鉆機網(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際工程公司，四川成都 610056）

0 引言

隨著國內(nèi)柴油價格的升高及國家層面對環(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)動鉆機已經(jīng)顯示出越來越大的優(yōu)勢。鉆機網(wǎng)電裝置作為一種新型裝置，在推廣應(yīng)用以來，得到了迅猛發(fā)展。

1 鉆機網(wǎng)電裝置的分類介紹

根據(jù)所配置使用的鉆機類型的不同，鉆機網(wǎng)電裝置可分為以下2 種。

1.1 DB/D 鉆機網(wǎng)電裝置（圖1）

圖1 DB/D 鉆機網(wǎng)電裝置

DB/D 鉆機的網(wǎng)電改造相對比較簡單，原鉆機的井架、底座、游吊系統(tǒng)、絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、固控系統(tǒng)、輔助發(fā)電機、SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器）/VFD（Variablefrequency Drive，變頻驅(qū)動）系統(tǒng)等均不做改動。改造后，鉆機由柴油機發(fā)電轉(zhuǎn)為工業(yè)電網(wǎng)供電，高壓電源引自附近10 kV線路，高壓房設(shè)置進線孔，采用高壓電纜敷設(shè)至高壓房10 kV進線/計量單元，10 kV 進線/計量單元配置有電量測試儀及微機綜合保護以保證網(wǎng)電安全、可靠、穩(wěn)定運行；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)電機組為SCR/VFD 電控房提供動力。當(dāng)網(wǎng)電停電時可開啟原先的600 V 發(fā)電機組并將雙電源切換至發(fā)電機工作模式為SCR/VFD 電控房提供動力，鉆機即可正常進行作業(yè)。濾波補償房根據(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以上并可對諧波進行抑制。經(jīng)過無功補償和諧波抑制后，滿足國家對公用電網(wǎng)諧波限制的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 LDB/L 鉆機網(wǎng)電裝置

LDB/L 鉆機網(wǎng)電改造較電動鉆機要相對復(fù)雜，原鉆機的井架、底座、游吊系統(tǒng)、絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、固控系統(tǒng)、輔助發(fā)電機、MCC（Motor Controlled Center，電機控制中心）系統(tǒng)等均不作改動，改造后的鉆機動力主要采用工業(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1 個600 V/400 V 變壓器將400 V 電源引到MCC 母排上，帶動轉(zhuǎn)盤和井場其他用電設(shè)備，同時用2 臺電機替代柴油機位置，通過液力偶合器驅(qū)動聯(lián)動箱，帶動絞車/轉(zhuǎn)盤、鉆井泵運轉(zhuǎn)。電機動力機組與柴油機動力機組可以進行互換，另外2 臺柴油機作為備用動力設(shè)備，在不滿足電網(wǎng)的情況下，可以恢復(fù)到原來的4 臺柴油機驅(qū)動鉆機的狀態(tài)。在工業(yè)電網(wǎng)停電的工況下，由原鉆機備用的2 臺柴油機組+液力耦合器給減速箱提供機械動力，400 V 輔助發(fā)電機組提供井場用電，鉆機可正常進行作業(yè)。這種改造方案需要2 套電機調(diào)速器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，或者用交流電機取代柴油機，通過軟啟動器將電機安全啟動，用液力偶合器實現(xiàn)調(diào)速（圖2）。

圖2 LDB/L 鉆機網(wǎng)電裝置

2 鉆機網(wǎng)電裝置所面臨的主要問題

近幾年來，隨著國內(nèi)鉆機制造業(yè)的快速發(fā)展，新型鉆機已經(jīng)進入到了各油田內(nèi)部市場。新型的鉆機網(wǎng)電裝置正發(fā)揮著節(jié)能、環(huán)保、安全等特點下的優(yōu)勢。該鉆機系統(tǒng)也正逐步替代以往的機械鉆機，也將把傳統(tǒng)的機械鉆機時代推向一個新的時代——全電動鉆機時代，并為未來的全自動鉆機時代奠定了基礎(chǔ)。但是任何一項新技術(shù)的普及與發(fā)展都將面臨著各種各樣的問題。新型的鉆機網(wǎng)電裝置在發(fā)揮優(yōu)勢同時，也帶來了一系列的問題。網(wǎng)電裝置在使用過程中所面臨的問題主要有5 個。

（1）部分網(wǎng)電裝置穩(wěn)定性存在一定的欠缺。在施工過程中經(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)計網(wǎng)電的廠家分布于全國各地，種類千差萬別，難以滿足標(biāo)準(zhǔn)化采購的要求，無法實現(xiàn)互換，造成重復(fù)性浪費較大；網(wǎng)電電機的通用性、適應(yīng)性較差，目前沒有專門為鉆機網(wǎng)電裝置設(shè)計的交直流電機，均為從類似設(shè)備改造而成。

（2）人員對設(shè)備適應(yīng)性不強。石油鉆井行業(yè)自20 世紀50 年代開始使用傳統(tǒng)的機械鉆機至今，對機械鉆機設(shè)備的修理及保養(yǎng)維護已經(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)一定知識儲備的員工才能操作駕馭。所以鉆機網(wǎng)電裝置要想在國內(nèi)油田站穩(wěn)，就必然要通過設(shè)備升級和向新老員工進行技術(shù)培訓(xùn)來相互融合。

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

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

（5）設(shè)備檢修、維護、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間來完善，它既需要專業(yè)的電氣工程知識、鉆井工程技術(shù)知識，還需要對傳統(tǒng)的鉆井人習(xí)慣及思維模式的了解。因此能夠針對該類網(wǎng)電鉆機的操作規(guī)程及保養(yǎng)方法的問世必將經(jīng)歷一個漫長的過程。這些問題都會對網(wǎng)電鉆機的快速普及起到制約作用。

3 鉆機網(wǎng)電裝置配套建議

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

（1）鉆機生產(chǎn)廠家在設(shè)計制造過程中要考慮網(wǎng)電使用的可能性，在電控房上預(yù)留出網(wǎng)電進線接口、在房內(nèi)設(shè)置網(wǎng)電進線框，與發(fā)電機進線相設(shè)計連鎖保護。對于全電動鉆機，可以在600 V/400 V 變壓器進線框設(shè)置網(wǎng)電進線接口，可以在鉆井現(xiàn)場網(wǎng)電容量不夠時用網(wǎng)電來負載400 V 等級用電設(shè)備的供電。

（2）對于有2 個或以上電控房的交流鉆機如70DB/90DB/120DB，可以考慮在每個獨立的電控房電源進線柜中設(shè)置網(wǎng)電接口和斷路器，當(dāng)鉆井現(xiàn)場網(wǎng)電容量不能負載所有設(shè)備時,可以考慮網(wǎng)電和發(fā)電機電源分開供電，在一定程度上也能降低成本。

（3）對于直流鉆機生產(chǎn)廠家在設(shè)計生產(chǎn)中要將無功補償房接口、進線斷路器預(yù)留出來，在鉆機使用網(wǎng)電時，無功補償濾波裝置對提高供電電壓質(zhì)量具有十分明顯的效果。同時較高的功率因數(shù)也能避免繳納無功電費，對于減小能量損耗、提高線路使用壽命都有益處。濾波裝置能夠降低電壓電流畸變率，降低諧波對于公共電網(wǎng)的污染。

（4）對于LDB/L 型機電復(fù)合鉆機而言，要在聯(lián)動箱上設(shè)置4個輸入軸接口，當(dāng)井隊用2 臺網(wǎng)電電動機取代柴油機時還能保留2 臺柴油機，確保網(wǎng)電停電時有柴油機工作、井隊鉆進工況不影響正常生產(chǎn)。

（5）網(wǎng)電設(shè)備制造廠家在設(shè)計制造網(wǎng)電房時，應(yīng)考慮模塊化設(shè)計，即網(wǎng)電高壓室、變壓器、無功補償濾波裝置、網(wǎng)電電機控制及其他輔助設(shè)施，盡量做成簡單、獨立的橇裝模塊。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)場的實際需要調(diào)撥網(wǎng)電模塊，既保障現(xiàn)場使用，又提高了設(shè)備使用率。

（6）網(wǎng)電房在設(shè)計制造時，要在網(wǎng)電房上設(shè)計預(yù)留出頂驅(qū)接線窗口及斷路器，方便使用頂驅(qū)時的接線。同時也要考慮網(wǎng)電停電時能將發(fā)電機400 V 電源通過網(wǎng)電變壓器升壓至600 V，并可以將網(wǎng)電和發(fā)電機進線的互鎖保護解除掉，將電源送至頂驅(qū)變頻房，保證特殊情況下不耽誤井隊正常生產(chǎn)。

（7）對于LD/L 型機電復(fù)合鉆機的網(wǎng)電改造有很多方案，對于負荷較小的鉆井或試氣修井現(xiàn)場來說，可以考慮使用2 臺交流電機替代柴油機，電機通過軟啟動裝置實現(xiàn)安全啟動，使用液力偶合器實現(xiàn)自動或手動調(diào)速，這種改造方案簡單，周期短，投資較小，比較適合現(xiàn)場使用。

（8）對于網(wǎng)電裝置低壓房在制作的過程中，可以考慮加入2～3 臺發(fā)電機控制柜，在其他在用發(fā)電機組富裕的情況下，可以考慮在網(wǎng)電停電、電網(wǎng)出現(xiàn)故障時使用發(fā)電機組，鏈條箱主體部分不做改動。

4 結(jié)論

雖然鉆機網(wǎng)電技術(shù)在實際使用中還面臨諸多問題，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，通過結(jié)合上述改造建議，進行必要的升級改造，相信未來鉆機網(wǎng)電裝置的市場會越來越大。