絕大部分在4km之內(nèi)，便于組建鉆井電網(wǎng)。鉆井線路接入油田35kV高壓電網(wǎng)后，經(jīng)由移動變電站主變降壓輸出兩條6kV供電回路，能夠滿足6～7個1 000kW負(fù)荷的電動化鉆機(jī)使用。

3.移動變電站的配備情況

足夠數(shù)量的移動變電站是“電代油”項目實施的重要條件。大慶油田擁有近65臺移動變電站確保滿足鉆井供電需求。

4.燃油與用電的價格情況

采用柴油機(jī)做動力，其燃油成本約占鉆井成本的20%，目前柴油價格上漲幅度為45.2%，而工業(yè)用電價格上漲幅度僅為4%。推廣“電代油”項目可降低鉆井成本。

二、“電代油”的改造方案

針對公司井深和鉆機(jī)的特點,“電代油”項目需配置移動變電站、高壓保護(hù)柜、高壓電纜分接箱、配電變壓器、VFD控制房(VFD控制房+高壓配電柜)、1 000kW大功率電機(jī)偶合器機(jī)泵組、無功補(bǔ)償裝置等。

將35kV網(wǎng)電經(jīng)刀閘、多油斷路器連接到移動變電站的6 300kVA主變，再降壓至6kV后由進(jìn)線開關(guān)柜、出線柜輸出兩條6kV電源線，每條長5km，供鉆機(jī)使用。

項目需解決2個問題：鉆機(jī)用電與電網(wǎng)的接口技術(shù)；原柴油機(jī)驅(qū)動鉆井泵替換為電動機(jī)驅(qū)動。以ZJ30/1700DB鉆機(jī)“電代油”為例，解決方案如下。

1.方案一

撤掉柴油電機(jī)組，由工業(yè)電網(wǎng)提供電能。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)柜進(jìn)入高壓電纜分接箱，再到配電變壓器，降壓后輸出600V交流電接入VFD房進(jìn)線銅排，VFD房內(nèi)有絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、自動送鉆四個變頻控制單元，分別驅(qū)動相應(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。

2.方案二

撤掉柴油發(fā)電機(jī)組，由工業(yè)電網(wǎng)提供電能。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)柜進(jìn)入高壓電纜分接箱后分成兩路輸出，一路到井場1 600kVA配電變壓器，經(jīng)變壓器降壓后輸出600V交流電接入VFD房，給絞車、轉(zhuǎn)盤、MCC供電。另一路到高壓配電柜驅(qū)動高壓防爆電動機(jī)，為液力偶合器鉆井泵機(jī)組提供動力。

三、實施“電代油”教訓(xùn)及建議

1.存在問題

2009年油改電初期，因資金問題，未應(yīng)用無功補(bǔ)償諧波和高壓電動機(jī)軟啟動技術(shù)。當(dāng)電網(wǎng)所帶變頻鉆機(jī)達(dá)到4部以上時，6kV電網(wǎng)電壓畸變率達(dá)12%以上(國標(biāo)為5%)，大量諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。在實際使用中公司30127隊曾出現(xiàn)過PLC燒壞、變頻器燒毀、繼電保護(hù)誤動作等事故。諧波還會對通信設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

另外帶泵柴油機(jī)改高壓電動機(jī)后，單個鉆機(jī)的用電負(fù)荷增加近2倍，使移動變電站負(fù)荷過大，為此需對大電機(jī)啟動電流進(jìn)行控制，因為高壓電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的影響比較大，尤其是當(dāng)6kV電網(wǎng)中所帶高壓電動機(jī)的數(shù)量較多時，對電網(wǎng)供電質(zhì)量影響較大。

2.改進(jìn)措施

(1)在箱式變電站中同時投入無功補(bǔ)償及諧波治理裝置，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。經(jīng)實際測量6kV網(wǎng)電功率因數(shù)達(dá)到0.9，電壓畸變率小于5%，5次、7次、11次、13次諧波電流，低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)針對高壓電動機(jī)啟動問題，在30DB鉆機(jī)電控房，增加高壓軟啟柜，來減小啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，經(jīng)檢測啟動電流為200A左右。

四、經(jīng)濟(jì)效益

公司在油田內(nèi)部施工的39部鉆機(jī)中，除原有的19部用電網(wǎng)供電外，到目前為止，完成了“電代油”鉆機(jī)12部，取得了良好的效益。

1.經(jīng)濟(jì)效益

(1)節(jié)約能耗。經(jīng)測算一部鉆機(jī)單井電耗3.12萬元，改前單井油耗8.56萬元，可節(jié)約成本5.44萬元。

(2)節(jié)約人工成本。改后減少工人2人。

(3)節(jié)約動力設(shè)備修理費用。柴油機(jī)的修理費用遠(yuǎn)高于電機(jī)修理費用，因此可節(jié)約動力設(shè)備修理費用。

(4)節(jié)約鉆機(jī)搬遷費用。電動化鉆機(jī)設(shè)備少，可減少鉆機(jī)搬遷車次，節(jié)約鉆機(jī)搬遷費用。

2.社會效益

(1)實現(xiàn)了大氣污染物的零排放。

(2)減少作業(yè)現(xiàn)場噪聲，減少了作業(yè)的擾民現(xiàn)象。