電代油設備在石油鉆井中的效能分析

陳茂驍

（中國石油川慶鉆探公司川西鉆探公司，四川遂寧 629001）

0 引言

傳統鉆機主要使用柴油發電機組作為鉆井動力設備，存在耗能高、二氧化碳排放污染較大、噪聲污染嚴重等問題。隨著國家提出的“碳中和”和“碳達峰”雙碳目標，川西鉆探公司積極倡導和發展綠色鉆井，充分利用地方網電富裕容量優勢，大力推廣以電能替代柴油的鉆井電代油項目。對于柴油發電機而言，大功率的鉆井設備通過高效的無功補償裝置，有效提高了鉆機效率，經濟效益顯著，降低了噪聲和空氣污染，且供能穩定可靠。川西鉆探公司引進該項目已多年，通過運行實施積累了大量的運行經驗和數據，本文通過對相關數據和電價影響因素的分析，以提出鉆井隊用電建議和電代油項目盈利條件等[1]。

1 現狀分析

鉆機電代油裝置是將配電網末端變電站預先在工廠內制造裝配，包括變壓器、高壓間隔和低壓間隔、控制設備、內部接線、計量、補償、避雷器等輔助設備配置在一個公用外殼或一組外殼內的一種成套變電站配電設備，其既有普通箱式變的完整功能又符合石油鉆機異地搬遷的可移動和靈活轉運特性，是一種油電改網電的供配電節能產品，是石油、天然氣陸地及海上鉆探生產供電、不斷變換供電場所的理想產品。一般來說，電代油設備應具有以下6 個特點：

（1）可以根據場地的要求和檢修方便，對高、低壓室和變壓器室進行“目”字形或“品”字形布置。

（2）供電方式有終端型、環網型、雙電源供電等多種方式，進出線方式也可采用架空或電纜進線等；運行安全可靠，維護方便，以及可移拖動等。

（3）根據環境的要求可選擇多種顏色和材質的外殼，使箱變與周圍環境和諧統一。

（4）具有成套性強、結構緊湊，占地面積小、選址靈活、對環境適應性強，可以大大減少土地資源的浪費及投資方建設變配電站的經濟支出。

（5）可以根據用戶的要求選擇各種高低壓配置的開關，滿足用戶的需求。

（6）具有安裝簡單、方便、快捷的特點，并可根據使用場所的不同隨時移動或轉運。

目前川西鉆探公司共有電代油設備12 套，其中大容量3200 kV·A 共7 套，3300 kV·A 和2630 kV·A 各1 套，小容量630 kV·A 有3 套。大容量設備主要用于鉆機整體電代油項目實施，項目前期線路投資10～40 萬元，該投資受現行油價、鉆機型號、鉆井設計井深、10 kV 主配電線纜（95 mm2以上）與井場距離、高壓線路容量、距離等因素影響，通過綜合評估其可行性后予以實施[2]。而小容量設備主要用于井場與網電10 kV 配電線纜較近，線徑35 mm2即可實施，投資小、效益較好，主要用于井場罐區、生活用電、照明用電等場合。

2 電價解析

電價主要受季節、用電時間和計價方式3 個因素的影響。

2.1 季節因素

對于川西鉆探公司來說，受到影響的季節因素為，每年6—10 月份為豐水期，1—4 月份和12 月份為枯水期，5 月份和11月份為平水期，豐水期電價下浮25%，枯水期電價上浮50%。對于用電鉆井隊而言，鉆井作業生產應主要安排在豐水或平水季節，枯水季節重點保養維修維護設備或進行設備的搬遷安裝和拆除作業。

2.2 用電時間

用電時間劃分為7：00～11：00 和19：00～23：00 為高峰期，電價上浮33.5%；23：00～次日7：00 為低谷期，電價下浮50%；11：00～19：00 為平谷期，電價維持基準價格。

該電價影響因素適用于全年，為節約用電消耗，及降低井隊能耗成本，結合鉆井隊實際情況，有如下指導建議：

（1）井隊在保證生產和安全等前提下，可選擇性的生產工作應避開兩個高峰期，即7：00～11：00 和19：00～23：00；將可能導致停止鉆進的日常工作盡可能安排在白天，如設備日常維護、保養、維修等工作，并且晚上視野差、不安全因素多。在鉆進期間，每天耗電量2×104～4×104kW·h，每小時平均耗電量為1250 kW·h。如果將1 h 的設備保養安排在白天，則至少節約電費計算（僅與基準電價做比較分析）1250×（0.76-0.38）=475 元。單井周期按300 d 計算，則可節省支出=14.25 萬元。即采用錯峰生產單井可節約電費14.25 萬元。

（2）相對于夜間，日間天電價均較高，而白天宿舍無人，可以關閉宿舍所有用電。以一個井隊30 棟宿舍計算，1 個生產夜班班組白天需要休息，最多占用5 棟宿舍，另再以5 棟為不可控需要打開用電設備計算，即白天可關閉20 棟宿舍用電，防止空調、熱水器、電視等用電設備在無人狀況下打開使用，僅以7：00～18：00 計算。每棟宿舍2 個房間，每個房間包括空調1.5 kW、熱水器1 kW、電視0.2 kW、電腦0.3 kW 等，計算功率值均取實際產品中較小值，最后以每個房間3 kW（即每棟6 kW）計算：節約生活用電費用=綜合電價×單棟房間功率×（4×（1+電價上浮率）+7）×20×用電系數。其中，綜合電價取值1.2元，為綜合考慮各種電價影響因素后所得值（包括外包公司的服務費0.5 元）；用電系數取0.7，即考慮有宿舍無電腦，用電設備實際綜合耗電等因素。通過計算，每天可節約生活用電費用為1244 元。白天每關閉1 棟宿舍用電，可節約電費62.2 元。以鉆井周期300 d 計算，300×1244=37.32 萬元，這樣單井可節約總生活用電費37.32 萬元。

2.3 計價方式

計價方式主要分為一般工業用電（一步制電價）和大工業用電（二步制電價）兩種[3]。

（1）一步制電價基準電價為0.76 元/（kW·h），即用電總費用計算如下：用電總費用=0.76×平谷用電量+0.76×1.335×高峰用電量+0.76×0.5×低谷用電量。

（2）二步制電價為1 kW 裝機容量初始費用26 元/kW，鉆井隊裝機容量為3200 kW，即每月需要交納83 200 元初始費用，后基準電價為0.53 元/（kW·h），即用電總費用=83 200+0.53×平谷用電量+0.53×1.335×高峰用電量+0.53×0.5×低谷用電量。

每種計價方式結合每天高低平3 個階段電價變化幅度，可計算出其全天綜合電價=基準電價×=0.945×基準電價。

綜合電價c=0.945z，其中z 為基準電價。因此，一步制電價綜合電價=0.945×0.76=0.72 元，二步制電價綜合電價=0.945×0.53=0.50 元。

兩種計價方式對電代油單個項目盈利有著不同的影響。對于川西鉆探公司來講，一步制電價每多用一度電，相對于柴油機發電，都可以產生實際經濟效益；實際電代油建設中，地方電網多以二步制電價實施工業用電，如目前每月初始電費為83 200元，由鉆井隊承擔，電代油項目月盈利則需滿足以下條件：

以1×104kW·h 電折算2.6 t 柴油、每噸柴油5000 元計算，則月用電費用=月用電量×2.6×5000，大于83 200+月用電量×0.5×10 000。

通過計算，月用電量大于10.4×104kW·h 時才能盈利，即日耗電量低于3466 kW·h，電代油項目開始虧損。所以井隊主要生產任務結束后，如完井后守井期間，應盡快停止使用電代油設備，使用小功率柴油發電機替代。即，則電代油月盈虧x＞。其中，x 為鉆井單月用電量，y 為二步制電價中每月初始電費；a 為1 萬度電折算柴油系數，一般取2.2～2.8，具體根據本單位電代油考核系數確定；b 為柴油單價，c 為二步制用電綜合電價。

3 單井用電分析

首先對大深001-X4 井整個鉆井周期的單井用電量進行數據分析，得到表1 所示的統計數據。該井設計井深5570 m，共5開，用電時長337 d，總耗電量470×104kW·h，其中單日最大用電量、單日最小用電量、平均用電量分別為1.21×104kW·h、3.96×104kW·h 和1.23×104kW·h。

表1 大深001-X4 用電統計

大深001-X4 單井用電曲線如圖1 所示，可以看出共有7 次用電低谷期，分別為5 次固井和2 次處理井下復雜。通過5 次固井可以將鉆井5 開明顯區分開，從圖中可以看到二開和三開期間，鉆進單日耗電量可達到3.9×104kW·h，前3 開耗電量338×104kW·h，約占總耗電量72%。

圖1 大深001-X4 單井電代油用電曲線

然后對雙魚001-1 井整個鉆井周期的單日用電量進行數據分析，得到表2 所示統計數據。該井設計井深5850 m，共5開，用電時長328 d，總耗電量379×104kW·h，其中單日最大用電量、單日最小用電量、平均用電量分別為3.92×104kW·h、0.16×104kW·h 和1.23×104kW·h。

表2 雙魚001-1 用電統計

雙魚001-1 單井用電曲線如圖2 所示，可以看出共5 次用電低谷期，分別為5 次固井。通過5 次固井可以將鉆井5 開明顯區分開，從圖中可以看到二開和三開期間，鉆進單日耗電量可達到3.9×104kW·h，前3 開耗電量251.55×104kW·h，占總耗電量66%。

圖2 雙魚001-1 單井電代油用電曲線

通過對鉆機類型相同、設計井深相近的兩口井電代油單井用電量分析，由于大深001-X4 井存在2 次處理井下復雜，導致整個鉆井周期耗電量增加，單前3 開在占整個鉆井周期57.6%情況下耗電量仍然達到72%，而雙魚001-1 井前3 開占鉆井周期46.4%時耗電量達到71.6%，所以電代油設備使用在這期間效益最高[4]。

4 結論

（1）通過用電時間對電價影響分析，提出井隊用電指導意見。井隊在保證生產和安全等前提下，可選擇性的生產工作應避開兩個高峰期；將可能導致停止鉆進的日常工作盡可能安排在白天，如設備日常保養，并以1 h 工作合理安排為計算，可至少節約成本475 元；白天宿舍無人，可以關閉宿舍所有用電，白天每合理關閉一棟宿舍用電，每天可節約電費62.2 元。

（2）通過電價計價方式推導出綜合電價c=0.945z，一步制和二步制電價綜合單價分別為0.72 元和0.50元。在二步制電價中，以每噸柴油5000 元計算，當日均耗電量低于3466 kW·h 時電代油項目開始虧損，并推導出電代油單月盈虧。

（3）通過對大深001-X4 井、雙魚001-1 井日用電數值分析，從統計曲線中分析每開鉆井用電情況，電代油設備使用效益最高期為前3 開鉆井期間，單日耗電量大，最大可達到3.9×104kW·h，在占鉆井周期46.4%～57.6%情況下，耗電量達到整井耗電量64.4%～71.2%，因此電代油安裝投產越早經濟效益越好。