推行“油改電”項目節能增效的探討

張希軍（大慶鉆探工程公司鉆井一公司）

隨著大慶油田深層天然氣勘探、開發工作的不斷深入，電動化深井鉆機的應用不斷增加。此類鉆機設計上以柴油為動力，油料消耗一直居高不下，在成品油價格不斷上漲的情況下，能源消耗占鉆井總成本的比重也越來越大。2005年大慶鉆探工程公司開始進行深井鉆機“油改電”先導試驗，通過現場調研和理論分析及現場實踐，從電力系統入手，通過特別設計的移動變電裝置，將10kV 電壓轉換為600V 電壓來滿足鉆井設備的生產需要，也就是說，把鉆機從原來消耗成品油驅動鉆井設備改成利用工業電網消耗電能驅動鉆井設備。該項技術在減少能源消耗的同時，也減少了設備的維護保養費用和噪聲損害，實現了綠色鉆井并延長了設備使用壽命，在國內同行業中處于領先地位，具有巨大的節能環保潛力和優勢，以及具有較好的經濟效益和社會效益。

1 “油改電”節能措施方案及選用原則

為減少資金投入，保證原電動化深井鉆機的安全性、完整性，無需太大改動原鉆機整體布局。整體節能措施方案是在電動化深井鉆機S CR 房設置網電接口，并在其旁邊加裝移動變電裝置，這樣電動化鉆機可以擁有雙電源模式，在網電停電時也可以繼續運行，防止事故的發生，保證鉆井施工的安全性、節能性和實用性。

1.1 電動化深井鉆機SCR房改造

在S CR 房內設置網電接口，使電動化深井鉆機具有雙電源模式。為確保鉆機安全運行，需要在S CR 房加裝雙電源互鎖控制柜，工業電網并網與發電機組并網采用互鎖裝置，電網突然停電時，可通過轉換開關直接切換到發電機組，既快速高效又可防止誤操作；同時，冬季柴油機跑溫時也不會影響工業電網對鉆井設備的正常供電。

1.2 配備移動變電裝置

對電動化深井鉆機使用柴油發電機組供電的鉆井隊進行跟蹤測試，鉆機隨井深不同功率消耗變化而采集的數據證明，一開表層鉆進時，功率消耗較小，可用1臺發電機；而二開在進行大井徑技套鉆進時，功率消耗最大，啟動1臺發電機不能滿足鉆機功率的需要，啟動2臺以上發電機組又有大量的剩余功率，造成能源上的浪費和損失。這期間是負荷高峰期，通過測試柴油發電機的電流，同時也考慮到井下情況復雜，負荷還有可能增加，最終確定最合理的方案為：50D 鉆機變壓器容量為3150kV A（配備專用動態無功補償和濾波裝置的鉆機，可選擇2500kV A）1臺，70D 鉆機變壓器容量為4000kV A（配備專用動態無功補償和濾波裝置的鉆機，可選擇3150kV A）1臺，高壓側電壓10kV，低壓側電壓0.6kV，同時有載自動調壓變壓器作為工業電網驅動電動鉆機電源主變。

移動變電裝置采用“目”字型設計。房體外殼為全鋼結構焊接而成，墻板及房頂采用3mm瓦楞板材，房體底座雙層船型底，底座兩頭加長200mm，便于整體吊裝、拖拉及運輸。

主變壓器放在中間，兩側分別是高、低壓控制系統室，高壓控制室設有高壓進線柜[1]、高壓計量柜和高壓出線柜[2]。低壓控制室設有低壓進線柜[2]、諧波控制裝置[3]、無功補償柜[4]和低壓出線柜。主變壓器使用S Z11系列有載自動調壓變壓器1臺。

1.3 深井鉆機利用工業電網選用原則

深井鉆機“油改電”是深井鉆機節能技術的革命，具有安全、實用、經濟等特點，具有柴油機驅動鉆機鉆井無法比擬的優勢。其選用原則是：

◇深井鉆機為電動化鉆機；

◇井場附近要求有0.6kV 以上的電力線路；

◇鉆井周期要求在1個月以上；

◇搭接電力等費用必須小于單井節余成本；

◇無論何種工況，都要保證600V 電力供給。

2 “油改電”技術應用效果分析

2.1 節能效果與分析

此方法不但可以節能，還可以節約設備維修費用和設備耗材費用。以70168鉆井隊施工的徐深23-平1井為例。

1）節約成品油。徐深23-平1 井鉆井進尺5048m，建井周期340天，耗油278.41 t，金額203.27萬元；全井耗電金額382.08萬元（含搭線施工費用95.75 萬元），按2011年成品油平均單價7 301.16元/t計算，折算成品油為523.31 t。該井耗油278.41 t加上搭電折成油523.31 t，共計消耗成品油801.72t，金額585.34 萬元，電動化鉆機應用工業電網技術鉆機臺月耗油為2.36t/d。該鉆機若以柴油作動力常規鉆井，可耗油1530t，金額1117.07萬元，鉆機臺月耗油為4.5 t/d。應用工業電網技術鉆機與常規鉆機耗油相比，單井鉆機臺月耗油節約2.14 t/d，全井節約成品油728.28t，節約資金531.73萬元。

2）節約潤滑油、濾芯及設備運轉折舊費。鉆機運轉周期340天，共計8160h，按柴油機正常每500h保養一次計算，需機油16桶，單價5000元，價值8萬元；機油濾芯16只，單價800元，價值1.28萬元。柴油濾芯、空氣濾芯按柴油機正常每1000 h更換計算，需柴油濾芯8只，單價300元，價值0.24萬元；空氣濾芯8只，單價1000元，價值0.80萬元。設備運轉磨損按柴油機價值300萬元正常使用年限8年計算，單臺年磨損費37.5萬元×（340÷365）=34.93萬元。該井共節約潤滑油16桶，金額8萬元；節約濾芯32只，金額2.32萬元；節約設備折舊費34.93萬元，合計節約資金45.25萬元。

3）節約油料運費。結合運距，按照當時局內關聯交易價格1.56元/（t·km）計算，節約油料運輸費12.44萬元。

綜上所述，徐深23-平1井電動化鉆機利用工業電網技術共計節約資金589.42萬元。自2005年電動化鉆機嘗試應用“油改電”節能技術以來，到2014年4月已有109口深井應用了“油改電”節能方法，累計節約資金已過億元。

2.2 “油改電”對電力系統的改善與分析

每一個電動化鉆機供電系統都是一個獨立的小電網。在小電網供電系統中，普遍采用多臺柴油發電機組并網發電，供各用電單元使用。其中，很大部分負荷是電動機負載（直流電動機和交流電動機），這些負荷都呈感性，使鉆機電氣系統無功功率大、功率因數低、諧波含量大，給供電系統造成了很大的額外負擔。同時，由于諧波含量的增加，使電網供電質量下降，各種用電設備負擔增加，發熱嚴重，老化加速。

通過“油改電”項目的實施，鉆機電氣系統諧波大幅降低，鉆機電氣設備由諧波引起的損耗、發熱、震動、擊穿和干擾將大幅降低，電氣設備壽命得到延長。功率因數由原來的0.46提高到0.95，設備和控制系統工作穩定性和可靠性得到提高。

2.3 安全環保效果與分析

由于“油改電”高、低壓配電系統具有完善的過流、短路、欠壓保護等功能，以及完善的數字變壓器保護系統，使得電動化鉆機電氣系統響應時間短、可靠性高、故障率低，完全可以實現無人值守，柴油機司機和大班可以節省出大量時間對井場內400多條線路進行檢查維護，及時消除安全隱患。由于節省出柴油發電機組的維護保養時間，從而縮短了鉆井周期，提高了安全生產效率，對鉆井安全提速有一定的積極作用。

柴油發電機組在使用過程中存在著兩大污染，分別是噪聲污染和大氣污染。噪聲污染存在以下危害：施工現場工人長期處于噪聲污染環境下，聽覺會受到嚴重的影響；施工現場附近的居民也無法避免噪聲污染的困擾；由于噪聲污染嚴重影響了施工現場的正常語言交流，存在一定的安全隱患。大氣污染的污染源是柴油機尾氣，是指柴油發動機燃燒柴油后噴出的尾氣，尾氣中含有上百種不同的化合物，這種氣體排放物不僅氣味怪異，而且令人頭昏、惡心，影響人的身體健康。世界衛生組織專家認定柴油發動機尾氣與石棉、砒霜等物質一樣，具有高度致癌性，嚴重影響人們的身體健康。實施“油改電”后，鉆井施工中完全可以減少柴油機尾氣排放，做到名副其實的綠色鉆井。

3 技術前景

電動化鉆機“油改電”技術的應用，已經取得了可觀的效果，既獲得了經濟效益和社會效益，又提高了工作效率。在這9年多的實際應用中不斷地發現問題、解決問題，先后解決了工業電網并網與發電機組并網快速切換、功率因數低、網電電壓波動干擾等問題，使這項創新技術日臻完善。如今“油改電”技術已經實現了有載自動調壓、無功補償、濾波裝置隨著現場工況自動投切，由于自動化程度高，可以實現無人值守，免于維護。這項技術也得到了油田同行和地方政府的認可。電動化鉆機推行“油改電”方法，可以節約能源消耗，降低鉆井成本；減少設備日常維護、成品油運輸等費用；改善員工工作環境，降低噪音，減少尾氣排放，促進環保等。因此，該項技術在石油鉆井行業和其他相關產業具有廣闊的推廣應用空間和發展前景。

[1]張春華.高壓進線柜在繼電保護中的改進[D].上海:中國科學院上海冶金研究所,2000.

[2]霍曉衛.最新電力工程標準規范實用全書[M].北京:中國廣播電視出版社,2000:30-450.

[3]萬兆安.諧波抑制及無功功率補償[M].北京:機械工業出版社,1998:10-245.

[4]靳龍章,丁毓山.電網無功補償實用技術[M].北京:中國水利水電出版社,2001:1-263.