出口石油鉆機電氣設備配套現狀及發展建議

王飛，李慶福，張彥偉，范磊，邱立波，冉洋，秦弈涵，康寧

（1.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721000；2.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西 寶雞721000）

0 引 言

近年來，隨著國內裝備制造行業的振興，越來越多的“國”字號裝備走出國門，把中國制造的先進技術、卓越品質帶到了世界的各個角落，石油鉆采裝備產品也不例外。這幾年，全球石油產業復蘇勢頭強勁，越來越多的鉆機被直接出口到國外油服（油）公司或由國內油服公司帶到國外進行鉆井作業。但是由于作業地法律法規、甲方遵循標準與國標的差異及用戶對國產品牌的認知度等因素，往往出口鉆機的電氣設備配套國產率不高，特別是一些關鍵電氣設備經常被要求采用歐美品牌。在當前中美貿易摩擦的大背景下，充分了解出口鉆機電氣設備配套的特殊性，提高鉆機國產電氣設備配套率成為亟待解決的問題。

1 出口鉆機電氣設備配套現狀

1.1 變頻器配套現狀

目前出口的交流變頻鉆機配套的變頻器被ABB和SIEMENS兩個品牌壟斷。盡管國內一些企業在早些年已經研發出石油鉆機專用變頻器，進行了一些工業性試驗，在陸地鉆機和海洋平臺也有了應用，但是即使在國內也很難大面積推廣，更難以實現出口。究其原因，一方面是國產變頻器可靠性有待提高，另一方面是國內用戶對國產變頻器的信心不足，國外客戶對國產變頻器認知不夠。由于變頻器的費用能占到鉆機電控系統費用的大半，因此為了降低成本，國產化勢在必行。

1.2 防爆電氣設備配套現狀

由于鉆井作業場所存在危險氣體，有些區域屬于危險區域，所以位于危險區域內的電氣設備都必須是防爆的。

1.2.1 鉆機配套的防爆電氣設備的分類

根據使用類型，將鉆機配套的防爆設備進行分類，如表1所示。

表1 鉆機防爆電氣設備分類

1.2.2 防爆認證要求現狀

在國內作業的鉆機，對電氣設備的防爆要求僅限于國內防爆機構認證，即設備取得國內防爆機構的認證證書。目前國內有國家防爆電氣產品質量監督檢驗中心、石油和化學工業電氣產品防爆質量監督檢驗中心、機械工業低壓防爆電器產品質量監督檢測中心、國家級儀器儀表防爆安全監督檢驗站等幾家機構具有防爆電氣產品認證資質，石油化工、煤礦等國內涉及防爆產品的相關行業也是認可這幾家機構的防爆證書。鉆機配套的防爆電氣設備的防爆證書也都是出自以上幾家認證機構。

然而，由于我國防爆標準GB 3836系列與國際電工委員會IEC 60079系列、API（美國石油學會）防爆標準的差異性及國外機構或個人對國內防爆標準、認證體系認識不夠，國外某些地區對電氣設備的國內防爆證書不予認可。因此，出口到這些地區的鉆機配套的防爆電氣產品往往被要求要具有IECEx（國際電工委員會防爆電氣產品認證）、ATEX（歐盟防爆電氣產品認證）等國外認證。

針對鉆機電氣設備來說，目前鉆井主電動機國內廠商還沒有IECEx或ATEX認證，輔助小電動機、低壓電氣類的控制柜、輔材類的插接件、格蘭及燈具國內一些廠商有認證，而攝像頭、對講機、有害氣體探測器等一些產品國內廠商還沒有國際認證。沒有上述兩種認證的產品，鉆機需要配套，只能采購國外品牌的產品，這樣會使鉆機整體成本增加很多，交貨期變長。

1.3 輔助小電動機配套現狀

一套7000 m鉆機配套的普通三相異步電動機接近百臺，其中固控泥漿循環系統最多。對于出國或出口鉆機來說，輔助小電動機除了本文1.2.2節要求的國外防爆認證外，還有一個重要的指標就是能效等級。

國際上，歐盟在1999年制定了電動機能效標準（EUCMPE），將電動機的能效分為EFF1（高效能電動機）、EFF2（效能改善電動機）、EFF3（低效能電動機）三級。IEC(國際電工委員會) 在2008年也頒布了電動機能效分級標準IEC 60034-30《Rotating electrical machines-Part30:Efficiency classes of single -speed,three -phase,cage induction motors (IE code)》,將電動機能效等級分為四級：IE1（普通高效），IE2（高效），IE3（超高效），IE4（超超高效）。2002年我國參照歐盟的EFF1（高效能電動機）、EFF2（效能改善電動機）能效等級標準，制定并發布了GB 18613《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》標準，將電動機能效等級由高到低分為1級、2級、3級，此標準現用的是2012年的升級版本。由于各國能效等級標準定義的差異性，在具體執行過程中自然存在差異。

按照GB 18613-2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》要求，自2016年9月1日開始，7.5～375.0 kW的電動機能效等級應該達到2級，2017年9月1日開始，7.5 kW以下的電動機能效等級應該達到2級。近兩年出口或出國鉆機明確要求普通三相異步電動機能效要滿足IE3要求，即國標要求的2級能效。電動機能效國標與IEC標準對比關系如表2所示。

表2 電動機能效國標與IEC標準對比關系

目前國內已經有了比較完善的電動機能效認證體系，取得能效認證的電動機本體會粘貼能效標志，用手機掃描能效標志上還有二維碼，，電動機的相關信息一目了然。圖1是江蘇錫安達防爆股份有限公司生產的一款11 kW電動機的2級能效標志及用手機掃描二維碼后顯示的電動機信息。

圖1 能效標志實物照片

此外，對于輔助小電動機來說，溫度和防護等級也是比較關鍵的參數。常規國內鉆機配套的異步電動機工作環境溫度最高是40 ℃，防護等級是IP55。出口到中東地區的要求是高溫55 ℃，濕度大的地區防護等級還要更高。俄羅斯等寒冷地區的鉆機，低溫要求是-45 ℃，存儲溫度要達到-60 ℃。這些要求對電動機的制造工藝提出了嚴格要求，好多國內產品還不能滿足要求。

1.4 電纜配套現狀

目前在國內作業的鉆機，低壓電氣設備配套的電纜以YCW（重型橡套軟電纜）居多，這種電纜的生產、制造遵循國標JB/T 8735.2-2016《額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣軟線和軟電纜 第2部分：通用橡套軟電纜》，基本能適應國內鉆井現場工況。但是近幾年去中東地區作業的鉆機，客戶不認可這種電纜。他們認為中東地區野外環境惡劣，YCW電纜不能適應這種作業工況。由于中東地區接近海洋氣候，他們更傾向于鉆機電氣設備配套海工電纜，有時會直接要求鉆機配套的電纜滿足IEEE1580（IEEE Recommended Practice for Marine Cable Use on Shipboard and Fixed or Floating Facilities）標準。

IEEE1580作為海工電纜的權威標準，深受各大船級社推崇，對電纜的技術要求很高，對電纜的柔軟性、耐高溫及低溫性能、耐氣候老化性能、耐油及高力學強度性能、無鹵電纜護套性能、試驗方法等方面做了具體要求,并且制造過程遵循的都是國外標準，諸如ABS（美國船級社）、CSA（加拿大標準協會）、AWG（美國線規）、NEMA（美國國家電氣制造商協會）、UL（保險商實驗室）等。而國內生產的電纜即便是專用海工電纜，執行的國外標準也不多，而且電纜的檢驗、試驗手段單一，不能提供更多的權威性測試報告，很難達到用戶要求。鉆機上電纜用量較大，如果配套國外品牌，對鉆機成套方來說，同樣要面臨成本高和交貨期長等問題。

1.5 柴油發電機組配套現狀

為鉆機提供動力的柴油發電機組也是鉆機的關鍵設備。目前出口鉆機配套的柴油發電機組幾乎都是美國卡特比勒（CATERPILLAR）的，由于品牌的知名度，它在全球范圍內能被認可。但是在配套鉆機時得注意鉆機作業地的環境溫度和當地法律對排放的要求。機組有50 ℃和55 ℃、無排放認證和有排放認證之分，根據實際情況，選擇不同型號的機組。據了解，國產的柴油發電機組目前還沒有配套出口或出國鉆機的先例。

1.6 照明燈具配套現狀

國內鉆機的照明供電是220 V/50 Hz，而國外多是120 V/60 Hz，國內外供電電壓和頻率的不同，對照明燈具選型、安裝帶來不便。但國內大多數廠家已經研發出寬電壓、寬頻率系列照明燈具，能同時滿足國內外需求，配套兼容性較好。

2 發展建議

1）電氣產品積極開展國際認證，讓產品首先拿到出國的通行證。防爆產品各個地區及用戶的認知有區別，認證有好多種，要實現通用必須走認證國際化的道路。不僅要取得國內的防爆認證，也要取得IECEx、ATEX、UL等的國外防爆證，不能因為費用高、程序繁瑣而不去做，等到產品要出口時再開始認證則為時已晚。

2）采用國際標準，規范生產、檢驗、試驗等環節。產品要有很好的認知度，企業生產必須走標準化路線，并且積極采納國際標準，從原材料采購到成品產出、試驗各環節執行規范的標準，再加上嚴格監督檢驗體系，以此全面提升產品質量和技術標準。

3）通過技術創新提高產品競爭力。變頻器、發電機組、低壓電器、電動機等，與國外產品相比，不管是新技術應用、制造工藝還是試驗測試手段還有一定的差距。2015年國家發布的《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》和《中國制造2025》發展戰略，為電氣設備制造發展提供了新的契機，各企業應該緊抓機遇，加大技術創新投入，唯有研發出性能可靠、品質優良的產品，才能避免受制于人。

4）主動接近前沿先進技術，促進產品技術升級。專注于鉆機電氣設備配套的企業應該多參加石油、天然氣、海洋等相關展會，了解國外同行的先進技術，借鑒先進的制造、工藝技術，取長補短；對變頻器、柴油發電機組等已有的產品，除了不斷完善功能、提高性能，還要加快工業性試驗及推廣應用力度。