华东油气田钻机网电技术

[摘 要]目前国内大部分油田使用的钻机均是机械钻机, 主要用柴油机给钻井系统提供动力, 需要消耗大量的柴油, 钻井成本较高, 工人的劳动强度又大,噪声等环境污染严重.为响应国家节能减排降耗要求,六普钻井分公司在江苏工区应用油改电技术即钻机网电技术,不仅省钱、省油,节约钻井成本,还可减少现场的噪声、废气排放和油污污染,缓解工农矛盾,可实现节约、安全、清洁和高效生产.通过几十口井实践,取得了“低碳钻井”、“绿色钻井”、降低能耗的效果.本文对该技术进行综合分析,为推广此项技术和钻井队降本增效提供可靠依据.

[关 键 词 ]钻机；油改电；技术工艺；节能减排

中图分类号：E922；TE95l 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0022-03

Jiangsu electric circuit technology USES analysis of work area

XingHuaJi 1, Xu Liang 2

（1, 6 drilling branch, sinopec east China engineering pany in zhenjiang, jiangsu province, 202003； 2 six general drilling branch, sinopec east China engineering pany in zhenjiang, jiangsu province, 202003）.

[Abstract]the current domestic most of the oil field rig are used mechanical drilling machine, main diesel engine provides power for drilling system, need to consume large amounts of diesel, drilling cost is high, labor intensity is big, serious environmental pollution and noise. In response to a national energy consumption requirements, six drilling branch in jiangsu area and introducing the technology of oil to electric work electric drill technology, advocating "low-carbon life" concept, through analyzing the technology provides resources for authors efficiency.

[Key words]Drill； Change oil electricity； Technology； potential

1.引言

目前,随着国内电力技术的快速发展和电动机控制系统的日趋自动化,各油田将电能作为主要动力源驱动已成为必然趋势.钻机“油改电”技术,就是对柴油机驱动的钻机进行电动化技术改造,通过二台高压电机和无级调速液力耦合减速器改变钻机传统的柴油机驱动方式,将柴油机并车驱动改为交流电动机并车驱动.目前在江苏工区钻井基本是柴油机驱动钻机,每年消耗柴油量大,烟尘、噪声易造成环境污染.油改电技术的应用将逐步改变这样的局面,为实现低碳、环保、节能和“绿色钻井”提供技术支撑.

2.油改电技术简介

2.1 油改电技术概念

油改电技术是指将原来靠柴油机发电来驱动电动钻机,改用国家网电来驱动,将10千伏高压电作为动力源,通过滤波补偿装置引入直流电机,与变矩器相连形成整套驱动装置,达到使用移动式高压电控系统来控制钻机运行的效果.

2.2 油改电技术的潜能及优势

钻井队用柴油机驱动钻机的生产方式,能源利用效率低,污染排放大.据统计,目前我国现有钻机2400多台,每年消耗柴油在100万吨,机油8万吨以上,产生的二氧化碳达数百万吨.而且柴油机的跑、冒、滴、漏现象极为严重,容易对施工区域造成污染和影响；同时钻机不能无极调速,动力匹配不科学,产生的噪声也影响周围人群、畜禽.油改电技术的应用不仅降低能源浪费,同时也降低了环境污染,从而使钻机达到了节能、减排、降噪的效果.

在实际应用中,纯机械钻机改造为网电钻机（如图1）.将原钻机的三台柴油机,用二台直流电机替换原来的二台柴油机,保留一台作为电网事故备用.电机做成拖撬形式,与柴油机组形成方便的互换结构,在具备电网供电条件时,将电机取代柴油机,直接接入电网运行,在不具备电网条件时,又可以方便的回复三台柴油机运转,不破坏原有钻机结构.网电电机具有驱动功率大、过载能力强、调速性能好等优点.在石油、天然气等勘探行业中已得到了广泛的应用.

2.3 油改电配套技术

网电钻机驱动,其包括：电动机、柴油机、液力偶合器,液力偶合器通过联轴器分别与电动机、柴油机相连,液力偶合器另一端接万向轴,万向轴另一端通过气动离合器进入并车箱.本实用新型正常工作时钻机动力源使用工业电网,电动机驱动液力偶合器,液力偶合器通过万向轴进入并车箱驱动泥浆泵、绞车、转盘的运转.一旦电网停电,柴油机可在最短时间内启动驱动系统运转.在短时间内需调节泵的排量时,可通过液力偶合器调节,无须更换泥浆泵缸套.本实用新型无需配备大功率发电动机组,与常规柴油发电动机组相比更安全可靠,节约能源,降低污染,噪音低,由此形成一种复合型网电钻机驱动.

在钻机工作中,由于直流电机运行需要进行直、交流变换,导致负载功率非常不稳,变化大,速率快,具有明显的冲击性负载特征,产生很大的高次谐波分量,其谐波电流的含有率可达27%以上,对配电网络造成了很大的谐波污染和侵害,严重的影响了配电网络内电气设备的安全；同时它的功率因数也很低,平均只有0.48左右,造成了大量的无功损耗和电压的降低.根据上述问题,六普钻井分公司通过调研和实践,在正常生产中“油改电”设备上增加一套电机系统滤波补偿装置,以减少能量损耗,稳定电压,并取得较好效果.见图1 3 油改电技术的应用与分析

华东油气田钻井队多数在江苏工区溱潼凹陷、金湖凹陷等区域钻井施工,该区块构造复杂,不同时期发育的断层相互切割,将油藏分割成不同形态的断块油藏,待开发量大,施工井数较多.

华东工程有限公司六普钻井分公司自2013年6 月开始,在江苏工区已有23 口井的钻井工程动力利用当地网电.这些井均使用了以10kV 工业电网供电为主、以井队柴油机供电为副的驱动方式.并取得良好的社会、经济效益.以8口井为例（见表1）, 就利用网电钻井应用技术与用柴油机机械驱动带来的经济效益进行对比分析（见表2）.

数据统计证实：如果利用柴油机提供运行动力（见表2）,以4000米钻机为例,平均每口井柴油消耗84.75吨,耗费钻井成本694950元,另加柴配及机油耗费钻井成本（见表3）约14992元,共计约709942元；5000米钻机,平均每口井柴油消耗623.12吨,耗费钻井成本2554792元,另加柴配及机油耗费钻井成本约60698元,共计约2615490元；如果采用网电驱动（见表1）,以4000米钻机为例,平均每口井用电339721度,耗费钻井成本约515955元；5000米钻机,平均每口井用电1205013度,耗费钻井成本1833972元,另加每个平台网电架线费6-15万,4000米钻机平均每口井节约钻井成本6%～18%；50000米钻机平均每口井节约钻井成本8%～24%.由此可见,油改电技术在实际生产中是可行的,它既降低了钻井成本,同时也解决了钻井队柴油机驱动效率低、机组维护管理困难、环保等问题,此项技术具有较广阔的应用和推广价值.

4.前景预测

根据已完成井“油改电”装置的运行数据与节能降耗统计,在架空线路投入和电价不变的情况下,推测出4000-7000米钻机使用网电装置情况,见表4.

网电钻机采用替换机房柴油机的方法,所以网电钻机适用于以柴油机为动力的机械钻机或复合钻机,如ZJ40-70L、40DBS-J、70-ZPD钻机.10 kV架空线外供电条件应在3公里左右,投资50万元以内,钻井周期应在180天内,这样才能更好地体现节能减排的效果.

5.存在的问题

1）受到国家网电覆盖面的影响,网电的使用有一定的局限性.布井位置如果没有网电覆盖,油改电钻机将无法实施.

2）油改电设备安装申请手续较为烦琐,受到网电相关部门的一定限制,易造成一些不必要的停待时间.

3）网电使用过程中出现突然断电或动力不足等故障对于钻井安全的威胁较大.在突然断电的情况下,全部设备瞬间停止运作.停电后在等待柴油机发电机备用动力启动的一段时间内,井下钻具无法上下活动,井下安全存在隐患.

4）架线费用较高.

6.结论

1、在柴油不断飙升的情况下,通过油改电技术改造,利用网电代替柴油提供电力,可以降低钻井生产成本,增强钻井企业抵御市场风险的能力,同时也降低了柴油机组的维护保养费用,延长了柴油发电机组的使用期限.

2、油改电钻机改变了传统的钻机动力方式,提高钻机控制的自动化程度,是钻井装备的一次创新和技术进步.同时,降低了钻井工人的劳动强度,提高了钻井队的工作效率.

3.该技术的应用,减少钻井队岗位职务的编制（柴油机工、小班司机、司机长等）,节约了人员成本同时也降低了柴油机操作风险.

4、生产期间现场的噪音小,避免了原柴油机（噪声、废气、油污等） 带来的污染危害.同时有利于改善工农关系,减少因工农关系造成的非生产时间停待,从而促进生产运行持续进行.