電代油設(shè)備在石油鉆井中的效能分析

陳茂驍

（中國(guó)石油川慶鉆探公司川西鉆探公司，四川遂寧 629001）

0 引言

傳統(tǒng)鉆機(jī)主要使用柴油發(fā)電機(jī)組作為鉆井動(dòng)力設(shè)備，存在耗能高、二氧化碳排放污染較大、噪聲污染嚴(yán)重等問(wèn)題。隨著國(guó)家提出的“碳中和”和“碳達(dá)峰”雙碳目標(biāo)，川西鉆探公司積極倡導(dǎo)和發(fā)展綠色鉆井，充分利用地方網(wǎng)電富裕容量?jī)?yōu)勢(shì)，大力推廣以電能替代柴油的鉆井電代油項(xiàng)目。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)而言，大功率的鉆井設(shè)備通過(guò)高效的無(wú)功補(bǔ)償裝置，有效提高了鉆機(jī)效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著，降低了噪聲和空氣污染，且供能穩(wěn)定可靠。川西鉆探公司引進(jìn)該項(xiàng)目已多年，通過(guò)運(yùn)行實(shí)施積累了大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，本文通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和電價(jià)影響因素的分析，以提出鉆井隊(duì)用電建議和電代油項(xiàng)目盈利條件等[1]。

1 現(xiàn)狀分析

鉆機(jī)電代油裝置是將配電網(wǎng)末端變電站預(yù)先在工廠內(nèi)制造裝配，包括變壓器、高壓間隔和低壓間隔、控制設(shè)備、內(nèi)部接線、計(jì)量、補(bǔ)償、避雷器等輔助設(shè)備配置在一個(gè)公用外殼或一組外殼內(nèi)的一種成套變電站配電設(shè)備，其既有普通箱式變的完整功能又符合石油鉆機(jī)異地搬遷的可移動(dòng)和靈活轉(zhuǎn)運(yùn)特性，是一種油電改網(wǎng)電的供配電節(jié)能產(chǎn)品，是石油、天然氣陸地及海上鉆探生產(chǎn)供電、不斷變換供電場(chǎng)所的理想產(chǎn)品。一般來(lái)說(shuō)，電代油設(shè)備應(yīng)具有以下6 個(gè)特點(diǎn)：

（1）可以根據(jù)場(chǎng)地的要求和檢修方便，對(duì)高、低壓室和變壓器室進(jìn)行“目”字形或“品”字形布置。

（2）供電方式有終端型、環(huán)網(wǎng)型、雙電源供電等多種方式，進(jìn)出線方式也可采用架空或電纜進(jìn)線等；運(yùn)行安全可靠，維護(hù)方便，以及可移拖動(dòng)等。

（3）根據(jù)環(huán)境的要求可選擇多種顏色和材質(zhì)的外殼，使箱變與周?chē)h(huán)境和諧統(tǒng)一。

（4）具有成套性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、選址靈活、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以大大減少土地資源的浪費(fèi)及投資方建設(shè)變配電站的經(jīng)濟(jì)支出。

（5）可以根據(jù)用戶的要求選擇各種高低壓配置的開(kāi)關(guān)，滿足用戶的需求。

（6）具有安裝簡(jiǎn)單、方便、快捷的特點(diǎn)，并可根據(jù)使用場(chǎng)所的不同隨時(shí)移動(dòng)或轉(zhuǎn)運(yùn)。

目前川西鉆探公司共有電代油設(shè)備12 套，其中大容量3200 kV·A 共7 套，3300 kV·A 和2630 kV·A 各1 套，小容量630 kV·A 有3 套。大容量設(shè)備主要用于鉆機(jī)整體電代油項(xiàng)目實(shí)施，項(xiàng)目前期線路投資10～40 萬(wàn)元，該投資受現(xiàn)行油價(jià)、鉆機(jī)型號(hào)、鉆井設(shè)計(jì)井深、10 kV 主配電線纜（95 mm2以上）與井場(chǎng)距離、高壓線路容量、距離等因素影響，通過(guò)綜合評(píng)估其可行性后予以實(shí)施[2]。而小容量設(shè)備主要用于井場(chǎng)與網(wǎng)電10 kV 配電線纜較近，線徑35 mm2即可實(shí)施，投資小、效益較好，主要用于井場(chǎng)罐區(qū)、生活用電、照明用電等場(chǎng)合。

2 電價(jià)解析

電價(jià)主要受季節(jié)、用電時(shí)間和計(jì)價(jià)方式3 個(gè)因素的影響。

2.1 季節(jié)因素

對(duì)于川西鉆探公司來(lái)說(shuō)，受到影響的季節(jié)因素為，每年6—10 月份為豐水期，1—4 月份和12 月份為枯水期，5 月份和11月份為平水期，豐水期電價(jià)下浮25%，枯水期電價(jià)上浮50%。對(duì)于用電鉆井隊(duì)而言，鉆井作業(yè)生產(chǎn)應(yīng)主要安排在豐水或平水季節(jié)，枯水季節(jié)重點(diǎn)保養(yǎng)維修維護(hù)設(shè)備或進(jìn)行設(shè)備的搬遷安裝和拆除作業(yè)。

2.2 用電時(shí)間

用電時(shí)間劃分為7：00～11：00 和19：00～23：00 為高峰期，電價(jià)上浮33.5%；23：00～次日7：00 為低谷期，電價(jià)下浮50%；11：00～19：00 為平谷期，電價(jià)維持基準(zhǔn)價(jià)格。

該電價(jià)影響因素適用于全年，為節(jié)約用電消耗，及降低井隊(duì)能耗成本，結(jié)合鉆井隊(duì)實(shí)際情況，有如下指導(dǎo)建議：

（1）井隊(duì)在保證生產(chǎn)和安全等前提下，可選擇性的生產(chǎn)工作應(yīng)避開(kāi)兩個(gè)高峰期，即7：00～11：00 和19：00～23：00；將可能導(dǎo)致停止鉆進(jìn)的日常工作盡可能安排在白天，如設(shè)備日常維護(hù)、保養(yǎng)、維修等工作，并且晚上視野差、不安全因素多。在鉆進(jìn)期間，每天耗電量2×104～4×104kW·h，每小時(shí)平均耗電量為1250 kW·h。如果將1 h 的設(shè)備保養(yǎng)安排在白天，則至少節(jié)約電費(fèi)計(jì)算（僅與基準(zhǔn)電價(jià)做比較分析）1250×（0.76-0.38）=475 元。單井周期按300 d 計(jì)算，則可節(jié)省支出=14.25 萬(wàn)元。即采用錯(cuò)峰生產(chǎn)單井可節(jié)約電費(fèi)14.25 萬(wàn)元。

（2）相對(duì)于夜間，日間天電價(jià)均較高，而白天宿舍無(wú)人，可以關(guān)閉宿舍所有用電。以一個(gè)井隊(duì)30 棟宿舍計(jì)算，1 個(gè)生產(chǎn)夜班班組白天需要休息，最多占用5 棟宿舍，另再以5 棟為不可控需要打開(kāi)用電設(shè)備計(jì)算，即白天可關(guān)閉20 棟宿舍用電，防止空調(diào)、熱水器、電視等用電設(shè)備在無(wú)人狀況下打開(kāi)使用，僅以7：00～18：00 計(jì)算。每棟宿舍2 個(gè)房間，每個(gè)房間包括空調(diào)1.5 kW、熱水器1 kW、電視0.2 kW、電腦0.3 kW 等，計(jì)算功率值均取實(shí)際產(chǎn)品中較小值，最后以每個(gè)房間3 kW（即每棟6 kW）計(jì)算：節(jié)約生活用電費(fèi)用=綜合電價(jià)×單棟房間功率×（4×（1+電價(jià)上浮率）+7）×20×用電系數(shù)。其中，綜合電價(jià)取值1.2元，為綜合考慮各種電價(jià)影響因素后所得值（包括外包公司的服務(wù)費(fèi)0.5 元）；用電系數(shù)取0.7，即考慮有宿舍無(wú)電腦，用電設(shè)備實(shí)際綜合耗電等因素。通過(guò)計(jì)算，每天可節(jié)約生活用電費(fèi)用為1244 元。白天每關(guān)閉1 棟宿舍用電，可節(jié)約電費(fèi)62.2 元。以鉆井周期300 d 計(jì)算，300×1244=37.32 萬(wàn)元，這樣單井可節(jié)約總生活用電費(fèi)37.32 萬(wàn)元。

2.3 計(jì)價(jià)方式

計(jì)價(jià)方式主要分為一般工業(yè)用電（一步制電價(jià)）和大工業(yè)用電（二步制電價(jià)）兩種[3]。

（1）一步制電價(jià)基準(zhǔn)電價(jià)為0.76 元/（kW·h），即用電總費(fèi)用計(jì)算如下：用電總費(fèi)用=0.76×平谷用電量+0.76×1.335×高峰用電量+0.76×0.5×低谷用電量。

（2）二步制電價(jià)為1 kW 裝機(jī)容量初始費(fèi)用26 元/kW，鉆井隊(duì)裝機(jī)容量為3200 kW，即每月需要交納83 200 元初始費(fèi)用，后基準(zhǔn)電價(jià)為0.53 元/（kW·h），即用電總費(fèi)用=83 200+0.53×平谷用電量+0.53×1.335×高峰用電量+0.53×0.5×低谷用電量。

每種計(jì)價(jià)方式結(jié)合每天高低平3 個(gè)階段電價(jià)變化幅度，可計(jì)算出其全天綜合電價(jià)=基準(zhǔn)電價(jià)×=0.945×基準(zhǔn)電價(jià)。

綜合電價(jià)c=0.945z，其中z 為基準(zhǔn)電價(jià)。因此，一步制電價(jià)綜合電價(jià)=0.945×0.76=0.72 元，二步制電價(jià)綜合電價(jià)=0.945×0.53=0.50 元。

兩種計(jì)價(jià)方式對(duì)電代油單個(gè)項(xiàng)目盈利有著不同的影響。對(duì)于川西鉆探公司來(lái)講，一步制電價(jià)每多用一度電，相對(duì)于柴油機(jī)發(fā)電，都可以產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益；實(shí)際電代油建設(shè)中，地方電網(wǎng)多以二步制電價(jià)實(shí)施工業(yè)用電，如目前每月初始電費(fèi)為83 200元，由鉆井隊(duì)承擔(dān)，電代油項(xiàng)目月盈利則需滿足以下條件：

以1×104kW·h 電折算2.6 t 柴油、每噸柴油5000 元計(jì)算，則月用電費(fèi)用=月用電量×2.6×5000，大于83 200+月用電量×0.5×10 000。

通過(guò)計(jì)算，月用電量大于10.4×104kW·h 時(shí)才能盈利，即日耗電量低于3466 kW·h，電代油項(xiàng)目開(kāi)始虧損。所以井隊(duì)主要生產(chǎn)任務(wù)結(jié)束后，如完井后守井期間，應(yīng)盡快停止使用電代油設(shè)備，使用小功率柴油發(fā)電機(jī)替代。即，則電代油月盈虧x＞。其中，x 為鉆井單月用電量，y 為二步制電價(jià)中每月初始電費(fèi)；a 為1 萬(wàn)度電折算柴油系數(shù)，一般取2.2～2.8，具體根據(jù)本單位電代油考核系數(shù)確定；b 為柴油單價(jià)，c 為二步制用電綜合電價(jià)。

3 單井用電分析

首先對(duì)大深001-X4 井整個(gè)鉆井周期的單井用電量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到表1 所示的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該井設(shè)計(jì)井深5570 m，共5開(kāi)，用電時(shí)長(zhǎng)337 d，總耗電量470×104kW·h，其中單日最大用電量、單日最小用電量、平均用電量分別為1.21×104kW·h、3.96×104kW·h 和1.23×104kW·h。

表1 大深001-X4 用電統(tǒng)計(jì)

大深001-X4 單井用電曲線如圖1 所示，可以看出共有7 次用電低谷期，分別為5 次固井和2 次處理井下復(fù)雜。通過(guò)5 次固井可以將鉆井5 開(kāi)明顯區(qū)分開(kāi)，從圖中可以看到二開(kāi)和三開(kāi)期間，鉆進(jìn)單日耗電量可達(dá)到3.9×104kW·h，前3 開(kāi)耗電量338×104kW·h，約占總耗電量72%。

圖1 大深001-X4 單井電代油用電曲線

然后對(duì)雙魚(yú)001-1 井整個(gè)鉆井周期的單日用電量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到表2 所示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該井設(shè)計(jì)井深5850 m，共5開(kāi)，用電時(shí)長(zhǎng)328 d，總耗電量379×104kW·h，其中單日最大用電量、單日最小用電量、平均用電量分別為3.92×104kW·h、0.16×104kW·h 和1.23×104kW·h。

表2 雙魚(yú)001-1 用電統(tǒng)計(jì)

雙魚(yú)001-1 單井用電曲線如圖2 所示，可以看出共5 次用電低谷期，分別為5 次固井。通過(guò)5 次固井可以將鉆井5 開(kāi)明顯區(qū)分開(kāi)，從圖中可以看到二開(kāi)和三開(kāi)期間，鉆進(jìn)單日耗電量可達(dá)到3.9×104kW·h，前3 開(kāi)耗電量251.55×104kW·h，占總耗電量66%。

圖2 雙魚(yú)001-1 單井電代油用電曲線

通過(guò)對(duì)鉆機(jī)類(lèi)型相同、設(shè)計(jì)井深相近的兩口井電代油單井用電量分析，由于大深001-X4 井存在2 次處理井下復(fù)雜，導(dǎo)致整個(gè)鉆井周期耗電量增加，單前3 開(kāi)在占整個(gè)鉆井周期57.6%情況下耗電量仍然達(dá)到72%，而雙魚(yú)001-1 井前3 開(kāi)占鉆井周期46.4%時(shí)耗電量達(dá)到71.6%，所以電代油設(shè)備使用在這期間效益最高[4]。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)用電時(shí)間對(duì)電價(jià)影響分析，提出井隊(duì)用電指導(dǎo)意見(jiàn)。井隊(duì)在保證生產(chǎn)和安全等前提下，可選擇性的生產(chǎn)工作應(yīng)避開(kāi)兩個(gè)高峰期；將可能導(dǎo)致停止鉆進(jìn)的日常工作盡可能安排在白天，如設(shè)備日常保養(yǎng)，并以1 h 工作合理安排為計(jì)算，可至少節(jié)約成本475 元；白天宿舍無(wú)人，可以關(guān)閉宿舍所有用電，白天每合理關(guān)閉一棟宿舍用電，每天可節(jié)約電費(fèi)62.2 元。

（2）通過(guò)電價(jià)計(jì)價(jià)方式推導(dǎo)出綜合電價(jià)c=0.945z，一步制和二步制電價(jià)綜合單價(jià)分別為0.72 元和0.50元。在二步制電價(jià)中，以每噸柴油5000 元計(jì)算，當(dāng)日均耗電量低于3466 kW·h 時(shí)電代油項(xiàng)目開(kāi)始虧損，并推導(dǎo)出電代油單月盈虧。

（3）通過(guò)對(duì)大深001-X4 井、雙魚(yú)001-1 井日用電數(shù)值分析，從統(tǒng)計(jì)曲線中分析每開(kāi)鉆井用電情況，電代油設(shè)備使用效益最高期為前3 開(kāi)鉆井期間，單日耗電量大，最大可達(dá)到3.9×104kW·h，在占鉆井周期46.4%～57.6%情況下，耗電量達(dá)到整井耗電量64.4%～71.2%，因此電代油安裝投產(chǎn)越早經(jīng)濟(jì)效益越好。