輔發(fā)并網(wǎng)技術(shù)在電動(dòng)鉆機(jī)中的應(yīng)用

方永春，師遠(yuǎn)征，何　龍，趙　輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834009）

輔發(fā)并網(wǎng)技術(shù)在電動(dòng)鉆機(jī)中的應(yīng)用

方永春，師遠(yuǎn)征，何龍，趙輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834009）

摘要：介紹了電動(dòng)鉆機(jī)輔助發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)及實(shí)施方案，通過實(shí)際應(yīng)用以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，證明輔發(fā)并網(wǎng)供電不僅能滿足鉆井施工的要求，而且節(jié)能減排，降耗增效效果顯著，在電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上有較廣闊的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：輔發(fā)并網(wǎng)；電動(dòng)鉆機(jī)；升級(jí)改造；節(jié)能增效

1　引言

具有自備電站的電動(dòng)鉆機(jī)，其動(dòng)力系統(tǒng)一般由3－5臺(tái)主機(jī)和1－2臺(tái)輔助的柴油發(fā)電機(jī)組組成。在正常鉆井生產(chǎn)中，根據(jù)負(fù)載大小通常由主機(jī)單獨(dú)或并網(wǎng)提供所需動(dòng)力。按照常規(guī)要求，主、輔機(jī)不允許并網(wǎng)使用。在整個(gè)鉆井周期中，主機(jī)負(fù)載率只有50%左右的運(yùn)行情況比較常見，而且占比較高。因此，造成了燃油消耗高、效率低下、生產(chǎn)成本高等問題。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查研究，提出了動(dòng)力系統(tǒng)的智能化管理和輔機(jī)并網(wǎng)的解決措施。通過對(duì)一套原裝備的技術(shù)改造和升級(jí)，經(jīng)DX1781水平井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，取得了成功，達(dá)到了預(yù)期的效果。本文就其中的輔機(jī)并網(wǎng)控制技術(shù)予以介紹。

2　技術(shù)方案

2．1動(dòng)力供電網(wǎng)絡(luò)

一種典型的7000m直流電動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力供電網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，其中，GEN1－GEN4為主機(jī)，一般為CAT35＋SR4或其他同等功率國(guó)產(chǎn)系列機(jī)組，單機(jī)參數(shù)為：3PH／50Hz、600V、1900kVA、0．7PF。根據(jù)功率需求，可以單機(jī)或多機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，GUAX為輔機(jī)，參數(shù)為：3PH／50Hz、400V、400kVA、0．8PF。與主機(jī)通過600V／400V的變壓器一起為輔助用電提供電源，常規(guī)要求這兩路不能同時(shí)供電。

圖1　 7000m電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力供電網(wǎng)絡(luò)

2．2運(yùn)行存在問題

按照標(biāo)準(zhǔn)要求配置的動(dòng)力系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆井生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：在相當(dāng)長(zhǎng)的鉆井周期內(nèi)，需要的動(dòng)力在整臺(tái)主機(jī)發(fā)電能力的110% －120%左右，少運(yùn)行1臺(tái)不夠，多1臺(tái)功率又余量較多，這種狀況在許多使用電動(dòng)鉆機(jī)的井隊(duì)普遍存在，特別是在直流電動(dòng)鉆機(jī)上更為嚴(yán)重，導(dǎo)致燃油消耗高、效率低下，運(yùn)行成本居高不下等問題，在鉆井成本費(fèi)用控制要求越來越嚴(yán)，鉆井利潤(rùn)與井隊(duì)工人效益掛鉤的大環(huán)境下使得許多井隊(duì)使用電動(dòng)鉆機(jī)的積極性不高。

2．3改造技術(shù)方案

針對(duì)以上存在的問題，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況的仔細(xì)觀測(cè)和分析，認(rèn)為造成這種問題的原因雖然很多，但主要原因是電網(wǎng)的諧波較大，造成功率因數(shù)較低，所需功率（包括瞬時(shí)功率）正好在整臺(tái)主機(jī)的空檔中間。諧波大、功率因數(shù)低是由于占電網(wǎng)70%的負(fù)載均為六脈動(dòng)的變流裝置，且所需功率處于整臺(tái)主機(jī)的空檔中間的實(shí)際工況所致。通過加裝無功補(bǔ)償或動(dòng)態(tài)有源濾波可以解決諧波大和功率因數(shù)低的問題；能力匹配在已有鉆機(jī)上，只要改變輔機(jī)不能并網(wǎng)的常規(guī)做法，允許輔機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，這樣在大多數(shù)情況下基本上就可解決，升級(jí)改造以此為目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)方案。

3　技術(shù)措施

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，首先需要對(duì)原發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制功能進(jìn)行升級(jí)，也就是達(dá)到允許輔機(jī)并網(wǎng)。由于主、輔機(jī)輸出電壓不同，中間又有變壓器，不可避免地造成控制滯后，對(duì)此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和調(diào)試時(shí)應(yīng)特別注意。其次，由于主、輔機(jī)功率不同，負(fù)載不能按絕對(duì)值分擔(dān)，因此需要設(shè)計(jì)按百分比功率分擔(dān)的均衡控制系統(tǒng)；第三，對(duì)輔機(jī)控制系統(tǒng)需要進(jìn)行升級(jí)，使其控制能力與主機(jī)一致，即轉(zhuǎn)速和電壓的調(diào)節(jié)特性、功率均衡特性必須基本一致；第四，當(dāng)實(shí)際增加的負(fù)載超過輔機(jī)允許的能力并且達(dá)到了規(guī)定的時(shí)限后，控制系統(tǒng)必須提示操作者。

4　改造過程

4．1輔機(jī)調(diào)速改造

拆除原輔機(jī)的調(diào)速板，設(shè)計(jì)與主機(jī)同一功能的調(diào)速板對(duì)輔機(jī)的燃油閥門進(jìn)行控制，從而控制輔機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于主機(jī)調(diào)速功能通過AC模塊經(jīng)雙閉環(huán)控制并以母線均衡方式進(jìn)行控制，因此輔機(jī)的調(diào)速也必須同樣采用AC模塊或同功能模塊經(jīng)雙閉環(huán)控制并以母線均衡方式進(jìn)行控制。

4．2輔機(jī)調(diào)壓改造

拆除原輔機(jī)的調(diào)壓板，設(shè)計(jì)與輔機(jī)同一功能的調(diào)壓板對(duì)輔機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，從而控制發(fā)電機(jī)的電壓。由于主機(jī)調(diào)壓功能通過AC模塊經(jīng)雙閉環(huán)控制并以母線均衡方式進(jìn)行控制，因此輔機(jī)的調(diào)壓也必須同樣采用AC模塊或同功能模塊經(jīng)雙閉環(huán)控制并以母線均衡方式進(jìn)行控制。

4．3輔機(jī)控制總成

對(duì)輔機(jī)進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)速改造以后，還需要增加一套控制柜，主要器件有斷路器、控制管理器等，實(shí)現(xiàn)允許輔機(jī)并網(wǎng)、按百分比分配負(fù)荷、自動(dòng)微調(diào)壓、微調(diào)速及智能控制功能等。

5　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2014年5月10日，鉆井公司70207鉆井隊(duì)在DXHW1781水平井開鉆，輔發(fā)并網(wǎng)試驗(yàn)也同時(shí)開始，鉆井施工6個(gè)月后圓滿完成任務(wù)。經(jīng)過具有資質(zhì)并被中石油認(rèn)可的四川科特石油工業(yè)井控質(zhì)量安全監(jiān)督測(cè)評(píng)中心依據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，證明各項(xiàng)電氣參數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，燃油消耗量明顯降低。測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1　設(shè)備機(jī)組信息表

由測(cè)試數(shù)可知輔機(jī)并網(wǎng)后燃油消耗率下降明顯，較全主機(jī)運(yùn)行減少了36．1g／kWh，節(jié)能率達(dá)

15．2%。負(fù)載率較全主機(jī)運(yùn)行模式提高了15．4個(gè)百分點(diǎn)，升幅達(dá)50．7%。有效減小燃油消耗，降低運(yùn)行成本；③提高輔助機(jī)的使用率，尤其在輔助作業(yè)工程如電測(cè)、固井侯凝、裝防噴器及其管線時(shí)。因此具有較廣闊的推廣應(yīng)用前景。

表2　各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)

6　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過升級(jí)改造的電動(dòng)鉆機(jī)通過實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)使用以及數(shù)據(jù)測(cè)試，證明輔發(fā)并網(wǎng)具有以下功能：①能完全滿足鉆井工藝的需要；②在同等工況下能

參考文獻(xiàn)：

［1］孫亞平．柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制技術(shù)探析．移動(dòng)電源與車輛［J］．2005，（2）．

［2］張奇志．電動(dòng)鉆機(jī)自動(dòng)化技術(shù)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2006．

中圖分類號(hào)：TE922

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2015）03—0045—02

作者簡(jiǎn)介：

方永春（1966－），男，漢族，湖北省棗陽(yáng)縣人，高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)。主要從事鉆井設(shè)備技術(shù)管理工作。

收稿日期：2014－06－28

Application of auxiliary generator grid－connected technology in electric drilling rig

FANG Yong－chun，SHI Yuan－zheng，HE Long，ZHAO Hui
（Karamay Drilling Company of CNPC Xibu Drilling Engineering Co．，Ltd．，Karamay 834009，China）

Abstract：The auxiliary generator grid－connected technology and implementation plan of electric drilling rig are introduced．Through the practical application and the field test，it is proved that the auxiliary generator gridconnected power supply can not only meet the requirements of drilling construction，and has obvious effects of energy saving and emission reduction，consumption decrease and efficiency improvement．It also has a broad prospect of popularization and application on the electric drilling rig．

Key words：auxiliary generator grid－connection；electric drilling rig；upgrading reformation；energy efficiency