石油鉆井電動鉆機節(jié)能創(chuàng)效研究

種奉剛

摘 要：當前，提速增效已成為采油企業(yè)應對能源市場及自身運營壓力的重要發(fā)展策略，在這一背景下，采油企業(yè)開始了對傳統(tǒng)采油設備的改造，通過工藝優(yōu)化和新設備改進，已逐步提升了采油企業(yè)的采油效率。采油設備的節(jié)能降耗是一個系統(tǒng)性的推進工程，需要管理制度、設備升級、技術研發(fā)等層面的共同推動下得以實現(xiàn)。本文就我國油田設備管理的現(xiàn)狀進行了解讀，并對采油企業(yè)的節(jié)能降耗實踐策略展開分析，將為采油設備節(jié)能降耗工作的科學、高效開展提供參考。

關鍵詞：電動鉆機;節(jié)能;創(chuàng)效

國民經(jīng)濟的快速發(fā)展對原油的需求進一步的提升，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活對原油的依賴性也日益凸顯。不可忽視的是，我國油田企業(yè)面臨著越來越嚴峻的國際原油市場環(huán)境和國內(nèi)環(huán)境資源壓力，提速增效成為采油企業(yè)應對日益嚴峻的國內(nèi)外市場壓力的重要抉擇。當前，我國多數(shù)油田已開始邁入開采的中后期，特殊或復雜環(huán)境的開采日趨常態(tài)化，這就需要設備管理部門要充分借鑒國內(nèi)外先進的設備節(jié)能的模式和經(jīng)驗，通過優(yōu)選節(jié)能設備，優(yōu)化技術配套，從而實現(xiàn)采油裝備總功率的下調(diào)，這將對提高采油的經(jīng)濟效益具有的作用[1]。就這一層面上出發(fā)，對石油電動鉆機系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)和應用，將成為企業(yè)持續(xù)發(fā)展中的重要支點。此次研究過程中，通過對缸套的優(yōu)化使得柴油機的輸出功率與實際負荷之間達成了平衡，整個系統(tǒng)的能耗得以顯著的降低，表現(xiàn)出較好的節(jié)能效果。

1 電動鉆機的主要組成及性能

此次研究中的電動鉆機的動力機組是以柴油為能源的油--電動力機組。在日常的工作中，這一機組通過SCR（可控硅）的轉換提供系統(tǒng)所需的電能，絞車、轉盤、泥漿泵在電能的驅動下完成作業(yè)。

1.1 機組電動鉆機的特點

①該型柴油機--交流發(fā)電機的機組，在柴油機的工作中，其工作的轉速為額定轉速，轉速不可調(diào);②機組的整體效能，受到兩大方面的制約，一方面柴油發(fā)電機本身的性能會影響到整機組的容量，另一方面交流發(fā)電機的功率也會對機組的容量產(chǎn)生一定的影響;③發(fā)電機的輸出電流和功率易受到轉速的高低、扭矩大小的影響;④可控硅的晶閘管有四層結構構成，導致耐過電壓和過流電壓的能力較差。其根據(jù)功率的工作原理可知，在可控硅的應用上，電流越大其熱功率也就越大[2]。

1.2 機組發(fā)電機的特點

①柴油發(fā)電機的功率與油耗之間存有聯(lián)系，但柴油機運行至持續(xù)功率的時候，其能耗的水平最低;②發(fā)電機的臺數(shù)決定了發(fā)電機組的容量和能耗，在確保機組總功率的前提下，有效減少電機的使用臺數(shù)，能夠起到節(jié)能的目的;③應具有電網(wǎng)的功率因數(shù)分析來降低整個電力的電流，提高電壓;④電機和發(fā)電機的能耗浪費主要集中在熱損耗的問題，應在運行的過程中，對電機及發(fā)電機的過熱情況進行有效地干預。

1.3 機組電機的優(yōu)化原理

直流電機輸出扭矩M、轉速N、電樞電流I、直流電壓V之間的關系如下：P=I×U，M=Cm×Φ×I，N=K×Ea/Φ，Ea=V-I（Ra+Rf）?；谶@一公式的推導可知，在機組的運行過程中，電機的輸出扭矩和電流之間有著直接的關系，前者的扭矩越大，后者的電流越大，同時消耗在電機勵磁線圈內(nèi)阻和為電機電樞內(nèi)阻上的電功率也就越大。當這一情況發(fā)生時，機組電機的效率就會明顯的下降，同時會使電機發(fā)熱[3]。

2 鉆井參數(shù)固定的前提下對泥漿泵的優(yōu)化

此次研究中，在鉆井參數(shù)固定的情況下，對泥漿泵的缸套進行了優(yōu)化，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。以某基層鉆井對為例，其配有三臺MOG1500型的發(fā)電機組，總功率為1400kW。開鉆之后的鉆井參數(shù)如下：鉆井液密度為1.8g/cm3;排量為41.8L。在鉆井參數(shù)固定的情況下，Φ170mm缸套與Φ140mm缸套的參數(shù)比對效果具有顯著差異（見表1）。

由上表的比對數(shù)據(jù)可知，Φ170mm缸套的為泵壓23.5MPa;SCR直流電壓為380V;直流電流為1600A;發(fā)電機組電600V;總有功功率560kVA;功率因數(shù)0.45;柴油日耗9t。Φ140mm缸套的為泵壓25MPa;SCR直流電壓為530V;直流電流為1200A;發(fā)電機組電600V;總有功功率830kVA;功率因數(shù)0.94;柴油日耗9t。在機組中使用Φ140mm缸套的節(jié)能效果比較明顯，與Φ170mm缸套的相比，能夠日節(jié)省柴油約2t左右。

3 石油鉆井電動鉆機節(jié)能效果分析

實驗研究中，通過對上述兩組數(shù)據(jù)的比對分析可以發(fā)現(xiàn)，機組功率因數(shù)提高后，整個電流得到了顯著的下降，這樣就能夠較好地解決在機組運轉的過程中設備過熱的問題。同時，可控硅的發(fā)熱問題也得到了進一步的下降，設備的整體使用效率得以顯著的提升。技改完成之后的評測中也顯示電機電刷的使用壽命獲得了提高，電機刷架因高溫而變形的問題未再出現(xiàn)。

4 石油鉆井電動鉆機節(jié)能的發(fā)展趨勢

對于企業(yè)而言，只有通過內(nèi)部的不斷技術挖潛，才能實現(xiàn)企業(yè)的上產(chǎn)量、降成本。應對石油鉆井電動鉆機進行精準化的改造，以提高產(chǎn)量為主要目標，集中攻堅，通過改變石油鉆井電動鉆機參數(shù)、提高能效比，實現(xiàn)節(jié)能的目的[4]。在物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的推動下，石油鉆井電動鉆機的換代速度不斷加快，信息化、自動化的集成程度也越發(fā)先進，同時通訊技術的不斷提高，也使得多個作業(yè)過程中實現(xiàn)遠端控制和多級參數(shù)設定成為可能。在石油鉆井電動鉆機改造的同時，要加大對石油鉆井電動鉆機高端設備的引進力度，以新設備性能的提升為采油效益的提升夯實基點。在這一過程中，應對石油鉆井電動鉆機進行全面的評估，制定出合理的分批優(yōu)化規(guī)劃，實現(xiàn)新設備投入和成本支出效益的平衡。這也將成為采油企業(yè)節(jié)能降耗的重要方向，進而實現(xiàn)以“設備改造”促“能耗降低”的總體目標[5]。

綜上所述，此次研究的結果表明，在井鉆功率允許的范圍之內(nèi)，通過對于泥漿泵的缸套尺寸上的優(yōu)化可以達成對于泵程、扭矩等方面的優(yōu)化，同時，適合的缸套尺寸也能夠較好地降低可控硅柜直流電的隊列，提高直流的電壓，從而使得發(fā)電機效率提高的同時，發(fā)電機過熱的問題得到較好的解決。同時也發(fā)現(xiàn)，當機組在確保功率的前提下，通過對機組作業(yè)電機臺數(shù)的調(diào)整，也能夠收到較好的節(jié)能效果。隨著我國油田企業(yè)逐步步入發(fā)展的“深水區(qū)”，資源、市場等因素在倒逼油田企業(yè)傳統(tǒng)管理體系和技術體系的改革。因此，企業(yè)應根據(jù)自身設備能力及技術儲備，在電動鉆機節(jié)能創(chuàng)效上大膽開拓，并在這一過程中保障資金、人才的扶植，以更好地推動企業(yè)在新時期的發(fā)展。

參考文獻：

[1]崔浩凱.海洋石油鉆井平臺電動鉆機的負荷特性及動態(tài)參數(shù)計算[J].電子測試，2015（6）：79-82.

[2]盧周芳.淺談石油鉆井節(jié)能減排的途徑與對策[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2010，37（10）：82-84.

[3]黃艷旺，李亞偉，段浩礪.石油鉆井生產(chǎn)中電氣設備節(jié)能方法與建議淺談[J].數(shù)字化用戶，2018，24（13）：92.

[4]裴海英，胡水艷，張學勇，等.石油鉆井電動鉆機節(jié)能創(chuàng)效淺談[J].化工管理，2019（18）：52-53.

[5]天水電氣傳動研究所有限責任公司.石油電動鉆機再生制動能量的回收利用裝置：CN201320479724.X[P].2014-01-01.