石油鉆井生產中電氣設備的節能探討

蔣國波，楊懷建，李海峰

（1.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司，河北 任丘 062550；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第五鉆井工程分公司，河北 河間 062450）

為構建節能型社會，石油鉆井生產也要尋求更節能的技術及設備管理措施。在石油持續開采中，其生產作業條件愈加惡劣，而且電氣化應用有明顯提升，如何降低鉆井電氣設備能耗，已成為重要的研究課題。要想維持石油鉆井的高效性與經濟性，需采取技術及管理手段，維持設備運行工況狀態，降低鉆井電氣設備能耗，下面將就此展開詳述。

1 鉆井生產電氣設備節能必要性分析

現階段，國家經濟正面臨轉型壓力，粗放式發展顯然不再適用，而在石油鉆井生產領域，高能耗、低效率電氣設備，所代表的正是落后的石油產能。石油是經濟發展的重要支撐，為確保經濟發展不受石油制約，要求在提高產能的同時，還要落實好節能要求。相較先進國家，國內石油鉆井生產中的電能能耗比重較高，要求采取技術及管理手段，降低鉆井電氣設備能耗，緩解經濟轉型期的陣痛。同時，國內能源供需矛盾突出，不僅在于能源與資源的結構性問題，而且還在于高能耗下的供求矛盾，但在石油鉆井生產中，在獲取到相同規模石油資源的情況下，鉆井電氣設備高能耗，還會使能源供給矛盾加劇。要想改變石油生產的被動局面，勢必要重視鉆井電氣設備節能，找準問題的根源，從技術、管理等方面，突破鉆井電氣設備節能現狀，實現石油鉆井綜合效益的提升。

2 鉆井生產電氣設備能耗問題分析

（1）現有設備能耗高、效率低。在鉆井生產設備體系中，許多功能的實現均依賴鉆井電氣設備，而且其能耗水平對鉆井生產效益有直接影響。通過現狀研究，能耗高、效率低是鉆井生產電氣設備的常見問題，若不進行改進，很難提高鉆井生產效能。其原因在于，鉆井生產中許多電氣設備趨于落后，而且長期工作在惡劣的鉆井生產環境中，老化問題也較為突出，再加上電氣設備更新滯后，很難在鉆井生產中維持高效狀態，能耗問題不斷惡化。同時，在鉆井設備使用管理上，未能就使用期限進行明確的界定，導致鉆井生產電氣老化設備長期低效運作。受嚴峻鉆井生產條件影響，設備運轉可能受到妨礙，出現連接松動、潤滑不足、設備臟污等情況，影響鉆井電氣設備效能。

（2）技術方法問題造成的高能耗。鉆井電氣設備能耗的高低，還與鉆井技術、方法密切相關，若技術裝備長期不更新，將會嚴重制約鉆井生效效率，還會加劇設備耗能，帶來系列鉆井生產問題。由于地質及環境條件復雜，鉆井生產存在較大不確定性，如果不能正確選用技術方法，不僅鉆井生產會受阻，還會因鉆井難度的提高而使電氣設備更加耗能。若采用先進、適用的鉆井技術，其鉆井難度也將顯著降低，并帶來明顯的節能效果。經調查發現，鉆井生產整體能耗居高不下的重要誘因，在于落后的鉆井技術及方法，鉆井電氣設備長時間工作于高強度狀態，面臨嚴重的耗能問題，還會加劇電氣設備損耗，應引起關注。

3 實現鉆井電氣設備節能的具體方法

3.1 提高設備功率因數

在鉆井生產中，電氣設備做功能力的高低，通?？梢罁@井設備功率因數進行分析，要想改善其節能效果，需從根本上減少石油鉆井電氣設備功率損耗。要求在鉆井電氣設備設計安裝中，通過科學有效的方式，提高設備實際做功功率的占比，具體方法如下：

（1）將電容器與感性負載并聯。鉆井生產過程中，受負載不均衡變化影響，鉆井電氣設備會有較多感性無功存在，這也是鉆井生產的重要損耗，而通過并聯電容器，可對鉆井生產感性負載形成有力補償。其基本原理在于：假定設備負載是恒定的，正常運行時，設備中所產生的感性負載電流也相對固定，若此時將其與電容器并聯，并不會對設備內部感性電流有所影響，但若將兩者視為一體，其外在所呈現的感性電流因電容補償，會有明顯的降低，也就是鉆井電氣設備兩端電壓、電流相位差縮小，鉆井電氣設備損耗降低。同時，由于鉆井電氣設備電壓損耗的降低，也減輕了采油現場電源的壓力，相同變電容量下可承載更多的采油設備。

（2）電動機繞組改用節電接線方式。電動機作為鉆井生產的核心電氣設備，其節能效果直接關系鉆井生產整體耗能水平。然而，受不規律的鉆井負載影響，其輕重負載變化頻繁，在長期工作中，將有大量的電動機損耗產生，鉆井設備整體做功效率極低。所以，需從技術上降低鉆井電動機設備損耗。一般而言，電動機工作狀態下，若鉆井生產負載較低，或者直接是空載運行，此時，可改變其接線方式，利用Y型接線下鉆井電動機負載電壓降低的特點，減少功耗的產生，而當鉆井生產負載恢復時，則將其改回三角形接線，滿足鉆井生產的動力需要，這樣便可改善鉆井低負載情況下的功耗，有著明顯的節電效果。

3.2 合理選擇鉆井電氣設備

針對不同鉆井生產條件，其對各類鉆井電氣設備需求是有差異的，而且設備功率等參數的選擇也需有科學依據，滿足鉆井生產的同時減少設備功耗。對于鉆井生產而言，其工藝環節復雜，而且不同鉆井環節間均需有相應電氣設備。所以，為保證鉆井電氣設備選擇的合理性，首要任務是研究鉆井生產各環節的功率需求，以完善的數據分析，提高鉆井設備參數選擇的節能性能，在保證基本鉆井生產的同時，充分體現鉆井電氣設備的節能效能，使得電氣設備配置更為合理。同時，鉆井生產中的許多老舊電氣設備，應當從功效、節能等角度，對其進行有效評估，研究其能耗與產能的內在聯系，并出具研究報告，以此制定上述設備的更換升級計劃，實現鉆井電氣設備整體效能提升。

3.3 充分應用新技術、新設備

伴隨科技發展，鉆機技術及設備有很大改善，而且還研制出了許多高效、節能的電氣裝備，鉆井生產效能獲極大提升。對于鉆井生產企業，要注重先進成熟技術工藝的引進，改進石油鉆井裝備配置，提升鉆井生產的經濟性指標。更為先進的鉆井電氣設備，往往代表著更高的鉆井生產效率，有著明顯的節能優勢。以液力耦合器為例，其作為先進裝備用于鉆井生產，顯著提升鉆井生產效率，有效替代了常規鏈條并車驅動裝置，并且更加耐用，降低鉆井生產維護支出，節能與經濟效益明顯?，F階段，鉆井生產呈現出電氣化、自動化趨勢，不斷有新技術、新設備應用于石油鉆井現場，整體節能水平獲顯著提升。

3.4 健全節能機制，提高人員素質

無論是操作還是維護人員，其專業素質均對鉆井生產電氣設備節能性能有直接的影響，鉆井設備操作及維護要求的執行效果，也取決于相關人員的專業素質，所以，應重視鉆井電氣設備相關人員素質的提升。具體措施如下：首先，專業培訓與專項學習，針對鉆井電氣設備運行需要，在其專業認知水平范圍內，合理制定培訓計劃，提升對其鉆井電氣設備業務知識的掌握程度。其次，在鉆井生產管理中，有意識地去引導電氣設備維護人員，強化其責任及安全意識，并不斷提高其實操水平，實現鉆井電氣設備故障異常的快速處置。最后，需健全節能機制，制定完善的鉆井電氣設備操作及養護制度，并使得不同制度間有效銜接，建立電氣設備節能指標體系，并明確相關責任人，推動后續設備節能工作有效開展。此外，在鉆井生產實踐中，需對現行節能制度內容進行持續完善，不僅要與鉆井生產節能需求相符，還要有前瞻性，制定鉆井生產的節能目標。但要實現節能指標的改善，還應落實考核機制，并將其與鉆井生產電氣部分人員薪酬相關聯，激發其對節能降耗的積極性。

4 結語

綜上所述，在當前能源形勢下，節能已成為產業升級的基本要求，對于石油鉆井生產同樣如此。但現有的鉆井電氣設備因落后、老化等帶來高能耗問題，再加上鉆井技術方法與節能管理問題，使得設備效能提升面臨較大挑戰。為此，需采取技術手段，提高鉆井電氣設備功率因數，并結合鉆井生產需求，選用合適的電氣設備，還要落實好設備養護及管理工作，使鉆井電氣設備高效、節能運轉，提升石油鉆井的經濟效益。