提升鉆井節能發電機有效利用率探討

高曉軍，陳小勇

（長慶鉆井總公司，陜西 西安 7 1 0 0 1 8）

提升鉆井節能發電機有效利用率探討

高曉軍，陳小勇

（長慶鉆井總公司，陜西 西安 7 1 0 0 1 8）

在長慶地區，節能發電機因安裝簡易、效能突出而被廣泛使用。但在管理與維護方面存在誤區，現場使用中故障多，有效利用率有待進一步提高。本文對送修節能發電機故障統計分析，提出維護保養的方法技巧，并結合鉆井工況，匹配鉆井設備功率，探討合理的使用方法。

節能發電機；現狀分析；預防措施；有效利用率

節能發電機廣泛應用于機械傳動的J、L系列和機電復合驅動的L D B系列鉆機上。長慶區域目前使用最多的是1 F C 6系列三相無刷同步節能發電機，其次是西峰電機廠生產的T Z HW系列無刷節能發電機。

1 現狀分析

1.1 2 0 1 6年上井維修和送修情況

我廠保障3個工程項目部共1 2 4個鉆井隊節能發電機，上井維修9隊次，修理1 4臺次，其中機械故障和電路故障如圖1所示。

機械部分主要是軸承磨損、端蓋內孔擴大、軸彎曲等，電路部分主要是A V R電路板壞、定子繞組燒損、勵磁裝置元器件損壞或開路、勵磁機組件故障等，均影響鉆井生產。

1.2 現場使用情況

因管理者和日常崗位負責人對節能發電機的性能參數、維護保養存在誤區，以致過載、盲目使用、過保養、欠維修等問題頻發。

（1）過載問題。

井場用電設備包括循環系統、井場照明系統、井場電控系統及營區供電，以及電動轉盤等，如表1所示。

圖1 節能發電機故障分析

從現場實際配置的節能發電機功率來看，6 0 0 k W、3 7 5 k W、3 0 0 k W機型使用普遍，由上表可知，除Z J 4 0 V鉆機外，其他的不能全負載使用。在實際生產中，為追求油料成本節約，存在負載過大甚至長期過載運行現象，必然引起發電機嚴重發熱，繞組溫度過高，導致繞組絕緣降低、被破壞，定子繞組和勵磁機故障率提高。且發電機功率不足時，遇到突變載荷，發電機的響應跟不上，電壓和頻率波動大，對發電機造成沖擊，同時燒毀井上用電設備或降低使用壽命。

表1 鉆井用電設備負載統計表

柴油機通過減速箱或并車傳動箱等機構，驅動節能發電機轉子旋轉。有些鉆井隊盲目為了節約油料，在起下鉆等工況下使用，因柴油機負荷急劇變化，以致節能發電機轉速也會急劇變化。

由公式（1）得：節能發電機頻率與轉速同步變化。

由公式（2）得：節能發電機電壓也隨轉速發生變化，電壓和頻率的急劇變化，對發電機造成沖擊，節能發電機的保護系統動作，導致頻繁跳閘，以致于全井場停電，鉆井作業處于停止的不安全狀態，因此，現有的節能發電機在鉆井作業中利用率低。

（3）過保養。

節能發電機保養，按要求使每運行4 0 0 0 h加注4 0 g潤滑脂，但從送修的發電機看，存在黃油加注過量現象（圖2）。

圖2 黃油加注過量

過保養會造成軸承散熱不良，降低使用壽命，部分進入轉子、定子腔內，極易沾塵土，影響線圈繞組散熱并降低絕緣，嚴重時可致線圈燒毀。

（4）欠維護。

從送修設備觀察到，電控盒、定子轉子腔內灰雨防潮措施不到位。

由電路故障分析得知，5月到1 0月間的陰雨天，節能發電機電路故障多發生在這個時間段，因空氣潮濕，發電機的繞組絕緣降低，當低于0.2 MΩ，不經過烘干直接加載使用，造成定子繞組和勵磁繞組，電子元器件燒損。

2 預防措施

2.1 提高現場安裝標準

因節能發電機轉速高，以及柴油機的余振，本身易振動，振動會造成A V R調壓板、電感器等電子元器件松動，并使線路松動、磨破絕緣層，造成打火燒毀元件，有時甚至導致主回路線路故障，振動還會加速發電機軸承的損壞，嚴重時會發生定子掃膛設備事故。

節能發電機安裝應做到平、正、穩、全、牢、靈、通，應堅決避免聯軸器不同軸現象發生，位置在鋪臺上的，應仔細檢查支撐強度，防止出現共振現象，并在班前會、班中按要求檢查地腳螺絲固定情況。

2.2 強化維護保養及啟動前安全檢查

每天班前會和班中檢查發電機外殼、檢測驅動端和自由端溫度，按要求給軸承加注黃油，使用中若有異響、三相負載不平衡、電壓不穩、發電機溫度高等，及時停用檢查，以免造成嚴重后果。每口井完井時檢查內部各種元器件的固定，電線老化等，并定期清掃內部灰塵；陰雨潮濕天氣不得使用節能發電機，重新啟動前，使用兆歐表檢查繞組絕緣，低于0.2 MΩ，采用電流短路干燥法烘干后再啟動，該方法是將電子繞組出口短接，使發電機在額定轉速下運轉，調節勵磁電流，使三相定子電流升至額定電流的5 0%～1 0 0%，并打開發電機觀察孔，以便帶出濕氣，但要密切注意定子端部溫度及定子、轉子電流大小。使用兩年送機修公司保養。

2.3 聯合廠家改良性能

鉆井環境惡劣，工況復雜。為有效地保證井場供電的連續性和穩定性，引入穩頻穩壓裝置，該裝置可適用于三相平衡負載或完全不平衡負載，任意相均可作為單相電源使用，應當配備使用冷凝加熱器，可以在絕緣受潮時烘干線圈繞組，防止加載時被擊穿，加裝電阻溫度計與傳感器，可對各種原因導致的繞組過熱進行保護，這兩種保護設施的價格不高，但能有效地保護發電機主體，繼而大幅度降低維修費用。另外，還可以加裝空氣過濾器，起到防塵作用。

3 合理使用

在石油鉆機中，節能發電機的出現是在綜合利用鉆機柴油機的剩余功率基礎上發展起來的，所以有剩余功率才有節能發電機的使用，下面就合理利用剩余功率，整體提高能效兩方面展開探討。

3.1 合理利用剩余功率

柴油機有剩余功率，以及其負荷穩定，是節能發電機使用的基礎。剩余功率與使用柴油機臺數直接關聯，轉速與鉆井工況相關。

（1）功率匹配問題。

鉆井從開鉆起，要求使用雙柴油機。兩臺柴油機功率：8 1 0 k W×2=1 6 2 0 k W，開單泵鉆進，此時鉆機所需功率為：

Z J 7 0 L D B鉆機：-9 6 0×0.8＝7 6 8 k W；Z J 5 0 L D B鉆機：9 6 0×2×0.8＝7 6 8 k W；

Z J 4 0 V鉆機：（3 3 0＋9 6 0）×0.8＝1 0 3 2 k W。

根據以上分析：Z J 7 0 L D B鉆機、Z J 5 0 L D B鉆機使用的功率不足配備功率的4 7%，Z J 4 0 V鉆機其使用的功率不足配備功率的6 3%，使用節能發電機可以替代柴油機發電機，能效明顯。

若打長水平段水平井，需要開啟雙泵，須開啟三臺柴油機，同樣可得剩余功率多，使用節能發電機合理，能效突出。

（2）工況選擇。

為確保節能發電機有效利用，因選擇柴油機負荷變化穩定的工況，如鉆井、循環、取芯等，避開起下鉆、處理復雜等負荷變化大的工況。

3.2 整體提高能效

用不用節能發電機要算經濟效益總賬。超載、柴油機負荷急劇變化時節能發電機電壓波動大，極易燒毀A V R調壓板，因沒有相關修理技術，更換需1.4萬元，而且材料組織周期長，造成節能發電機長時間閑置，有效利用率極低。

選擇正常鉆進工況、合理開啟柴油機臺數，使用節能發電機后，雖然柴油機輸出功率增大，經計算其負荷率可達9 0%以上，根據柴油機的負荷特性曲線分析，此時柴油機基本上處于最佳經濟負荷狀態，其油耗只略有增加，一臺節能發電機每年可節省柴油4 0 t，還可節約潤滑油、冷卻液及常規維護配件費用等，整體上經濟效益突出，節能明顯，也符合清潔鉆井要求。

4 結語

節能發電機在長慶區域廣泛使用，但因過載、盲目使用、過保養、欠維修等問題，故障率高，有效利用率低。分析原因后，著力提高安裝標準，強化日常維護保養，聯合廠家改良節能發電機性能，進一步闡明管理及維護保養方面觀點，從本質上提出合理利用剩余功率和整體提高能效的措施，從而提高節能發電機有效利用率，真正使節能發電機成為鉆井清潔節能的典型設備。

[1]亓玉福.發電機絕緣受潮分析與處理[M].大電機技術，2 0 0 9(4):3 3~3 5.

[2]楊文佳，于秋瑞，頡炯.節能發電機技術的標準化[J].電氣傳動自動化，2 0 1 2,3 4(3):2 9~3 2.

[3]陳立榮，葉永蓉，蔣學彬，張敏，李輝，黃敏，劉安宇. 油氣鉆井節能減排及清潔生產措施實踐[J]. 油氣田環境保護，2 0 0 9(1).

[4]李東旭，黃燦水，湯寧平，陳桂玉. 基于D S P雙閉環控制的單相逆變電源設計與實現[J]. 電工電氣， 2 0 1 1(3).

[5]趙海濤. 解析節能發電機技術的標準化[J]. 科技創業家，2 0 1 3(1 3).

[6] 周驥，邊倩. 一種新型的節能發電機的研發[J]. 石油儀器，2 0 1 1(5).

[7] 盧周芳. 淺談石油鉆井節能減排的途徑與對策[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程)，2 0 1 0(1 0).

T E 9 2 4

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 1（上）-0 0 5 6-0 3