變頻節(jié)能技術(shù)在網(wǎng)電鉆機(jī)的研究與應(yīng)用

梁傳濤

摘要：目前隨著網(wǎng)電鉆機(jī)的普及，其在發(fā)揮大力節(jié)約柴油的同時(shí)，其自身的一些問題也暴露出來，無論是交流軟起網(wǎng)電還是直流電機(jī)網(wǎng)電均存在很大的諧波分量和較低的功率因數(shù)，使得節(jié)能效率不能提高，另外電機(jī)碳刷更換及設(shè)備故障維修率也占有很大一部分。為此根據(jù)目前鉆機(jī)電代油技術(shù)的缺陷，進(jìn)行了技術(shù)升級，進(jìn)行了四象限變頻節(jié)能技術(shù)研究并投入網(wǎng)電應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了無諧波高功率因數(shù)運(yùn)行技術(shù)，同時(shí)可以對母線電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，起到了快速穩(wěn)壓的作用，為鉆機(jī)以及發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)電;四象限;變頻;節(jié)能

0? 引言

近年隨著我國石油天然氣需求量愈來愈大，鉆井任務(wù)也越來越重，但是由于很多鉆機(jī)都是60年代和70年代的機(jī)械鉆機(jī)，其性能已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代鉆井工藝的要求，隨著鉆井設(shè)備的升級更新發(fā)展，提出了機(jī)械鉆機(jī)電動(dòng)改造，以便于老鉆機(jī)發(fā)揮更大的作用。

目前的機(jī)械鉆機(jī)網(wǎng)電改造以直流電機(jī)為多，技術(shù)也相對比較成熟，但是由于直流電機(jī)的碳刷在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生較大的火花，產(chǎn)生較多的碳粉，給鉆機(jī)安全運(yùn)行帶來很大的隱患，同時(shí)由于碳粉需要經(jīng)常清洗，也給運(yùn)行維護(hù)帶來很大的麻煩，特別是直流電機(jī)的碳粉積聚到一定時(shí)間，會(huì)引起電機(jī)端絕緣擊穿燒毀，影響正常鉆井，也有一些交流變頻電機(jī)，但是由于使用的交流變頻技術(shù)不能完全滿足鉆機(jī)對各種鉆井工況的需要，故障率比較高。同時(shí)這兩種技術(shù)均存在很大的諧波分量和較低的功率因數(shù)，使得節(jié)能效率不能提高。[1]為此根據(jù)目前鉆機(jī)電代油技術(shù)的缺陷，進(jìn)行了技術(shù)升級，實(shí)現(xiàn)了無諧波高功率因數(shù)運(yùn)行技術(shù)，同時(shí)可以對母線電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，起到了快速穩(wěn)壓的作用，為鉆機(jī)以及發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

1? 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

根據(jù)目前機(jī)械鉆機(jī)的配置，一般在70鉆機(jī)上均為4臺(tái)柴油機(jī)配置，50、40鉆機(jī)一般為3臺(tái)柴油機(jī)配置，若將其改造為電動(dòng)鉆機(jī)有兩種改造方法，一種是將聯(lián)合傳動(dòng)箱取消，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)泥漿泵和轉(zhuǎn)盤、絞車，使之成為完全的電動(dòng)鉆機(jī)，第二種是將現(xiàn)有的柴油機(jī)更換為電動(dòng)機(jī)，利用聯(lián)合傳動(dòng)箱保持原鉆機(jī)基本狀態(tài)。

第一種方案需要的電機(jī)較多，投資較大，改造工作量也很大，因此我們推薦采用第二方案，對第一方案這里不作專門介紹。

根據(jù)目前鉆井工藝，在頁巖氣開采區(qū)域，由于地質(zhì)情況比較復(fù)雜，巖層硬度較硬，均采用了大排量高泵壓鉆井工藝，在重慶地區(qū)要求泵壓達(dá)到35兆帕，排量達(dá)到60～70，按照該工藝要求一般電機(jī)配套功率要求達(dá)到2340KW，因此建議采用2臺(tái)1000KW和單臺(tái)1000KW電機(jī)二種的電機(jī)配置方案，這樣在低泵壓小排量區(qū)域鉆井時(shí)采用2臺(tái)電機(jī)配置，在高泵壓大排量區(qū)域鉆井時(shí)增加一臺(tái)電機(jī)以滿足新工藝要求。

若采用四象限變頻器變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)諧波高功率因數(shù)運(yùn)行。因此結(jié)構(gòu)非常簡單，僅需配置2臺(tái)變頻器，無需配置濾波補(bǔ)償裝置對諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，運(yùn)行操作更加簡單。

成套裝置由2臺(tái)變頻器和2臺(tái)1000KW變頻電機(jī)組成，在電機(jī)平臺(tái)和司鉆房各配備一臺(tái)操作箱，所有控制電纜和動(dòng)力電纜均采用航空插頭進(jìn)行對接，方便現(xiàn)場拆裝，達(dá)到防爆要求。

3? 應(yīng)用情況

該項(xiàng)目于2018年1月在井隊(duì)投入試用。取得了預(yù)期節(jié)能及故障率低，電網(wǎng)質(zhì)量高的效果，深得井隊(duì)歡迎。

該系統(tǒng)由于采用了先進(jìn)的四象限控制技術(shù)，電機(jī)操作十分簡單，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)僅需按下啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)進(jìn)入啟動(dòng)工作，司鉆人員在電機(jī)啟動(dòng)后調(diào)節(jié)升/降速旋鈕選擇合適轉(zhuǎn)速后即可進(jìn)入正常鉆井工作。

該變頻器由于采用水冷散熱器，一次電機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)先啟動(dòng)制冷機(jī)，在制冷劑工作正常后再啟動(dòng)電機(jī)。

本系統(tǒng)裝置在使用中還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了無沖擊啟動(dòng)，對電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)影響很小，可以有效地降低發(fā)電機(jī)容量。

（2）采用了無諧波變頻技術(shù)，使得600V母線電壓畸變率小于3%，有效改善了發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電能質(zhì)量，減少了發(fā)電機(jī)油耗，滿足了電力系統(tǒng)上網(wǎng)要求。

（3）高功率因數(shù)運(yùn)行，在鉆井過程中始終保持功率因數(shù)等于1，大大提高了發(fā)電機(jī)效率，減少發(fā)電機(jī)無功輸出電流，起到節(jié)能降耗的作用，降低單位電量的油耗，這是目前任何網(wǎng)電設(shè)備都不能做到的一項(xiàng)技術(shù)革新。

（4）快速穩(wěn)壓作用，我們采用了專門的電壓補(bǔ)償專利技術(shù)，可以根據(jù)負(fù)載電流的變換隨時(shí)進(jìn)行電壓補(bǔ)償，保證母線電壓始終保持在合格范圍，減少了發(fā)電機(jī)出口電壓波動(dòng)，使得發(fā)電機(jī)工作更加穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)容量可以得到充分利用，特別是對燃?xì)鈾C(jī)組，經(jīng)常會(huì)因?yàn)殡妷翰▌?dòng)太大而跳閘的現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生了，同時(shí)對燃?xì)鈾C(jī)組的裝機(jī)容量也可以降低。

（5）電機(jī)無火花運(yùn)行，提高了鉆井安全可靠性。由于交流電機(jī)無碳刷運(yùn)行，因此在運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生火花，這對井場安全保障提供了技術(shù)保證。

（6）運(yùn)行維護(hù)簡單，成本低。由于交流電機(jī)無碳刷運(yùn)行，因此運(yùn)行中僅需關(guān)注軸承溫度，每5000小時(shí)加注一次潤滑油即可，電機(jī)采用了戶外結(jié)構(gòu)，在雨雪天氣下照常運(yùn)行。

經(jīng)濟(jì)效益：通過該裝置的使用，井隊(duì)相比原有網(wǎng)電大大節(jié)省電能及設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用;不需要特別的維護(hù)，節(jié)省了人工成本;根據(jù)跟蹤調(diào)查年平均節(jié)省費(fèi)用150萬元，節(jié)能率達(dá)到50% ，

社會(huì)效益：安全可靠，提高了設(shè)備管理和鉆井施工的的安全系數(shù)。是順應(yīng)當(dāng)今設(shè)備發(fā)展自動(dòng)化需要的一種改進(jìn)成果，進(jìn)一步提高了網(wǎng)電鉆機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性，對鉆井作業(yè)的施工提供了有力的保障。

4? 結(jié)論

基于進(jìn)一步拓展挖潛空間，盡可能減少設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用，節(jié)省柴油本質(zhì)消耗及各項(xiàng)成本，提升設(shè)備可靠性及鉆井生產(chǎn)效率，提出了該項(xiàng)目，并付諸了實(shí)施。針對電動(dòng)鉆機(jī)或機(jī)改網(wǎng)電鉆機(jī)，進(jìn)行新型網(wǎng)電技術(shù)推廣能夠減少設(shè)備維修，提高功率因素，從而大大節(jié)省電能。

5? 參考文獻(xiàn)

[1] 馮貴通. 三種網(wǎng)電鉆機(jī)的節(jié)能對比分析 [J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2015 （5）：55—56