種奉剛

摘 要：當(dāng)前，提速增效已成為采油企業(yè)應(yīng)對(duì)能源市場(chǎng)及自身運(yùn)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(duì)傳統(tǒng)采油設(shè)備的改造，通過工藝優(yōu)化和新設(shè)備改進(jìn)，已逐步提升了采油企業(yè)的采油效率。采油設(shè)備的節(jié)能降耗是一個(gè)系統(tǒng)性的推進(jìn)工程，需要管理制度、設(shè)備升級(jí)、技術(shù)研發(fā)等層面的共同推動(dòng)下得以實(shí)現(xiàn)。本文就我國油田設(shè)備管理的現(xiàn)狀進(jìn)行了解讀，并對(duì)采油企業(yè)的節(jié)能降耗實(shí)踐策略展開分析，將為采油設(shè)備節(jié)能降耗工作的科學(xué)、高效開展提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)鉆機(jī);節(jié)能;創(chuàng)效

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)原油的需求進(jìn)一步的提升，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活對(duì)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(yán)峻的國際原油市場(chǎng)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(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的國內(nèi)外市場(chǎng)壓力的重要抉擇。當(dāng)前，我國多數(shù)油田已開始邁入開采的中后期，特殊或復(fù)雜環(huán)境的開采日趨常態(tài)化，這就需要設(shè)備管理部門要充分借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)備節(jié)能的模式和經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)選節(jié)能設(shè)備，優(yōu)化技術(shù)配套，從而實(shí)現(xiàn)采油裝備總功率的下調(diào)，這將對(duì)提高采油的經(jīng)濟(jì)效益具有的作用[1]。就這一層面上出發(fā)，對(duì)石油電動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)和應(yīng)用，將成為企業(yè)持續(xù)發(fā)展中的重要支點(diǎn)。此次研究過程中，通過對(duì)缸套的優(yōu)化使得柴油機(jī)的輸出功率與實(shí)際負(fù)荷之間達(dá)成了平衡，整個(gè)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(dòng)鉆機(jī)的主要組成及性能

此次研究中的電動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力機(jī)組是以柴油為能源的油--電動(dòng)力機(jī)組。在日常的工作中，這一機(jī)組通過SCR（可控硅）的轉(zhuǎn)換提供系統(tǒng)所需的電能，絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵在電能的驅(qū)動(dòng)下完成作業(yè)。

1.1 機(jī)組電動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)

①該型柴油機(jī)--交流發(fā)電機(jī)的機(jī)組，在柴油機(jī)的工作中，其工作的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速不可調(diào);②機(jī)組的整體效能，受到兩大方面的制約，一方面柴油發(fā)電機(jī)本身的性能會(huì)影響到整機(jī)組的容量，另一方面交流發(fā)電機(jī)的功率也會(huì)對(duì)機(jī)組的容量產(chǎn)生一定的影響;③發(fā)電機(jī)的輸出電流和功率易受到轉(zhuǎn)速的高低、扭矩大小的影響;④可控硅的晶閘管有四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，導(dǎo)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(yīng)用上，電流越大其熱功率也就越大[2]。

1.2 機(jī)組發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)

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

1.3 機(jī)組電機(jī)的優(yōu)化原理

直流電機(jī)輸出扭矩M、轉(zhuǎn)速N、電樞電流I、直流電壓V之間的關(guān)系如下：P=I×U，M=Cm×Φ×I，N=K×Ea/Φ，Ea=V-I（Ra+Rf）。基于這一公式的推導(dǎo)可知，在機(jī)組的運(yùn)行過程中，電機(jī)的輸出扭矩和電流之間有著直接的關(guān)系，前者的扭矩越大，后者的電流越大，同時(shí)消耗在電機(jī)勵(lì)磁線圈內(nèi)阻和為電機(jī)電樞內(nèi)阻上的電功率也就越大。當(dāng)這一情況發(fā)生時(shí)，機(jī)組電機(jī)的效率就會(huì)明顯的下降，同時(shí)會(huì)使電機(jī)發(fā)熱[3]。

2 鉆井參數(shù)固定的前提下對(duì)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(duì)泥漿泵的缸套進(jìn)行了優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。以某基層鉆井對(duì)為例，其配有三臺(tái)MOG1500型的發(fā)電機(jī)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(duì)效果具有顯著差異（見表1）。

由上表的比對(duì)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(jī)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(jī)組電600V;總有功功率830kVA;功率因數(shù)0.94;柴油日耗9t。在機(jī)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(dòng)鉆機(jī)節(jié)能效果分析

實(shí)驗(yàn)研究中，通過對(duì)上述兩組數(shù)據(jù)的比對(duì)分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組功率因數(shù)提高后，整個(gè)電流得到了顯著的下降，這樣就能夠較好地解決在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中設(shè)備過熱的問題。同時(shí)，可控硅的發(fā)熱問題也得到了進(jìn)一步的下降，設(shè)備的整體使用效率得以顯著的提升。技改完成之后的評(píng)測(cè)中也顯示電機(jī)電刷的使用壽命獲得了提高，電機(jī)刷架因高溫而變形的問題未再出現(xiàn)。

4 石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于企業(yè)而言，只有通過內(nèi)部的不斷技術(shù)挖潛，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)的上產(chǎn)量、降成本。應(yīng)對(duì)石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)化的改造，以提高產(chǎn)量為主要目標(biāo)，集中攻堅(jiān)，通過改變石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)參數(shù)、提高能效比，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[4]。在物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的推動(dòng)下，石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)的換代速度不斷加快，信息化、自動(dòng)化的集成程度也越發(fā)先進(jìn)，同時(shí)通訊技術(shù)的不斷提高，也使得多個(gè)作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制和多級(jí)參數(shù)設(shè)定成為可能。在石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)改造的同時(shí)，要加大對(duì)石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)高端設(shè)備的引進(jìn)力度，以新設(shè)備性能的提升為采油效益的提升夯實(shí)基點(diǎn)。在這一過程中，應(yīng)對(duì)石油鉆井電動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行全面的評(píng)估，制定出合理的分批優(yōu)化規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)新設(shè)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)以“設(shè)備改造”促“能耗降低”的總體目標(biāo)[5]。

綜上所述，此次研究的結(jié)果表明，在井鉆功率允許的范圍之內(nèi)，通過對(duì)于泥漿泵的缸套尺寸上的優(yōu)化可以達(dá)成對(duì)于泵程、扭矩等方面的優(yōu)化，同時(shí)，適合的缸套尺寸也能夠較好地降低可控硅柜直流電的隊(duì)列，提高直流的電壓，從而使得發(fā)電機(jī)效率提高的同時(shí)，發(fā)電機(jī)過熱的問題得到較好的解決。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)組在確保功率的前提下，通過對(duì)機(jī)組作業(yè)電機(jī)臺(tái)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(chǎng)等因素在倒逼油田企業(yè)傳統(tǒng)管理體系和技術(shù)體系的改革。因此，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備能力及技術(shù)儲(chǔ)備，在電動(dòng)鉆機(jī)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(dòng)企業(yè)在新時(shí)期的發(fā)展。

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