鉆機網電裝置技術的探討與建議

張慧杰

（川慶鉆探工程有限公司國際工程公司，四川成都 610056）

0 引言

隨著國內柴油價格的升高及國家層面對環保的重視，為降低鉆井成本，提高盈利能力，優化節能效率，用電能作為能源驅動鉆機已經顯示出越來越大的優勢。鉆機網電裝置作為一種新型裝置，在推廣應用以來，得到了迅猛發展。

1 鉆機網電裝置的分類介紹

根據所配置使用的鉆機類型的不同，鉆機網電裝置可分為以下2 種。

1.1 DB/D 鉆機網電裝置（圖1）

圖1 DB/D 鉆機網電裝置

DB/D 鉆機的網電改造相對比較簡單，原鉆機的井架、底座、游吊系統、絞車、轉盤、鉆井泵、固控系統、輔助發電機、SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器）/VFD（Variablefrequency Drive，變頻驅動）系統等均不做改動。改造后，鉆機由柴油機發電轉為工業電網供電，高壓電源引自附近10 kV線路，高壓房設置進線孔，采用高壓電纜敷設至高壓房10 kV進線/計量單元，10 kV 進線/計量單元配置有電量測試儀及微機綜合保護以保證網電安全、可靠、穩定運行；經變壓器變換后的AC 600 V 電源采用低壓電纜引至雙電源切換柜并將其轉換至網電工作模式代替了原先的600 V 發電機組為SCR/VFD 電控房提供動力。當網電停電時可開啟原先的600 V 發電機組并將雙電源切換至發電機工作模式為SCR/VFD 電控房提供動力，鉆機即可正常進行作業。濾波補償房根據需要從額定感性容量到額定容性容量連續調節，提高功率因數至0.95以上并可對諧波進行抑制。經過無功補償和諧波抑制后，滿足國家對公用電網諧波限制的標準要求。

1.2 LDB/L 鉆機網電裝置

LDB/L 鉆機網電改造較電動鉆機要相對復雜，原鉆機的井架、底座、游吊系統、絞車、轉盤、鉆井泵、固控系統、輔助發電機、MCC（Motor Controlled Center，電機控制中心）系統等均不作改動，改造后的鉆機動力主要采用工業電網供電，網電高壓房將600 V 電源接到低壓房，低壓房經過1 個600 V/400 V 變壓器將400 V 電源引到MCC 母排上，帶動轉盤和井場其他用電設備，同時用2 臺電機替代柴油機位置，通過液力偶合器驅動聯動箱，帶動絞車/轉盤、鉆井泵運轉。電機動力機組與柴油機動力機組可以進行互換，另外2 臺柴油機作為備用動力設備，在不滿足電網的情況下，可以恢復到原來的4 臺柴油機驅動鉆機的狀態。在工業電網停電的工況下，由原鉆機備用的2 臺柴油機組+液力耦合器給減速箱提供機械動力，400 V 輔助發電機組提供井場用電，鉆機可正常進行作業。這種改造方案需要2 套電機調速器調節電機轉速，或者用交流電機取代柴油機，通過軟啟動器將電機安全啟動，用液力偶合器實現調速（圖2）。

圖2 LDB/L 鉆機網電裝置

2 鉆機網電裝置所面臨的主要問題

近幾年來，隨著國內鉆機制造業的快速發展，新型鉆機已經進入到了各油田內部市場。新型的鉆機網電裝置正發揮著節能、環保、安全等特點下的優勢。該鉆機系統也正逐步替代以往的機械鉆機，也將把傳統的機械鉆機時代推向一個新的時代——全電動鉆機時代，并為未來的全自動鉆機時代奠定了基礎。但是任何一項新技術的普及與發展都將面臨著各種各樣的問題。新型的鉆機網電裝置在發揮優勢同時，也帶來了一系列的問題。網電裝置在使用過程中所面臨的問題主要有5 個。

（1）部分網電裝置穩定性存在一定的欠缺。在施工過程中經常出現這樣那樣的故障，影響了網電裝置效益的發揮；由于設計網電的廠家分布于全國各地，種類千差萬別，難以滿足標準化采購的要求，無法實現互換，造成重復性浪費較大；網電電機的通用性、適應性較差，目前沒有專門為鉆機網電裝置設計的交直流電機，均為從類似設備改造而成。

（2）人員對設備適應性不強。石油鉆井行業自20 世紀50 年代開始使用傳統的機械鉆機至今，對機械鉆機設備的修理及保養維護已經非常熟練，新老鉆井人都普遍繼承了老一輩鉆井人的傳統經驗及操作方法，在諸多方面形成了固定的思維習慣。新型網電鉆機具備一定的科技含量，例如在電控、液壓、信息采集等方面需要具備內一定知識儲備的員工才能操作駕馭。所以鉆機網電裝置要想在國內油田站穩，就必然要通過設備升級和向新老員工進行技術培訓來相互融合。

（3）電氣工程技術配套服務不足。網電鉆機的飛速發展和使用，與當前鉆井公司電氣人才的儲備之間存在較多矛盾。機械鉆機均不配置電氣工程師，即使配置剛畢業或從事時間不長的電氣工程師，他們也對新型的電動系統缺乏一定的了解，一旦鉆機網電裝置故障，難以在短時間內排除。

（4）設備部件及零件供應不及時。鉆機網電裝置的零部件采購自國內眾多企業，核心部件制造廠散落在國內的各個角落。一個部件損壞后很難在較短的時間內組織配件。損壞和磨損嚴重的部件及零件更換不及時，必將引起整個設備的癱瘓。

（5）設備檢修、維護、管理還未完善。新設備必然需要新的操作規程，而且新的操作規程的制訂需要一定的時間來完善，它既需要專業的電氣工程知識、鉆井工程技術知識，還需要對傳統的鉆井人習慣及思維模式的了解。因此能夠針對該類網電鉆機的操作規程及保養方法的問世必將經歷一個漫長的過程。這些問題都會對網電鉆機的快速普及起到制約作用。

3 鉆機網電裝置配套建議

隨著全球經濟的高速發展，作為不可再生資源的石油價格肯定會繼續在高位徘徊，鉆井柴油成本支出會越來越高，從鉆井行業發展來看，甲方投資會只降不升，鉆井的成本壓力會持續升高。其次，結合國家節能減排的發展思路，未來環保、低碳將會是鉆井行業的發展方向。這就意味著鉆機網電裝置將會是未來鉆井設備的發展方向之一。下面就鉆機網電裝置的未來發展進行探討。

（1）鉆機生產廠家在設計制造過程中要考慮網電使用的可能性，在電控房上預留出網電進線接口、在房內設置網電進線框，與發電機進線相設計連鎖保護。對于全電動鉆機，可以在600 V/400 V 變壓器進線框設置網電進線接口，可以在鉆井現場網電容量不夠時用網電來負載400 V 等級用電設備的供電。

（2）對于有2 個或以上電控房的交流鉆機如70DB/90DB/120DB，可以考慮在每個獨立的電控房電源進線柜中設置網電接口和斷路器，當鉆井現場網電容量不能負載所有設備時,可以考慮網電和發電機電源分開供電，在一定程度上也能降低成本。

（3）對于直流鉆機生產廠家在設計生產中要將無功補償房接口、進線斷路器預留出來，在鉆機使用網電時，無功補償濾波裝置對提高供電電壓質量具有十分明顯的效果。同時較高的功率因數也能避免繳納無功電費，對于減小能量損耗、提高線路使用壽命都有益處。濾波裝置能夠降低電壓電流畸變率，降低諧波對于公共電網的污染。

（4）對于LDB/L 型機電復合鉆機而言，要在聯動箱上設置4個輸入軸接口，當井隊用2 臺網電電動機取代柴油機時還能保留2 臺柴油機，確保網電停電時有柴油機工作、井隊鉆進工況不影響正常生產。

（5）網電設備制造廠家在設計制造網電房時，應考慮模塊化設計，即網電高壓室、變壓器、無功補償濾波裝置、網電電機控制及其他輔助設施，盡量做成簡單、獨立的橇裝模塊。它們之間可以相互兼容，任意組合使用，這樣就可以根據鉆井現場的實際需要調撥網電模塊，既保障現場使用，又提高了設備使用率。

（6）網電房在設計制造時，要在網電房上設計預留出頂驅接線窗口及斷路器，方便使用頂驅時的接線。同時也要考慮網電停電時能將發電機400 V 電源通過網電變壓器升壓至600 V，并可以將網電和發電機進線的互鎖保護解除掉，將電源送至頂驅變頻房，保證特殊情況下不耽誤井隊正常生產。

（7）對于LD/L 型機電復合鉆機的網電改造有很多方案，對于負荷較小的鉆井或試氣修井現場來說，可以考慮使用2 臺交流電機替代柴油機，電機通過軟啟動裝置實現安全啟動，使用液力偶合器實現自動或手動調速，這種改造方案簡單，周期短，投資較小，比較適合現場使用。

（8）對于網電裝置低壓房在制作的過程中，可以考慮加入2～3 臺發電機控制柜，在其他在用發電機組富裕的情況下，可以考慮在網電停電、電網出現故障時使用發電機組，鏈條箱主體部分不做改動。

4 結論

雖然鉆機網電技術在實際使用中還面臨諸多問題，但是此裝置在節能減排、減少油耗成本等方面具有較大優勢，通過結合上述改造建議，進行必要的升級改造，相信未來鉆機網電裝置的市場會越來越大。