石油鉆井電動鉆機節能創效研究

種奉剛

摘 要：當前，提速增效已成為采油企業應對能源市場及自身運營壓力的重要發展策略，在這一背景下，采油企業開始了對傳統采油設備的改造，通過工藝優化和新設備改進，已逐步提升了采油企業的采油效率。采油設備的節能降耗是一個系統性的推進工程，需要管理制度、設備升級、技術研發等層面的共同推動下得以實現。本文就我國油田設備管理的現狀進行了解讀，并對采油企業的節能降耗實踐策略展開分析，將為采油設備節能降耗工作的科學、高效開展提供參考。

關鍵詞：電動鉆機;節能;創效

國民經濟的快速發展對原油的需求進一步的提升，工業生產和居民生活對原油的依賴性也日益凸顯。不可忽視的是，我國油田企業面臨著越來越嚴峻的國際原油市場環境和國內環境資源壓力，提速增效成為采油企業應對日益嚴峻的國內外市場壓力的重要抉擇。當前，我國多數油田已開始邁入開采的中后期，特殊或復雜環境的開采日趨常態化，這就需要設備管理部門要充分借鑒國內外先進的設備節能的模式和經驗，通過優選節能設備，優化技術配套，從而實現采油裝備總功率的下調，這將對提高采油的經濟效益具有的作用[1]。就這一層面上出發，對石油電動鉆機系統的創新研發和應用，將成為企業持續發展中的重要支點。此次研究過程中，通過對缸套的優化使得柴油機的輸出功率與實際負荷之間達成了平衡，整個系統的能耗得以顯著的降低，表現出較好的節能效果。

1 電動鉆機的主要組成及性能

此次研究中的電動鉆機的動力機組是以柴油為能源的油--電動力機組。在日常的工作中，這一機組通過SCR（可控硅）的轉換提供系統所需的電能，絞車、轉盤、泥漿泵在電能的驅動下完成作業。

1.1 機組電動鉆機的特點

①該型柴油機--交流發電機的機組，在柴油機的工作中，其工作的轉速為額定轉速，轉速不可調;②機組的整體效能，受到兩大方面的制約，一方面柴油發電機本身的性能會影響到整機組的容量，另一方面交流發電機的功率也會對機組的容量產生一定的影響;③發電機的輸出電流和功率易受到轉速的高低、扭矩大小的影響;④可控硅的晶閘管有四層結構構成，導致耐過電壓和過流電壓的能力較差。其根據功率的工作原理可知，在可控硅的應用上，電流越大其熱功率也就越大[2]。

1.2 機組發電機的特點

①柴油發電機的功率與油耗之間存有聯系，但柴油機運行至持續功率的時候，其能耗的水平最低;②發電機的臺數決定了發電機組的容量和能耗，在確保機組總功率的前提下，有效減少電機的使用臺數，能夠起到節能的目的;③應具有電網的功率因數分析來降低整個電力的電流，提高電壓;④電機和發電機的能耗浪費主要集中在熱損耗的問題，應在運行的過程中，對電機及發電機的過熱情況進行有效地干預。

1.3 機組電機的優化原理

直流電機輸出扭矩M、轉速N、電樞電流I、直流電壓V之間的關系如下：P=I×U，M=Cm×Φ×I，N=K×Ea/Φ，Ea=V-I（Ra+Rf）。基于這一公式的推導可知，在機組的運行過程中，電機的輸出扭矩和電流之間有著直接的關系，前者的扭矩越大，后者的電流越大，同時消耗在電機勵磁線圈內阻和為電機電樞內阻上的電功率也就越大。當這一情況發生時，機組電機的效率就會明顯的下降，同時會使電機發熱[3]。

2 鉆井參數固定的前提下對泥漿泵的優化

此次研究中，在鉆井參數固定的情況下，對泥漿泵的缸套進行了優化，從而實現節能降耗的目的。以某基層鉆井對為例，其配有三臺MOG1500型的發電機組，總功率為1400kW。開鉆之后的鉆井參數如下：鉆井液密度為1.8g/cm3;排量為41.8L。在鉆井參數固定的情況下，Φ170mm缸套與Φ140mm缸套的參數比對效果具有顯著差異（見表1）。

由上表的比對數據可知，Φ170mm缸套的為泵壓23.5MPa;SCR直流電壓為380V;直流電流為1600A;發電機組電600V;總有功功率560kVA;功率因數0.45;柴油日耗9t。Φ140mm缸套的為泵壓25MPa;SCR直流電壓為530V;直流電流為1200A;發電機組電600V;總有功功率830kVA;功率因數0.94;柴油日耗9t。在機組中使用Φ140mm缸套的節能效果比較明顯，與Φ170mm缸套的相比，能夠日節省柴油約2t左右。

3 石油鉆井電動鉆機節能效果分析

實驗研究中，通過對上述兩組數據的比對分析可以發現，機組功率因數提高后，整個電流得到了顯著的下降，這樣就能夠較好地解決在機組運轉的過程中設備過熱的問題。同時，可控硅的發熱問題也得到了進一步的下降，設備的整體使用效率得以顯著的提升。技改完成之后的評測中也顯示電機電刷的使用壽命獲得了提高，電機刷架因高溫而變形的問題未再出現。

4 石油鉆井電動鉆機節能的發展趨勢

對于企業而言，只有通過內部的不斷技術挖潛，才能實現企業的上產量、降成本。應對石油鉆井電動鉆機進行精準化的改造，以提高產量為主要目標，集中攻堅，通過改變石油鉆井電動鉆機參數、提高能效比，實現節能的目的[4]。在物聯網等新興技術的推動下，石油鉆井電動鉆機的換代速度不斷加快，信息化、自動化的集成程度也越發先進，同時通訊技術的不斷提高，也使得多個作業過程中實現遠端控制和多級參數設定成為可能。在石油鉆井電動鉆機改造的同時，要加大對石油鉆井電動鉆機高端設備的引進力度，以新設備性能的提升為采油效益的提升夯實基點。在這一過程中，應對石油鉆井電動鉆機進行全面的評估，制定出合理的分批優化規劃，實現新設備投入和成本支出效益的平衡。這也將成為采油企業節能降耗的重要方向，進而實現以“設備改造”促“能耗降低”的總體目標[5]。

綜上所述，此次研究的結果表明，在井鉆功率允許的范圍之內，通過對于泥漿泵的缸套尺寸上的優化可以達成對于泵程、扭矩等方面的優化，同時，適合的缸套尺寸也能夠較好地降低可控硅柜直流電的隊列，提高直流的電壓，從而使得發電機效率提高的同時，發電機過熱的問題得到較好的解決。同時也發現，當機組在確保功率的前提下，通過對機組作業電機臺數的調整，也能夠收到較好的節能效果。隨著我國油田企業逐步步入發展的“深水區”，資源、市場等因素在倒逼油田企業傳統管理體系和技術體系的改革。因此，企業應根據自身設備能力及技術儲備，在電動鉆機節能創效上大膽開拓，并在這一過程中保障資金、人才的扶植，以更好地推動企業在新時期的發展。

參考文獻：

[1]崔浩凱.海洋石油鉆井平臺電動鉆機的負荷特性及動態參數計算[J].電子測試，2015（6）：79-82.

[2]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，2010，37（10）：82-84.

[3]黃艷旺，李亞偉，段浩礪.石油鉆井生產中電氣設備節能方法與建議淺談[J].數字化用戶，2018，24（13）：92.

[4]裴海英，胡水艷，張學勇，等.石油鉆井電動鉆機節能創效淺談[J].化工管理，2019（18）：52-53.

[5]天水電氣傳動研究所有限責任公司.石油電動鉆機再生制動能量的回收利用裝置：CN201320479724.X[P].2014-01-01.