輔發并網技術在電動鉆機中的應用

方永春，師遠征，何　龍，趙　輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834009）

輔發并網技術在電動鉆機中的應用

方永春，師遠征，何龍，趙輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834009）

摘要：介紹了電動鉆機輔助發電機并網技術及實施方案，通過實際應用以及現場測試，證明輔發并網供電不僅能滿足鉆井施工的要求，而且節能減排，降耗增效效果顯著，在電驅動鉆機上有較廣闊的推廣應用前景。關鍵詞：輔發并網；電動鉆機；升級改造；節能增效

1　引言

具有自備電站的電動鉆機，其動力系統一般由3－5臺主機和1－2臺輔助的柴油發電機組組成。在正常鉆井生產中，根據負載大小通常由主機單獨或并網提供所需動力。按照常規要求，主、輔機不允許并網使用。在整個鉆井周期中，主機負載率只有50%左右的運行情況比較常見，而且占比較高。因此，造成了燃油消耗高、效率低下、生產成本高等問題。經過實際調查研究，提出了動力系統的智能化管理和輔機并網的解決措施。通過對一套原裝備的技術改造和升級，經DX1781水平井現場實際應用，取得了成功，達到了預期的效果。本文就其中的輔機并網控制技術予以介紹。

2　技術方案

2．1動力供電網絡

一種典型的7000m直流電動鉆機的動力供電網絡如圖1所示，其中，GEN1－GEN4為主機，一般為CAT35＋SR4或其他同等功率國產系列機組，單機參數為：3PH／50Hz、600V、1900kVA、0．7PF。根據功率需求，可以單機或多機并網運行，GUAX為輔機，參數為：3PH／50Hz、400V、400kVA、0．8PF。與主機通過600V／400V的變壓器一起為輔助用電提供電源，常規要求這兩路不能同時供電。

圖1　 7000m電動鉆機動力供電網絡

2．2運行存在問題

按照標準要求配置的動力系統，在現場實際鉆井生產中，發現存在以下問題：在相當長的鉆井周期內，需要的動力在整臺主機發電能力的110% －120%左右，少運行1臺不夠，多1臺功率又余量較多，這種狀況在許多使用電動鉆機的井隊普遍存在，特別是在直流電動鉆機上更為嚴重，導致燃油消耗高、效率低下，運行成本居高不下等問題，在鉆井成本費用控制要求越來越嚴，鉆井利潤與井隊工人效益掛鉤的大環境下使得許多井隊使用電動鉆機的積極性不高。

2．3改造技術方案

針對以上存在的問題，通過對現場實際運行情況的仔細觀測和分析，認為造成這種問題的原因雖然很多，但主要原因是電網的諧波較大，造成功率因數較低，所需功率（包括瞬時功率）正好在整臺主機的空檔中間。諧波大、功率因數低是由于占電網70%的負載均為六脈動的變流裝置，且所需功率處于整臺主機的空檔中間的實際工況所致。通過加裝無功補償或動態有源濾波可以解決諧波大和功率因數低的問題；能力匹配在已有鉆機上，只要改變輔機不能并網的常規做法，允許輔機并網運行，這樣在大多數情況下基本上就可解決，升級改造以此為目標設計技術方案。

3　技術措施

為實現上述技術方案，首先需要對原發電機組的并網控制功能進行升級，也就是達到允許輔機并網。由于主、輔機輸出電壓不同，中間又有變壓器，不可避免地造成控制滯后，對此在設計控制系統和調試時應特別注意。其次，由于主、輔機功率不同，負載不能按絕對值分擔，因此需要設計按百分比功率分擔的均衡控制系統；第三，對輔機控制系統需要進行升級，使其控制能力與主機一致，即轉速和電壓的調節特性、功率均衡特性必須基本一致；第四，當實際增加的負載超過輔機允許的能力并且達到了規定的時限后，控制系統必須提示操作者。

4　改造過程

4．1輔機調速改造

拆除原輔機的調速板，設計與主機同一功能的調速板對輔機的燃油閥門進行控制，從而控制輔機的轉速。由于主機調速功能通過AC模塊經雙閉環控制并以母線均衡方式進行控制，因此輔機的調速也必須同樣采用AC模塊或同功能模塊經雙閉環控制并以母線均衡方式進行控制。

4．2輔機調壓改造

拆除原輔機的調壓板，設計與輔機同一功能的調壓板對輔機的勵磁電流進行控制，從而控制發電機的電壓。由于主機調壓功能通過AC模塊經雙閉環控制并以母線均衡方式進行控制，因此輔機的調壓也必須同樣采用AC模塊或同功能模塊經雙閉環控制并以母線均衡方式進行控制。

4．3輔機控制總成

對輔機進行調壓和調速改造以后，還需要增加一套控制柜，主要器件有斷路器、控制管理器等，實現允許輔機并網、按百分比分配負荷、自動微調壓、微調速及智能控制功能等。

5　現場試驗

2014年5月10日，鉆井公司70207鉆井隊在DXHW1781水平井開鉆，輔發并網試驗也同時開始，鉆井施工6個月后圓滿完成任務。經過具有資質并被中石油認可的四川科特石油工業井控質量安全監督測評中心依據相關行業標準進行了實際測試，證明各項電氣參數達到標準要求，燃油消耗量明顯降低。測試相關數據如表1和表2所示。

表1　設備機組信息表

由測試數可知輔機并網后燃油消耗率下降明顯，較全主機運行減少了36．1g／kWh，節能率達

15．2%。負載率較全主機運行模式提高了15．4個百分點，升幅達50．7%。有效減小燃油消耗，降低運行成本；③提高輔助機的使用率，尤其在輔助作業工程如電測、固井侯凝、裝防噴器及其管線時。因此具有較廣闊的推廣應用前景。

表2　各項測試數據

6　結束語

經過升級改造的電動鉆機通過實際的現場使用以及數據測試，證明輔發并網具有以下功能：①能完全滿足鉆井工藝的需要；②在同等工況下能

參考文獻：

［1］孫亞平．柴油發電機組并網控制技術探析．移動電源與車輛［J］．2005，（2）．

［2］張奇志．電動鉆機自動化技術［M］．北京：石油工業出版社，2006．

中圖分類號：TE922

文獻標識碼：A

文章編號：1005—7277（2015）03—0045—02

作者簡介：

方永春（1966－），男，漢族，湖北省棗陽縣人，高級工程師，1990年畢業于江漢石油學院礦場機械專業。主要從事鉆井設備技術管理工作。

收稿日期：2014－06－28

Application of auxiliary generator grid－connected technology in electric drilling rig

FANG Yong－chun，SHI Yuan－zheng，HE Long，ZHAO Hui
（Karamay Drilling Company of CNPC Xibu Drilling Engineering Co．，Ltd．，Karamay 834009，China）

Abstract：The auxiliary generator grid－connected technology and implementation plan of electric drilling rig are introduced．Through the practical application and the field test，it is proved that the auxiliary generator gridconnected power supply can not only meet the requirements of drilling construction，and has obvious effects of energy saving and emission reduction，consumption decrease and efficiency improvement．It also has a broad prospect of popularization and application on the electric drilling rig．

Key words：auxiliary generator grid－connection；electric drilling rig；upgrading reformation；energy efficiency