石油钻机电能替代技术与综合效益分析
“以电代油”在油田钻井系统的应用及其效益
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摘 要 ：油 田用 于钻 探 石 油 的机 械 钻 机 和 电 动钻 机 的动 力 Ａ ｓ ａ ｔＰ ｗ ｒｒｓｕｃ ｆｂｔ ｅｈ ｎｃｌａｄ ｅｅｔｃ ｂｔ ｃ：ｏ ｅ ｅｏｒｅｏ ｏｈ ｍ ｃａｉａ ｎ ｌｃ ｒ ｉ ｒ 来 源 都 是 柴油 燃 料 。 庆油 田工 业 电 网 电源 非 常普 遍 ． 燃 油 ｒ ｓｕｅ ｎｐ ｔ ｌ ｍ ｄ ｌｎ ｒ ｉ ｅ ｆｅ． ｄ ｓｉｌ ｅ ｏ 大 将 ｉ ｓｄ ｉ ｅ ｏｅ ｒｌ ｇａ ｄｅ ｌｕ １ｎ ｕｔａ ｎ ｔ ｒ ｇ ｒ ｕ ｉｉ ｅ ｓ Ｉ ｒ ｗ ｋ 模 式 改 为用 电模 式 经 济效 益 非 常可 观 ， 有 利 于环 境 保 护 。 且 进 ｓｕ ｃ ｓａ ｉｅｐｅ ｄ ｉ Ｄ ｑ ｇｏｌｅｄ ｔ ａ ｒ ａ ｂ ｎ ｆｓ ｏ ｒｅ ｒ ｉ ｗ ｄ ｓｒ ａ ｎ ａ ｉ ｉｉ ． ｓ ｅ ｔ ｅ ｅ ｔ ｃｎ ｎ ｆｌＩｈ ｇ ｉ
塔河油田钻机网电改造及效益分析
塔河油田钻机网电改造及效益分析摘要：针对塔河油田现有钻机类型，在电网满足供电条件下，对部分钻机进行了网电改造，实现了钻机动力源的“油改电”，不仅减少了柴油消耗，节约了能源，降低了钻井成本，而且减少了废气排放，降低了噪音污染，节能而环保，实现了塔河油田的“绿色钻井”。
关键词：石油钻机网电改造效益分析一、引言以往塔河油田钻机都是以柴油机作为原动力，柴油在燃烧过程中会产生大量的碳烟微粒和氮氧化合物等气体污染物，对环境造成很大污染，柴油机在运转过程中还会产生高分贝的噪声污染，井场环境相对恶劣；另一方面，柴油价格不断飙升，使得钻井成本越来越高，影响油气生产效益。
为了响应国家节能减排降耗，结合“碧水蓝天”环保专项行动计划，对塔河油田现有钻机实施“油改电”工程。
二、塔河油田网电钻机类型1.全电动钻机如重庆钻井在TP335H井上采用的为ZJ70DBS型全电动钻机，设备总容量为3150kV A，配置3150kV A 10kV/600V/400V变压器一台（带9档自动有载调压装置）、600V无功补偿和谐波抑制装置一套，配置齐全功能可靠。
负荷构成：泥浆泵3×1200kW，绞车2×1200kW，转盘1×600kW，泥浆循环系统240kW，生活区负荷160kW，合计装机负荷7000kW。
若采用柴油发电，按设计要求需配置4台1040 kW柴油发电机。
2.半电动或机电复合驱动类钻机改造后的钻机如湖南钻井在TK1135使用该类型钻机，改造内容是将4台柴油机中2台柴油机改成2台1100kW变频电动机，剩余2台柴油机作为备用。
负荷构成：固控设备300kW，泥浆泵、绞车和转盘共1540kW，生活用电160kW，合计装机负荷2000kW，若采用柴油机驱动或发电，按设计要求需要配置4台810kW柴油机、2台450kW和1台500kW柴油发电机组。
三、网电钻机改造方案1.全电动钻机改造方案油田高压网电经变压器变压，输出的交流电经原配的VFD（SCR）电控系统分别驱动电机带动绞车、转盘和泥浆泵等设备工作。
网电钻机供电方案及效益分析
网电钻机供电方案及效益分析摘要：针对电动钻机及机械钻机改造后的两种类型石油钻机，通过不同的供电方案实现了网电供电，使钻机作业直接从电网获得动力，提高了作业效率，同时节约了柴油消耗，降低了噪音污染，减少了大气污染物的排放，实现节约、绿色、清洁和高效生产。
关键词：石油钻机电网供电效益分析目前油田开发过程中新上钻机大多为电动钻机。
电动钻机主要电将过去柴油机驱动的钻机设备改为电动机驱动。
一套典型的70D（70指7000米钻机最大钻井深度，D指电动钻机）钻机主要有以下负荷构成：泥浆泵3×1200Kw，绞车2×1000Kw，转盘1×600Kw，其它负荷240Kw，合计装机容量约为6000Kw。
1网电钻机用电特征一是用电负荷高，考虑到电机备用及负荷率，实际钻机期间最大负荷为2000Kw左右；二是负荷波动大，波动周期短，在提钻和下钻过程中负荷变化范围约为200-2000Kw，周期不到1小时；三是供电电压为两个等级，6台主设备电动机供电电压为交流600V，全部采用变频驱动控制，其它辅助负荷供电电压为400V；四是在无电网的区域由柴油发电机组发电驱动电机钻井。
2网电钻机供电方式网电钻机供电高压设备房应具备以下条件：一是高压房主变容量不小于3150KV A，且具备600V和400V两种电压输出功能；二是高压房高低压侧应具备完整的保护功能，确保发生故障时不对电网造成冲击；三是电机启动必须全部采用变频软启，以减轻对电网的冲击；四是低压侧应具备无功补偿和谐波抑制设备，以提高功率因数和减小谐波污染。
典型供电方案如下图：2应用网电钻机注意事项适用范围：一是装置适用于在电网覆盖范围内作业的电动钻机；二是电网电压在6-66kv之间；三是适用于电动钻机或进行电动改造后的柴油钻机。
供电形式根据上述不同的钻机类型可分为两种供电方式：一是电动钻机采用一套完整的10kV钻机供电系统（箱式变配电）网电经10kV/660V特种变压器接入井场自带660V配电系统，为钻机6台直流电机提供动力。
塔里木地区钻机“电代油”“气代油”运行及效益评价
171新疆塔里木地区从2000年开始陆续在有条件的区域钻机上逐步推广实施“电代油”“气代油”，前期因电力和天然气资源等因素，推广情况不良，后期地方220kV线路的架设及天然气联合站的不断建立。
从2009年开始，开始大规模实施“电代油”“气代油”，按照有条件优先实施“电代油”，不具备“电代油”条件的实施“气代油”的方式进行推广。
1 “电代油”“气代油”的可行运行技术方案1.1 “电代油”运行技术方案全电动钻机“电代油”运行技术方案。
架设35kV或10kV高压线路至井场，利用高压供电房降压至600V（690V），接入钻机VFD房实现钻机主、辅动力供电，架设线路过长的钻井队加装SVG房1栋（动态无功补偿、谐波抑制），能够保证供电质量。
机械钻机全钻机“电代油”运行技术方案。
架设10kV高压线路至井场，利用高压供电房降压后，使用直流或交流变频电机替代钻机的柴油机，另外高压供电房提供400V动力接入钻井队MCC房，进而实现全钻机的主、辅动力供电。
MCC“电代油”：架设10kV线路至井场，利用箱式变压器提供400V电源接入钻井队MCC房，替代柴油发电机进行辅助动力供电。
1.2 “气代油”运行技术方案1.2.1 电动钻机主动力电化改造方案用14台250kW天然气发电机形成独立的小发电站，替换柴油发电机组向全电动钻机提供钻井动力用电、井场用电和生活用电。
1.2.2 机械钻机主动力气化改造方案用济柴12V190PZDT2-3天然气发动机组替换钻井队3台柴油机组，采取机组与变矩器或耦合器并车运行为全机械钻机提供主动力，通过链条箱带动泥浆泵和绞车等作为钻机主动力。
用1套750kW （3×250kW）或1000kW（4×250kW）发电机组提供井场用电。
该技术方案在7000m钻机上仅适用于配套4台柴油机的机械钻机或配套3台柴油机且承钻侧钻井的机电复合钻机。
1.2.3 机械钻机及机电复合钻机主动力电气化改造方案用12台300kW天然气发电机建立独立的发电站，通过发电机集中控制房向全机械钻机提供钻井动力用电、井场用电和生活用电。
浅析石油钻机中的新技术及应用
浅析石油钻机中的新技术及应用石油钻机作为石油勘探和开采的重要设备，其新技术和应用的不断发展与完善，对提高石油开采效率、降低成本、保障安全、减少环境污染等方面产生了积极的影响。
首先，新型转盘系统是石油钻机中的一项重要技术。
转盘系统是石油钻机工作中最核心、最关键的部件之一，直接影响到石油钻机的工作效率和安全性。
传统的转盘系统存在转速不均、耗能大、维护成本高等问题。
新型转盘系统通过优化设计和扩大面积，使转盘转动更平稳，不仅提高了生产效率，缩短了工作时间，还降低了能耗和维护成本，使钻机的整体性能得到了明显提升。
其次，自动化控制技术是石油钻机的另一项重要技术。
随着科技的不断发展，自动化控制技术在石油钻机中的应用已经越来越广泛。
通过自动化控制技术，可以实现石油钻机的全自动控制，减少人力干预，提高了生产效率和工作安全。
同时，自动化控制技术还可以实现实时数据监测和处理，及时发现和解决问题，提高了钻机的可靠性和稳定性。
第三，二次利用技术也是石油钻机中的一项新技术。
传统的石油钻井工作中会产生大量的固废物、废水和废气等，这些废物既浪费了资源，又给环境带来了一定的污染。
二次利用技术通过处理和转化这些废物，将其变为可以再利用的物质，实现了资源的可持续利用和环境的保护。
例如，对于石油钻井中产生的废水，可以采用反渗透和纳滤等技术处理，去除其中的杂质和有害物质，使其可以再利用；对于废气，可以利用吸收器和过滤器等设备，将其中的污染物筛选出来，达到净化废气的效果，为环境保护作出一定的贡献。
总之，石油钻机中的新技术和应用可以极大地提高石油的开采效率和节约成本，同时还可以保证工作安全和减少环境污染，是石油工业向可持续发展方向发展的必要手段。
因此，在未来的发展中，石油钻机中的新技术和应用将会得到更广泛的推广和应用。
节能降耗技术在石油开采中的综合应用探索
节能降耗技术在石油开采中的综合应用探索
石油开采是一项耗能巨大、资源浪费严重的行业。
为了实现石油开采过程中的节能降耗，提高资源利用效率，需要综合应用节能降耗技术。
首先，在油井钻探的过程中，应采用高效率的钻井技术。
例如，采用节能型电机和节
能型钻头可以有效地提高钻探效率，降低钻探能耗。
此外，采用多级钻头和增强型冲击器
等技术，可以提高钻探效率，降低下钻时间和耗能。
对于长井段的钻探，采用超深井钻头
可以减少钻头更换次数，提高钻探效率，并降低更换钻头时磨损的能量损失。
其次，石油开采过程中的设备运行也需要考虑节能降耗技术。
例如，在油气分离过程中，应采用新型高效气体分离器和油水分离器，可以提高分离效率，减少能源浪费。
在油
气输送过程中，应采用高效节能的管道泵和特种输油管，减少油液泵送中的能量损失。
同时，在油井抽油和采气过程中，应选用高效电动机，更换节能型高效泵和低阻反限制器，
大幅降低驱动能耗。
最后，在油藏管理中，应采用先进的油气开采方案，提高油气采收率，减少无效开采
和浪费。
例如，采用水平井、斜井和小面积分区分层注水等技术，可以提高油气藏的采收率，减少因过多注水造成的浪费。
在油藏油气控制方面，应采用先进的油藏地震勘探技术、数字化采油及智能采油等技术，提高油气沉积模型准确度，减少无效开采和浪费。
综上所述，节能降耗技术在石油开采中的综合应用，不仅可以提高石油资源的利用效率，降低资源浪费，更能有效保护环境、减少对自然资源的压力。
未来，石油开采行业将
继续探究更加高效、可持续的节能降耗技术，更好地满足国家及社会发展的需要。
钻机油改电技术改造
钻机油改电技术改造喻著成梁子留叶生莫(西部钻探国际钻井公司)摘要：针对原柴油机驱动钻机存在的问题，结合吐哈、玉门油田作业钻机所用柴油机消耗柴油的实际情况，提出利用高压电动机驱动钻机的改造方案。
该方案既充分利用了油田丰富的电力资源，节约了国家紧缺的能源，节省了钻井成本，又增加了高压电机、无级调速偶合器、优质高压补偿电容器、可调的微机保护装置、液态电阻软启动器等高新技术设备，提高了钻机工作的可靠性、先进性、经济性和安全性。
在投入现场使用后表明，改造后的钻机不但经济效益显著，环境污染少，而且钻井速度明显提高，为以后各个油田柴油机驱动钻机的电动化技术改造探索了一条成熟的改造道路。
一、项目背景ZJ50J钻机是八十年代兰州石油化工机械厂研制生产的中型钻机，长期以来一直是我国的主力钻机，在石油勘探开发领域发挥了巨大作用。
随着驱动钻机的PZ12V190柴油机大修次数的增加，该钻机与上世纪九十年代研发生产的电驱动、复合式驱动钻机相比，逐渐暴露出一些弊端：钻井成本高、工作效率低下、动力匹配不合理、职工劳动强度大、环境污染大、不能满足现代钻井HSE工作要求等。
原吐哈油田有ZJ50J钻机13套，为上世纪80年代投产钻机，已使用了10多年，大修过多次，设备日益老化，其驱动方式在使用中存在的缺点是：1.可靠性差：柴油机结构复杂，容易出故障；2.钻井成本高：每部钻机每年消耗柴油约115吨，机油15吨，随着油价的不断盘升，导致钻井成本高；3.环境污染大:柴油机跑、冒、滴、漏严重，对环境造成很大的污染；4.不能调速:无法完全满足固井、定向井、水平井等特殊钻井工艺要求。
2002年2月，吐哈指挥部提出了对现有的ZJ50J钻机进行油改电的设想。
原吐哈钻井公司成立了课题攻关小组，先后选派主管项目的工程师到兰州石油化工机械厂、宝鸡石油机械厂、江苏大众电机厂、天水机床厂、西安仪表厂、湖北襄樊电机厂、山西永济电机厂等7个单位对油改电项目进行了调查论证，制定了三套改造方案，于2003年3月先后两次向局领导、公司领导、科技处等部门进行了方案汇报。
石油钻机的节电节能技术探讨
石油钻机的节电节能技术探讨摘要：近几年来，石油钻机节能问题已日益引起人们的重视，在开发新产品的同时，也要对现有钻机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。
因此研究经济、可靠耐用、节能效果显著的钻机是一个具有现实意义的课题。
本文从钻机的节电和变频两个方面来谈石油钻机的节电节能工艺。
关键词：石油钻机节能新工艺近几年来，石油钻机节能问题已日益引起人们的重视，国内的许多生产厂家正在不断地应用新技术，通过进行结构优化设计和改进平衡方式等，实现钻机节能的目的，已经有一大批新型的钻机相继投入油田开采。
在开发新产品的同时，也要对现有钻机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。
而在研究节能钻机的同时，系统的可靠性、经济性和使用维护方便是生产厂家和用户所特别关注的问题，因此研究经济、可靠耐用、节能效果显著的钻机是一个具有现实意义的课题。
一、石油钻机存在的耗能问题分析进入二十一世纪，许多科研人员、各大科研院所、石油钻机制造厂家做了大量的研究工作，研制出多种不同类型的新型钻机。
数控钻机虽然采用了全新的技术，属于机电一体化产品，但其对游梁式石油钻机没有任何继承，因而价格昂贵，且控制系统的可靠性还存在一定问题，不能推广使用。
链条式钻机存在换向冲击载荷大和钢丝绳易断，道轨刚度不足容易变形等缺点。
液压钻机存在漏油、发热、可靠性差等缺点，且维护保养复杂，影响其进一步的推广使用。
另外，齿轮钻机、气平衡钻机、增矩式钻机等一些钻机从理论上都是可行的，可是经不起长时间的现场考验而中途夭折。
以偏轮钻机为代表的几种六连杆钻机，虽然节能效果显著，但其活动件较多，制造、安装、调整、维护复杂，现已基本停止了生产，摆杆钻机的节能效果也较明显，但由于采用了开式滚轮传动，钢轨磨损严重，而且与常规机相比增加大量钢材和多个活动关节，可靠性大打折扣，其发展前景也不容乐观。
双驴头钻机采用柔性四连杆结构，结构上与常规钻机相比，减少了尾轴承座连接，增加了后驴头和软连接，重量增加较少，但主要问题就是钢丝绳的折断，造成能耗增长。
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10 kV
M ,"*
400 V
2.3
图 2 卡特彼勒发动机保养
噪音大， 温室气体排放严重 据测算， 柴油机在运行时井场噪音达到 102 dB 以上， 不仅井场工作人员难以忍受， 造成心情压抑， 影响工作效率， 而且严重干扰附近居民的日常生 活， 造成居民投诉， 影响井场正常生产。 由于燃烧柴油， 一个井队每年释放约 4 000 吨 的二氧化碳、 12 吨二氧化硫、 10.8 吨二氧化氮和 2.3 吨烟尘。柴油机释放的废气不仅对井场工作人员 身体健康造成威胁， 也对环境造成了污染。
1 背景
钻井是石油行业上游的能耗大户。据统计， 全 国 2 400 多台钻机每年消耗柴油超过百万吨， 排放 二氧化碳达数百万吨。国务院在 《 “十二五” 节能减 排综合性工作方案》 中明确指出， 重点推进石油石 化行业节能减排。 石油钻机是专门用来勘探和开发地下石油天 然气的钻井机械， 现在钻探公司所使用的钻机中有 大量机械钻机， 比 较 常 见 的 型 号 有 ZJ40、 ZJ50 和 ZJ70 钻机。机械钻机通常由 3 台 （或四 4 台） 810 kW 的柴油机同时接入联动箱， 为泥浆泵等其他负荷提 供动力。典型的机械钻机传动系统如图 1 所示。 3 台 （或 4 台） 柴油机接在联动箱上， 驱动接在联动箱 上的转盘、 泥浆泵、 绞车等负荷。同时， 钻井队配有 一台辅助柴油发电机组发出 400 V 交流电， 提供井 ［1—2］ 场 400 V 负荷使用 。
YAO Jun1, WU Xu⁃ming1, HUANG Wei1, DOU Ai⁃yu2
摘要： 通过对石油钻机采用电能替代技术， 能够有效减少 Abstract： The oil rig using power substitution technology 石油钻机污染物排放， 节约能源消耗成本， 直接节省钻探企业 can effectively reduce pollutant emission, save power consumption cost, save the maintenance charge of oil rig for drilling company di⁃ 对钻机动力设备的维护费用。实践表明， 该技术是提高石油 rectly. Practice shows that this technology is one important step to 化工行业竞争力和推进节能减排的重要举措。 enhance the competitiveness of petrochemical industry and pro⁃ 关键词： 石油钻机； 电能替代技术； 效益分析 mote energy saving. Key words： oil rig; power substitution technology; benefit anal⁃ ysis
3 钻机网电改造技术原理
针对机械钻机采用柴油作为动力来源， 造成的 成本居高不下和废气、 噪音污染严重等问题， 目前 江苏地区的石油钻机已开始使用电机替换柴油机， 使用公用电网电源替换柴油作为动力来源［3—6］。 3.1 供电方案设计 网电工程师通过查看钻井现场电网分布情况， 经过和供电施工部门沟通协商， 制订相应井位的供 电方案， 典型供电方案如图 3 所示。
文章编号： 1009-1831 （2017） S1-0040-03
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-1831.2017. S1. 015
石油钻机电能替代技术与综合效益分析
姚 军 1， 吴旭鸣 1， 黄 玮 1， 窦爱玉 2
225300； 225300） （1. 国网江苏省电力公司 泰州供电公司， 江苏 泰州 2. 南京师范大学泰州学院 电力工程学院， 江苏 泰州
Oil rig power substitution technology and economic benefits analysis
2. School of Electrica Power Engineering, Nanjing Normal University Taizhou College, Taizhou 225300, China） （1. State Grid Jiangsu Power Company Taizhou Power Supply Company, Taizhou 225300, China;
E E E E !
中图分类号： F407.2 文献标志码： B
2
2.1
机械钻机存在的问题
50
G 400 V
*
D,
"&系统示意图
日耗油量大 以 ZJ50 钻机为例， 一台 ZJ50 钻机每年平均钻井 油耗约为 1 200 吨左右， 耗油量十分巨大。钻井队 依靠柴油提供动力， 不仅使得钻井成本居高不下， 而且柴油燃烧会释放大量二氧化碳等有害气体， 造 成环境污染。 2.2 柴油机维护成本高 机械钻机通常配有 3 至 4 台柴油机和 1 台辅助 柴油发电机组。柴油机和柴油发电机组需要定期 进行维护和保养， 以保证机组能够长期稳定运行 。 通常柴油机运行 400 h 左右需要更换一次机 油， 每次一台柴油机需要更换 300 kg 机油。在柴油 机运行过程中， 需要进行普通检修和大修， 一年维 修费用约占柴油机价格的 10%左右。柴油机的寿命 会随着运行时间增加不断缩短， 通常柴油机按照 8 年使用寿命来折旧， 每年折旧率为 12.5%。 参考卡特彼勒公司 《卡特彼勒发动机保养与管理 手册》 。卡特彼勒公司柴油发动机大修的价格如图 2 所示。 由此可知， 柴油机和柴油发电机组运行时除了 消耗大量柴油， 还需要投入大量维护工作和维护 费用。
收稿日期： 2017-02-04
40 | 电力需求侧管理 第 19 卷第 S1 期 2017 年 04 月
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