頂驅供配電系統改進方案的研究和應用

滕一寧+孫長征+郭星民

摘 要：本文依據切身在機動科，跑井現場中發現的早先電控系統LDB、DB鉆機上頂驅配套單獨發電機，導致的柴油消耗過多問題展開優化改造設計，分析了原有控制方案存在的問題，改造的可行性、具體措施方案及實施效果。最終實現了由MCC發電機并車系統帶動頂驅，有效節約了燃油成本及材料維護成本，實現了經濟效益穩步提升。

關鍵詞：頂驅；發電機；控制方案；成本；效果

一、背景

近年來，隨著油田超深井、探井、非常規井及同臺井的日益增多，對鉆井設備轉型升級提出了較高的要求。頂驅以其獨特的優勢順應了鉆井發展需要，在預防、處理井下復雜情況以及提高鉆井效率方面發揮了主要性能，非常符合設備發展需要。井隊對頂驅的需求量日益增多，但大部分井隊早期的如LDB、D、DB鉆機（此類鉆機在每個鉆井公司已經占到井隊總數的一半之多）MCC房都沒有頂驅預留設計，所以在原有鉆機系統中添加配置頂驅時傳統的方案是為頂驅專門配置一臺發電機。此種方案雖然提高了鉆井效率、有效避免了井下復雜情況的發生，但在柴油成本節約方面有著不利因素，屬于一種高投人、高消耗、高成本的粗放設備利用方式；尤其在當今油田大力提倡節能、減排、降本、增效的形式下，亟待研究一種新的方案，將可控成本降到最低。本著降本、增效這一宗旨，我從完善設備增效點的系統角度出發，通過抓關鍵環節對設備進行了升級改造。并在實施過程中進一步制定完善各項制度，實現了經濟效益穩步提升。

二、原有控制方案存在的問題

渤海鉆井一公司現有40LDB鉆機4部、40DB鉆機1部、50LDB鉆機2部，此7部鉆機都能滿足配置頂驅要求，但通過跑現場發現MCC房都沒有預留頂驅接口，頂驅專門配置1臺發電機。

由于LDB鉆機上設備采用的是400V電壓標準，而頂驅電控房進線電源不同于轉盤采用的是600V電壓標準。所以最初階段采用一個600V、1250KW的卡特發電機專門帶動，而頂驅最大消耗功率不到300KW，所以，此種方案存在最大的一個弊端就是發電機利用率太小，余功浪費，柴油消耗存在較大浪費，燃油成本始終在鉆井生產成本總量中占較大比例。

第二階段進行了改進，以50695隊LDB鉆機為例，后續配套了50天意頂驅，配套模式為：3臺480KW的發電機帶動原電控系統，頂驅配套專門一臺發電機單獨控制。頂驅專用發電機采用比頂驅額定功率稍大的400V發電機，后端配合相當容量的400V/600V升壓變壓器進行控制，相比第一階段控制方式有了較大改進，在柴油成本節約方面也邁了一大步，但在柴油節約方面仍有潛力可挖。

上述兩階段啟用專門的頂驅發電機控制存在以下三個方面的問題：①從鉆井工序全過程看，不利于成本節約。非鉆進時間：例如起下鉆、下套管、循環、卸鉆具階段頂驅主電機不用，最多只有一個5.5KW的液壓泵啟動液壓系統完成頂驅液壓操作。而發電機卻必須一直啟用，利用率極低，大大浪費了柴油成本。②從鉆井時效看，不利于鉆井周期的節約。由于沒有倒換的發電機，只有等起下鉆時間停下發電機進行換濾子、機油等維護保養工作，且一旦發電機故障也必須停止頂驅使用，不利于生產工序的銜接。③從設備使用角度看，由于發電機沒有倒換的余地，不利于延長設備使用設備壽命，所以設備消耗成本較高。

三、實施項目改進的可行性及具體措施方案

（一）實施改造的可行性

電力系統中，各種變壓器已十分成熟，根據頂驅設備負荷需要，選取合適容量的干式變壓器，并利用變壓器的變壓功能滿足頂驅電壓等級需要，付諸現場直接使用。

另外，原有VFD、MCC、SCR電控系統雖然無頂驅預留窗口，沒有考慮頂驅設計需要，但大部分電控系統有備用空間，為在內部進行加裝頂驅控制斷路器、母排及輸出窗口奠定了可靠基礎。

（二）改造的具體措施方案

根據頂驅功率，設計使用斷路器1250A。在電控房內的開關柜內，轉盤斷路器的位置右側，安裝一臺施耐德NS1250N，1250A的斷路器。同時，柜門安裝上合閘指示燈。而且，此處離發電機并網400V母排距離較近，方便施工.

電路連接方面：從并網主銅排到1250A斷路器，使用TMY50*8的鍍錫銅排連接；從斷路器出線位置到出線墻連接，使用YCW 1*240的單線連接。

綜上所述：將頂驅專用400KW發電機撤掉，對MCC房進行設計改造，在房內選取合適的空間增設頂驅1250A供電斷路器及銅排端子，裝設啟停指示燈，加裝3×240mm2的電纜，連接至MCC房出線室，在出線室加設頂驅母排。控制方式改為400V發電機組——發電機并車母排——斷路器——房外接線端子——400V/600V升壓變壓器——頂驅電控房——頂驅。

四、實施情況

（一）強化設備使用制度

根據鉆井作業期間的負載情況、合理選擇發電機投入數量。當實際負載低于發電機額定功率65%時，嚴禁啟用第2臺發電機，達到65%時，必須使用并車。對設備使用實行一定的考核獎懲機制，對于責任心強、嚴格執行設備使用制度的崗位人員實行柴油節約考核獎勵機制。反之，對于忽視負載情況，隨意選擇并車使用，抱著“公家”柴油與自己無關思想的也在獎金考核上進行處罰。

（二）實施情況

首先在50LDB鉆機50695鉆井隊進行了試點，由于效果十分明顯，接著在40DB鉆機40217隊及另一LDB鉆機50775隊完成改造，撤掉頂驅專用發電機后，在機房配置有3臺同等型號480KW發電機。通過密切跟蹤使用效果，重點對影響成本的主要因素：油料、材料、設備維修等重點成本項目進行跟蹤調查分析，找出成本節約點。在鉆至井深1300米之前，一臺發電機無需并車已完全能夠滿足鉆井所需。另外整口井非鉆進期間都無需并第二臺發電機使用。并車使用期間實現了負荷平均分配，發電機并車裝置能夠根絕負載自動調節輸出，增高功率因素。改造后取得了顯著的效果，首先大大節約了柴油消耗；其次3臺發電機輪流倒換使用，維護保養及時，延長了設備使用壽命；再者提高了設備使用安全系數；另外再沒有因頂驅專用發電機故障而導致停工、耽誤時效的狀況發生。

五、實施效果

（一）社會效益

隨著設備的發展升級，各大鉆井公司對頂驅的配置量日益增多，但如果采用傳統的頂驅專用發電機配置模式，不思改進，將有違油田現在推行的降本、增效經營管理宗旨。

對配置頂驅井隊MCC并機系統進行優化設計，增設頂驅接口，節省一臺發電機管理模式的建立與實施，使經營成本管理的基礎更加夯實，成本管理的行為更加規范，成本管理的工作更加細化，整體管理水平得到全面提高，表現出良好的社會效益，深得各井隊的歡迎，有著較強的實際意義。

（二）經濟效益分析

1、投入費用

一次性改造所需增加各種勞務費用、材料費用及其它費用3.5萬元。

2、節約成本

改造后，密切跟蹤改造效果，起下鉆、下套管和循環期間使用單臺發電機完全滿足要求，每24小時相比原來用2個發電機實際節約柴油1噸，前三個月累計施工18口井，起下鉆、下套管和循環期間共計1900小時，節約柴油1900÷24×1=79噸，柴油價格平均0.76萬元，18口井節約柴油成本0.76×79=60萬元；另外減少原有發電機維護保養誤工時間統計30小時/三個月，按照平均日費6萬元，周期節約共計30÷24×6=7.5萬元；發電機維護、保養及故障維修配件等節約2萬元。前三個月共計節約60+7.5+2=69.5萬元。

3、凈效益

通過優化原有設備配置模式，配合一系列措施的完善及強化管理，改造后3個隊前三個月發電機柴油消耗成本同比共計降低了69.5萬元，減去改造成本3.5萬元，共計節約資金66萬元。

六、結論

基于進一步拓展挖潛空間，優化設備配置模式，用盡可能少的油耗、材料消耗及設備消耗推動鉆井正常生產，提出了該項目，并付諸了實施。

勝利油田5大鉆井公司，設備型式基本一致，推廣開來，跟蹤使用情況，改造后，相比原有配置模式，在起下鉆期間，每天平均節約柴油40%，帶來了可觀的經濟效益和社會效益。

對配置頂驅井隊進行MCC房升級改造，它所帶來的柴油成本結余、設備安全管理水平提升作用已日趨明顯。該項目改造實際、在各大油田公司具有良好的可復制性、可推廣性，有極大的推廣應用價值，能夠極大的提高井隊降本增效管理水平，為油田乃至中石化鉆井作業帶來巨大的節能效益。