大慶外圍油田鉆井“以電代油”應(yīng)用分析

楊旭升

大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠

隨著油田開發(fā)的深入，油田電網(wǎng)的覆蓋面逐漸增大，部分鉆機改用電網(wǎng)電能為其提供動力，既節(jié)省動力費，又滿足節(jié)能環(huán)保的要求[1]。試驗性地應(yīng)用于部分區(qū)塊的“以電代油”鉆機在節(jié)能降耗方面有較好的效果，根據(jù)鉆井公司提供數(shù)據(jù)，節(jié)電約30%[2]。

1 鉆機基本情況

目前按驅(qū)動設(shè)備類型的不同可把鉆機分為柴油機驅(qū)動鉆機（柴油機驅(qū)動機械轉(zhuǎn)動鉆機和柴油機驅(qū)動液力傳動鉆機）、電驅(qū)動鉆機（直流電驅(qū)動鉆機和交流電驅(qū)動鉆機）?，F(xiàn)在用于鉆機的電傳動系統(tǒng)由多臺柴油發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)出50 Hz、600 V的交流電，經(jīng)傳動柜整流為0～750 V直流電去驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵；經(jīng)控制柜變交流600 V為380 V/220 V去驅(qū)動鉆井輔機及提供井場照明[3]。

30D、40D鉆機（半油半電型）為井區(qū)內(nèi)除鉆井泵（泥漿泵）以外的主要用電設(shè)備，其中鉆井泵部分采用柴油發(fā)動機直驅(qū)機械轉(zhuǎn)動方式，所以用電負(fù)荷較小[4]。50D鉆機的運行負(fù)荷為2 600 kW，其中鉆井泵電動機用電負(fù)荷為2×1 000 kW，井區(qū)其他設(shè)備用電負(fù)荷為500 kW，生活用電負(fù)荷為100 kW。50D以上鉆機均可以采用全電驅(qū)動鉆機或者全柴油驅(qū)動型鉆機[5]。表1為鉆機能耗參數(shù)。由表1可知，單考慮鉆機情況，一般鉆1口井的時間為3～7天，按照平均5天鉆1口井[6]估算，采用“以電代油”鉆機節(jié)能效果明顯，電鉆動力成本節(jié)省達到30%左右。

表1 鉆機能耗參數(shù)Tab.1 Energy consumption parameters of drilling rig

2 “以電代油”鉆機適用性

2.1 電網(wǎng)和變電所能力

根據(jù)鉆機用電負(fù)荷分析，負(fù)荷波動大，同時運行系數(shù)低，需要按照最大運行負(fù)荷考慮電網(wǎng)和變電所的供電能力。因為要充分利用已建電網(wǎng)富裕能力，需要核實上下級導(dǎo)線的載流量以及變電所的接帶能力。由于鉆機用電負(fù)荷波動比較大，故對電網(wǎng)沖擊也較大，不適合接在油田內(nèi)部生產(chǎn)用10 kV及以下等級電力系統(tǒng)上[7]。目前可用于接帶“以電代油”鉆機多為35 kV油田電網(wǎng)和110/35 kV變電所，為滿足鉆機不同電壓等級負(fù)荷的運行要求，還需要租用35/10箱式變?？梢愿鶕?jù)計算變電所和導(dǎo)線載流的裕量來核實是否具有接帶能力。表2為“以電代油”鉆機所需電網(wǎng)和變電所裕量。

表2 “以電代油”鉆機所需電網(wǎng)和變電所裕量Tab.2 Electricity network and substation gauge required for"electricity instead of oil"

2.2 供電半徑

考慮后期轉(zhuǎn)產(chǎn)能建設(shè)線路要求，規(guī)劃鉆井線路采用3×LJ-120型導(dǎo)線。按照10 kV三相平衡負(fù)荷架空線路的電壓降計算，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）參數(shù)[8]，該導(dǎo)線在35℃環(huán)境溫度下理論載流量為330 A，而變電所的保護定值為200 A。功率因數(shù)按0.85計算，30D、40D鉆機按國家標(biāo)準(zhǔn)電壓偏差不大于±7%計算，50D鉆機自帶變壓器具備有載調(diào)壓功能，按電壓偏差不大于±15%計算。考慮變電所的保護定值，線路所帶負(fù)荷不超過2 945 kW。不同供電半徑情況下所允許負(fù)載見表3、表4。

表3 電壓降Δu≤7%情況下各供電半徑允許負(fù)荷情況Tab.3 Permissible load of each power supply radius when voltage drop Δu≤7%

由表3、表4可知，供電半徑對鉆機的選擇有較大的影響。產(chǎn)能建設(shè)初期，主要負(fù)荷為鉆機負(fù)荷，受到35 kV變電所繼電保護能力的制約以及鉆機負(fù)荷性質(zhì)的影響，分散無功補償裝置的容量需要在鉆機自帶箱式變內(nèi)考慮，達到提供功率因數(shù)以保證供電質(zhì)量的目的。對于30D型半電型鉆機，供電半徑在18 km以內(nèi)可以接帶；對于40D、50D鉆機，供電半徑在12 km以內(nèi)可以接帶；若在線路上考慮分散無功動態(tài)補償，效果會更好。

表4 電壓降Δu≤15%情況下各供電半徑允許負(fù)荷情況Tab.4 Permissible load of each power supply radius when voltage drop Δu≤15%

2.3 鉆井線路轉(zhuǎn)產(chǎn)能建設(shè)線路

根據(jù)目前估算，外圍油田10 kV架空線路的建設(shè)費用約為11萬元/km（不考慮征地費）。考慮實際情況，線路拆除后再利用率較低且拆除人工費較高，除井具、隔離開關(guān)等設(shè)備外，如線桿和架空導(dǎo)線利舊難度很大，在論證階段按照30%建設(shè)費用考慮；所以，在考慮使用電動鉆機時產(chǎn)能建設(shè)線路轉(zhuǎn)產(chǎn)能率也是主要因素。

2.4 租用臨時變費用

基于油田相關(guān)規(guī)定，以及施工現(xiàn)場實際情況計算租用臨時變費用（含稅），詳見表5。

表5 租用臨時變費用明細(xì)Tab.5 Detailed costs of temporary substation

3 論證分析

3.1 電力參數(shù)計算與鉆機帶載能力

在供電半徑小于或等于12 km、變電所富裕容量大于或等于2 500 kVA時，可以允許1臺50D鉆機運行；在供電半徑小于或等于12 km、變電所富裕容量大于或等于1 600 kVA時，可以允許1臺40D鉆機運行；在供電半徑小于或等于18 km、變電所富裕容量大于或等于800 kVA時，可以允許1臺30D鉆機運行。如表6所示，藍(lán)色區(qū)域允許30D鉆機運行，綠色區(qū)域允許40D鉆機運行，黃色區(qū)域允許50D鉆機運行。

3.2 經(jīng)濟論證

根據(jù)以上分析，在線路和變電所容量滿足要求的情況下，還要分析“以電代油”的經(jīng)濟性。

表6 變電所容量、供電半徑與鉆機選擇Tab.6 Selection of substation capacity，power supply radius and drilling rig

電動鉆機的費用=線路建設(shè)和拆除費用（萬元）+變壓器租賃費用（萬元）+臨時征地費（萬元）+電鉆電費（萬元/d）×?xí)r間（d）

油驅(qū)鉆機的費用=柴油費用（萬元/d）×?xí)r間（d）

第一種情況：若鉆井線路完全轉(zhuǎn)產(chǎn)能線路，則線路建設(shè)和拆除費用不計。若利用電動鉆機的費用大于油驅(qū)鉆機的費用，可推薦油鉆，反之則推薦電鉆。

第二種情況：若鉆井線路不完全轉(zhuǎn)產(chǎn)能線路，轉(zhuǎn)產(chǎn)能部分線路不計，該部分費用可在產(chǎn)能建設(shè)中考慮，不能轉(zhuǎn)產(chǎn)能部分線路費用則屬于電動鉆機的費用。

電動鉆機的費用=建后拆除線路建設(shè)費用（萬元）+拆除費用 （0.5萬元/km）-拆除部分再利用的節(jié)省費用（30%×初始投資）+變壓器租賃費用（萬元）+臨時征地費（萬元）+電鉆電費（萬元/d）×?xí)r間（d）

4 應(yīng)用實例

某區(qū)塊[9]基建油水井35口，區(qū)塊范圍15.2 km×15.5 km，附近有可用的變電所及1回35 V線路。將租用的35/10 kV、4 000 kVA箱式變置于35 kV線路附近，至該區(qū)塊的供電半徑為6～10 km，井區(qū)以平臺井為主，采用50D鉆機。按照平臺有5口井計算，鉆井時間為1口井5天，則該平臺需25天。建設(shè)10 kV鉆井線路10 km，完鉆后需拆除6 km。電動鉆機的費用為103.96萬元，油鉆的費用為89.25萬元?？梢?，對于平臺數(shù)為5口井，電鉆成本較高。

若在供電半徑內(nèi)，不再增加線路費用和改變臨時變位置的前提下，鉆井線路轉(zhuǎn)產(chǎn)能率低時，鉆井周期可達29天，油鉆和電鉆成本相當(dāng)；若超過29天，即在相近區(qū)域鉆井超過6口時，則電鉆比較經(jīng)濟。

5 結(jié)束語

采用“以電代油”鉆機不僅提高作業(yè)效率，節(jié)約柴油消耗，而且具有較好的社會效應(yīng)，可減少大氣污染物的排放，降低噪聲污染，實現(xiàn)節(jié)約、綠色、清潔和高效生產(chǎn)。