鉆機(jī)網(wǎng)電裝置技術(shù)的探討與建議

張慧杰

（川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司，四川成都 610056）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)柴油價(jià)格的升高及國(guó)家層面對(duì)環(huán)保的重視，為降低鉆井成本，提高盈利能力，優(yōu)化節(jié)能效率，用電能作為能源驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)已經(jīng)顯示出越來(lái)越大的優(yōu)勢(shì)。鉆機(jī)網(wǎng)電裝置作為一種新型裝置，在推廣應(yīng)用以來(lái)，得到了迅猛發(fā)展。

1 鉆機(jī)網(wǎng)電裝置的分類(lèi)介紹

根據(jù)所配置使用的鉆機(jī)類(lèi)型的不同，鉆機(jī)網(wǎng)電裝置可分為以下2種。

1.1 DB/D鉆機(jī)網(wǎng)電裝置（圖1）

圖1 DB/D鉆機(jī)網(wǎng)電裝置

DB/D鉆機(jī)的網(wǎng)電改造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，原鉆機(jī)的井架、底座、游吊系統(tǒng)、絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵、固控系統(tǒng)、輔助發(fā)電機(jī)、SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器）/VFD（Variablefrequency Drive，變頻驅(qū)動(dòng)）系統(tǒng)等均不做改動(dòng)。改造后，鉆機(jī)由柴油機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)為工業(yè)電網(wǎng)供電，高壓電源引自附近10 kV線(xiàn)路，高壓房設(shè)置進(jìn)線(xiàn)孔，采用高壓電纜敷設(shè)至高壓房10 kV進(jìn)線(xiàn)/計(jì)量單元，10 kV進(jìn)線(xiàn)/計(jì)量單元配置有電量測(cè)試儀及微機(jī)綜合保護(hù)以保證網(wǎng)電安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行；經(jīng)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(zhuǎn)換至網(wǎng)電工作模式代替了原先的600 V發(fā)電機(jī)組為SCR/VFD電控房提供動(dòng)力。當(dāng)網(wǎng)電停電時(shí)可開(kāi)啟原先的600 V發(fā)電機(jī)組并將雙電源切換至發(fā)電機(jī)工作模式為SCR/VFD電控房提供動(dòng)力，鉆機(jī)即可正常進(jìn)行作業(yè)。濾波補(bǔ)償房根據(jù)需要從額定感性容量到額定容性容量連續(xù)調(diào)節(jié)，提高功率因數(shù)至0.95以上并可對(duì)諧波進(jìn)行抑制。經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制后，滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)公用電網(wǎng)諧波限制的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 LDB/L鉆機(jī)網(wǎng)電裝置

LDB/L鉆機(jī)網(wǎng)電改造較電動(dòng)鉆機(jī)要相對(duì)復(fù)雜，原鉆機(jī)的井架、底座、游吊系統(tǒng)、絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵、固控系統(tǒng)、輔助發(fā)電機(jī)、MCC（Motor Controlled Center，電機(jī)控制中心）系統(tǒng)等均不作改動(dòng)，改造后的鉆機(jī)動(dòng)力主要采用工業(yè)電網(wǎng)供電，網(wǎng)電高壓房將600 V電源接到低壓房，低壓房經(jīng)過(guò)1個(gè)600 V/400 V變壓器將400 V電源引到MCC母排上，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)和井場(chǎng)其他用電設(shè)備，同時(shí)用2臺(tái)電機(jī)替代柴油機(jī)位置，通過(guò)液力偶合器驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)箱，帶動(dòng)絞車(chē)/轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)動(dòng)力機(jī)組與柴油機(jī)動(dòng)力機(jī)組可以進(jìn)行互換，另外2臺(tái)柴油機(jī)作為備用動(dòng)力設(shè)備，在不滿(mǎn)足電網(wǎng)的情況下，可以恢復(fù)到原來(lái)的4臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的狀態(tài)。在工業(yè)電網(wǎng)停電的工況下，由原鉆機(jī)備用的2臺(tái)柴油機(jī)組+液力耦合器給減速箱提供機(jī)械動(dòng)力，400 V輔助發(fā)電機(jī)組提供井場(chǎng)用電，鉆機(jī)可正常進(jìn)行作業(yè)。這種改造方案需要2套電機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，或者用交流電機(jī)取代柴油機(jī)，通過(guò)軟啟動(dòng)器將電機(jī)安全啟動(dòng)，用液力偶合器實(shí)現(xiàn)調(diào)速（圖 2）。

圖2 LDB/L鉆機(jī)網(wǎng)電裝置

2 鉆機(jī)網(wǎng)電裝置所面臨的主要問(wèn)題

近幾年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)鉆機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展，新型鉆機(jī)已經(jīng)進(jìn)入到了各油田內(nèi)部市場(chǎng)。新型的鉆機(jī)網(wǎng)電裝置正發(fā)揮著節(jié)能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)下的優(yōu)勢(shì)。該鉆機(jī)系統(tǒng)也正逐步替代以往的機(jī)械鉆機(jī)，也將把傳統(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)時(shí)代推向一個(gè)新的時(shí)代——全電動(dòng)鉆機(jī)時(shí)代，并為未來(lái)的全自動(dòng)鉆機(jī)時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。但是任何一項(xiàng)新技術(shù)的普及與發(fā)展都將面臨著各種各樣的問(wèn)題。新型的鉆機(jī)網(wǎng)電裝置在發(fā)揮優(yōu)勢(shì)同時(shí)，也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。網(wǎng)電裝置在使用過(guò)程中所面臨的問(wèn)題主要有5個(gè)。

（1）部分網(wǎng)電裝置穩(wěn)定性存在一定的欠缺。在施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)這樣那樣的故障，影響了網(wǎng)電裝置效益的發(fā)揮；由于設(shè)計(jì)網(wǎng)電的廠(chǎng)家分布于全國(guó)各地，種類(lèi)千差萬(wàn)別，難以滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)化采購(gòu)的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)互換，造成重復(fù)性浪費(fèi)較大；網(wǎng)電電機(jī)的通用性、適應(yīng)性較差，目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為鉆機(jī)網(wǎng)電裝置設(shè)計(jì)的交直流電機(jī)，均為從類(lèi)似設(shè)備改造而成。

（2）人員對(duì)設(shè)備適應(yīng)性不強(qiáng)。石油鉆井行業(yè)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用傳統(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)至今，對(duì)機(jī)械鉆機(jī)設(shè)備的修理及保養(yǎng)維護(hù)已經(jīng)非常熟練，新老鉆井人都普遍繼承了老一輩鉆井人的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)及操作方法，在諸多方面形成了固定的思維習(xí)慣。新型網(wǎng)電鉆機(jī)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(nèi)一定知識(shí)儲(chǔ)備的員工才能操作駕馭。所以鉆機(jī)網(wǎng)電裝置要想在國(guó)內(nèi)油田站穩(wěn)，就必然要通過(guò)設(shè)備升級(jí)和向新老員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)來(lái)相互融合。

（3）電氣工程技術(shù)配套服務(wù)不足。網(wǎng)電鉆機(jī)的飛速發(fā)展和使用，與當(dāng)前鉆井公司電氣人才的儲(chǔ)備之間存在較多矛盾。機(jī)械鉆機(jī)均不配置電氣工程師，即使配置剛畢業(yè)或從事時(shí)間不長(zhǎng)的電氣工程師，他們也對(duì)新型的電動(dòng)系統(tǒng)缺乏一定的了解，一旦鉆機(jī)網(wǎng)電裝置故障，難以在短時(shí)間內(nèi)排除。

（4）設(shè)備部件及零件供應(yīng)不及時(shí)。鉆機(jī)網(wǎng)電裝置的零部件采購(gòu)自國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)，核心部件制造廠(chǎng)散落在國(guó)內(nèi)的各個(gè)角落。一個(gè)部件損壞后很難在較短的時(shí)間內(nèi)組織配件。損壞和磨損嚴(yán)重的部件及零件更換不及時(shí)，必將引起整個(gè)設(shè)備的癱瘓。

（5）設(shè)備檢修、維護(hù)、管理還未完善。新設(shè)備必然需要新的操作規(guī)程，而且新的操作規(guī)程的制訂需要一定的時(shí)間來(lái)完善，它既需要專(zhuān)業(yè)的電氣工程知識(shí)、鉆井工程技術(shù)知識(shí)，還需要對(duì)傳統(tǒng)的鉆井人習(xí)慣及思維模式的了解。因此能夠針對(duì)該類(lèi)網(wǎng)電鉆機(jī)的操作規(guī)程及保養(yǎng)方法的問(wèn)世必將經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。這些問(wèn)題都會(huì)對(duì)網(wǎng)電鉆機(jī)的快速普及起到制約作用。

3 鉆機(jī)網(wǎng)電裝置配套建議

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，作為不可再生資源的石油價(jià)格肯定會(huì)繼續(xù)在高位徘徊，鉆井柴油成本支出會(huì)越來(lái)越高，從鉆井行業(yè)發(fā)展來(lái)看，甲方投資會(huì)只降不升，鉆井的成本壓力會(huì)持續(xù)升高。其次，結(jié)合國(guó)家節(jié)能減排的發(fā)展思路，未來(lái)環(huán)保、低碳將會(huì)是鉆井行業(yè)的發(fā)展方向。這就意味著鉆機(jī)網(wǎng)電裝置將會(huì)是未來(lái)鉆井設(shè)備的發(fā)展方向之一。下面就鉆機(jī)網(wǎng)電裝置的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行探討。

（1）鉆機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中要考慮網(wǎng)電使用的可能性，在電控房上預(yù)留出網(wǎng)電進(jìn)線(xiàn)接口、在房?jī)?nèi)設(shè)置網(wǎng)電進(jìn)線(xiàn)框，與發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)相設(shè)計(jì)連鎖保護(hù)。對(duì)于全電動(dòng)鉆機(jī)，可以在600 V/400 V變壓器進(jìn)線(xiàn)框設(shè)置網(wǎng)電進(jìn)線(xiàn)接口，可以在鉆井現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)電容量不夠時(shí)用網(wǎng)電來(lái)負(fù)載400 V等級(jí)用電設(shè)備的供電。

（2）對(duì)于有2個(gè)或以上電控房的交流鉆機(jī)如70DB/90DB/120DB，可以考慮在每個(gè)獨(dú)立的電控房電源進(jìn)線(xiàn)柜中設(shè)置網(wǎng)電接口和斷路器，當(dāng)鉆井現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)電容量不能負(fù)載所有設(shè)備時(shí),可以考慮網(wǎng)電和發(fā)電機(jī)電源分開(kāi)供電，在一定程度上也能降低成本。

（3）對(duì)于直流鉆機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中要將無(wú)功補(bǔ)償房接口、進(jìn)線(xiàn)斷路器預(yù)留出來(lái)，在鉆機(jī)使用網(wǎng)電時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償濾波裝置對(duì)提高供電電壓質(zhì)量具有十分明顯的效果。同時(shí)較高的功率因數(shù)也能避免繳納無(wú)功電費(fèi)，對(duì)于減小能量損耗、提高線(xiàn)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(duì)于公共電網(wǎng)的污染。

（4）對(duì)于LDB/L型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)而言，要在聯(lián)動(dòng)箱上設(shè)置4個(gè)輸入軸接口，當(dāng)井隊(duì)用2臺(tái)網(wǎng)電電動(dòng)機(jī)取代柴油機(jī)時(shí)還能保留2臺(tái)柴油機(jī)，確保網(wǎng)電停電時(shí)有柴油機(jī)工作、井隊(duì)鉆進(jìn)工況不影響正常生產(chǎn)。

（5）網(wǎng)電設(shè)備制造廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)制造網(wǎng)電房時(shí)，應(yīng)考慮模塊化設(shè)計(jì)，即網(wǎng)電高壓室、變壓器、無(wú)功補(bǔ)償濾波裝置、網(wǎng)電電機(jī)控制及其他輔助設(shè)施，盡量做成簡(jiǎn)單、獨(dú)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(jù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要調(diào)撥網(wǎng)電模塊，既保障現(xiàn)場(chǎng)使用，又提高了設(shè)備使用率。

（6）網(wǎng)電房在設(shè)計(jì)制造時(shí)，要在網(wǎng)電房上設(shè)計(jì)預(yù)留出頂驅(qū)接線(xiàn)窗口及斷路器，方便使用頂驅(qū)時(shí)的接線(xiàn)。同時(shí)也要考慮網(wǎng)電停電時(shí)能將發(fā)電機(jī)400 V電源通過(guò)網(wǎng)電變壓器升壓至600 V，并可以將網(wǎng)電和發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)的互鎖保護(hù)解除掉，將電源送至頂驅(qū)變頻房，保證特殊情況下不耽誤井隊(duì)正常生產(chǎn)。

（7）對(duì)于LD/L型機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)的網(wǎng)電改造有很多方案，對(duì)于負(fù)荷較小的鉆井或試氣修井現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，可以考慮使用2臺(tái)交流電機(jī)替代柴油機(jī)，電機(jī)通過(guò)軟啟動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)，使用液力偶合器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)速，這種改造方案簡(jiǎn)單，周期短，投資較小，比較適合現(xiàn)場(chǎng)使用。

（8）對(duì)于網(wǎng)電裝置低壓房在制作的過(guò)程中，可以考慮加入2～3臺(tái)發(fā)電機(jī)控制柜，在其他在用發(fā)電機(jī)組富裕的情況下，可以考慮在網(wǎng)電停電、電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)使用發(fā)電機(jī)組，鏈條箱主體部分不做改動(dòng)。

4 結(jié)論

雖然鉆機(jī)網(wǎng)電技術(shù)在實(shí)際使用中還面臨諸多問(wèn)題，但是此裝置在節(jié)能減排、減少油耗成本等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，通過(guò)結(jié)合上述改造建議，進(jìn)行必要的升級(jí)改造，相信未來(lái)鉆機(jī)網(wǎng)電裝置的市場(chǎng)會(huì)越來(lái)越大。