鉆機(jī)油改電技術(shù)與鉆井工藝適應(yīng)性研究

解新 段世界

摘要：使用高壓電網(wǎng)鉆機(jī)設(shè)備方法可消除排放，降低噪音并達(dá)到更好的節(jié)能效果。分析了現(xiàn)場電源高壓電網(wǎng)的方案，變頻電動機(jī)驅(qū)動方案，高低壓配電的安全性以及無功補(bǔ)償?shù)男Ч⑦M(jìn)行了研究，這項工藝已經(jīng)成為變頻電動機(jī)和鉆機(jī)機(jī)械傳動裝置。

關(guān)鍵詞：油改電;鉆井工藝;適應(yīng)性

油田鉆機(jī)的常用驅(qū)動方法就是依靠柴油機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動，傳統(tǒng)的驅(qū)動方法不僅油耗高，而且噪聲特別大，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著國家科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，依靠電網(wǎng)電力來進(jìn)行鉆機(jī)驅(qū)動的方法是非常可行的，目前我國的大多數(shù)油田已經(jīng)逐漸采用電網(wǎng)電力的方式來進(jìn)行驅(qū)動鉆機(jī)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，一定要根據(jù)油田的實(shí)際情況來選擇不同的鉆井工藝。

1鉆機(jī)油改電核心技術(shù)原理

實(shí)行鉆機(jī)油改電就是利用國家電網(wǎng)的電力替換柴油發(fā)電機(jī)來作為設(shè)備供電，然后使用電動機(jī)代替柴油發(fā)動機(jī)，為鉆機(jī)設(shè)備提供動能。用電源濾波和電容補(bǔ)償裝置，可以減少電荷引起的諧波，電網(wǎng)鉆機(jī)總功率因數(shù)比較高，使鉆機(jī)達(dá)到了顯著的節(jié)能，減排和降噪的效果。

基于電網(wǎng)鉆機(jī)的主要技術(shù)是一種雙箱式變電站，可從電網(wǎng)接收電力，的主要功能是：電網(wǎng)連接，電壓降低和功耗，以及它通過低壓電纜與鉆井控制室和備用發(fā)電機(jī)的連接，確保為鉆機(jī)設(shè)備供電。

電網(wǎng)鉆機(jī)的次要技術(shù)是配置箱式電源濾波設(shè)備和容量補(bǔ)償設(shè)備，其主要功能是：電源濾波器可以減少因使用大功率電子組件而造成的電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的污染，比如定向整流器，逆變器等;電容補(bǔ)償器可根據(jù)負(fù)載使用情況自動補(bǔ)償，并始終將電網(wǎng)功率因數(shù)保持在0.95以上，從而減少了來自電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)的無功功率的負(fù)載需求，并提高了發(fā)電機(jī)的效率。

大功率逆變器的主要功能是控制逆變器電動機(jī)的啟動，停止和速度，大功率變頻電動機(jī)的主要功能是代替柴油發(fā)動機(jī)向鉆機(jī)中提供動能。

2鉆機(jī)油改電驅(qū)動總體方案

電網(wǎng)方案主要包括外圍電源和全場電源兩種方案，電網(wǎng)電源僅替換原來的2臺柴油發(fā)電機(jī)組，并且保留了柴油機(jī)的動能;除了擁有1或2套柴油發(fā)電機(jī)作為備用的機(jī)房外，井場由電網(wǎng)供電，變速箱由電機(jī)驅(qū)動。

采油機(jī)通過液壓耦合器/變速箱和萬向節(jié)驅(qū)動整個變速箱。在安裝過程中，柴油單元2和3被拆除，并且更換了兩個發(fā)動機(jī)單元。電機(jī)單元聯(lián)軸器盤通過聯(lián)軸器直接連接到液壓聯(lián)軸器，通過聯(lián)軸器直接連接到液力變矩器，電機(jī)單元固定塊的輸出具有640 mm和760 mm兩種類型的耦合中心高度，可以適用于不同的設(shè)備。

高壓室是用于配電，變壓器，無功功率補(bǔ)償設(shè)備等的高壓設(shè)備。安裝在配電室中的電力變壓器的輸入和輸出為10kV/0.6 KV/0.4 KV，在負(fù)載中帶有自動電壓調(diào)節(jié)器，以適應(yīng)電壓波動。變壓器的初級和次級側(cè)均配備有高低壓開關(guān)，用于隔離，控制和保護(hù)。高壓側(cè)還配備了輔助設(shè)備，例如地面檢測器，測量儀器和計算機(jī)控制，低壓室包括變速箱和配電柜。

3電機(jī)驅(qū)動方案

電機(jī)牽引方案通常包括三種方案：軟啟動，直流驅(qū)動和交流變頻驅(qū)動。

軟啟動+交流電機(jī)的溫和解決方案的特點(diǎn)是原理簡單，操作簡便，維護(hù)方便。缺點(diǎn)是啟動電流大，由于電機(jī)以恒定速度運(yùn)行，因此沒有很大功率波動，并且有許多分支用于無功功率補(bǔ)償。由于需要抑制某些諧波，因此需要增加對電抗器和電容器的協(xié)作要求。如果使用原始的液力聯(lián)合器，軟啟動機(jī)的速度調(diào)節(jié)范圍較小，考慮到絞車的高速和泥漿泵的低速，必須安裝完整的變速箱，否則泥漿泵缸套磨損更快，造成更換次數(shù)比較多，不利于井下處理復(fù)雜的工作條件。

整流器+直流電動機(jī)的電驅(qū)動方案采用直流電動機(jī)和箱體的直接驅(qū)動形式，具有良好的調(diào)速性能，但是，DC功率因數(shù)較低，并且需要增加功率補(bǔ)償能力，電機(jī)長時間處于低速檔，并產(chǎn)生大量熱量。

變頻器電機(jī)直接或通過液力偶合器驅(qū)動整個變速箱，節(jié)能效率高，調(diào)速范圍廣，速度響應(yīng)時間可以滿足鉆機(jī)調(diào)速要求。變頻電機(jī)和柴油機(jī)的尺寸完全相同，直接進(jìn)行更改，變頻室中的PLC機(jī)柜可以控制變頻器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，調(diào)整參數(shù)設(shè)置和變頻電動機(jī)速度設(shè)置。司鉆控制箱和柴油機(jī)房共有3個控制箱，可通過總線進(jìn)行通信。司鉆控制箱可以指示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，工作狀態(tài)和緊急停止功能。機(jī)房中的控制器可以顯示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并維護(hù)鎖定按鈕，同時啟動和停止發(fā)動機(jī)。在鉆井條件下，司鉆可以設(shè)置轉(zhuǎn)速，控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速并模擬柴油機(jī)尾部的調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)泵的沖擊次數(shù)，還可以在泵沖擊的允許范圍內(nèi)調(diào)整履帶速度。在啟動條件下，轉(zhuǎn)盤停止工作，泵和絞車開始工作。當(dāng)扭矩處于高位或低位，模擬柴油發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門控制功能來調(diào)節(jié)速度，在循環(huán)條件下，轉(zhuǎn)盤停止工作，司鉆可以將變速電動機(jī)速度控制旋鈕重置為零，模擬柴油機(jī)的怠速狀態(tài)，并在較低的泵沖下循環(huán)泥漿。

4油改電鉆井工藝適應(yīng)性

石油鉆井條件十分復(fù)雜，使用油改電鉆井后，整個變速箱可實(shí)現(xiàn)高速行駛。在井中復(fù)雜的情況下，當(dāng)?shù)踔剌^高時，可以低速提高機(jī)器的驅(qū)動性能，減少鉆井事故的發(fā)生，具有電動鉆井設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。對于機(jī)械鉆探設(shè)備，在井下條件復(fù)雜的情況下，該轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)，所以在高原地區(qū)軟啟動和交流電動機(jī)驅(qū)動的變速箱不沒有太大的作用，將霍爾傳感器安裝在電機(jī)的萬向軸上，就可以通過PLC實(shí)現(xiàn)變頻電機(jī)單元和備用柴油及的并聯(lián)運(yùn)行，以滿足高原地區(qū)的鉆井負(fù)荷要求，所以油田企業(yè)需要根據(jù)在油井情況來選擇合適的鉆井工藝，才能保證油井可以正常出油，提高油田的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)束語

通過使用電網(wǎng)作為驅(qū)動方式的鉆機(jī)，不僅在節(jié)能方面有很大的突破性，而且也減少了對環(huán)境的污染，但是電網(wǎng)轉(zhuǎn)機(jī)在使用過程中也會有很多的不足，一些鉆井的位置離電網(wǎng)比較遠(yuǎn)，所以在前期投資方面比較大，但是從全面角度來發(fā)展，電網(wǎng)鉆機(jī)不僅可以用做鉆井，而且還可以用于試油、建站等工作。隨著我國科技技術(shù)的不斷發(fā)展，相信電網(wǎng)鉆機(jī)一定會改善這些不足，對油田節(jié)能減排工作做出更大的貢獻(xiàn)。

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