摘要：随着国际原油价格的持续下跌，甲方投资不断压缩，国内钻井市场竞争激烈，生产经营面临很大压力。网电钻井技术以其清洁稳定、节能高效等优势已成为钻井行业的首选动力来源。本文以作者所处西南钻井市场为例，着重对网电应用技术方案、网电钻井技术使用中存在的的无功补偿和谐波治理问题进行分析与研究，并对网电钻井技术使用的经济性和使用中应注意的问题进行总结。
关键词：网电钻井；直流钻机；无功补偿与谐波治理；网电经济性
1网电在钻井工程中的优势
石油钻井工程作为油气资源勘探开发的主体，燃料需求巨大。传统的钻井动力主要来源于以柴油为燃料的柴油机和柴油发电机组。存在着能耗高、工作效率低、运输成本高、噪音大、废气烟尘污染严重、柴油发电机组维护成本高、工作强度大等问题。以西南工区一口7000米井为例，柴油成本要占到钻井总投资的1/6-1/5。
高压网电具有供电稳定、无烟尘、无噪声、价格相对低廉等优点。传统的柴油机和柴油发电机组被网电装置所代替，成为钻井行业一个重要的降本增效措施，给钻井系统提供新动力。网电钻井技术优势如下：
（1）降本节能。钻井现场使用地方网电最大优势就是节能，降低钻井成本。特别是对于西南工区深井而言，钻井周期较长，投资较大，施工中存在的各种不确定因素较多，如果井场能接入地方电网，整口井施工周期内节能降本的效果十分明显。单井核算来看，同使用柴油相比，网电成本支出可节省燃料费用1/2-2/3。
（2）受环境、气候影响小。西南工区属于山区地形，去井场的生产路路况一般较差，坡陡路险。山区多雨，路途中多漫水桥，柴油保供的难度较大。特别到了冬季，海拔较高的井场会下雪，这时油料车要用铲车护送才能到达井场。如果井场使用网电，这些不利影响就不存在，井队正常生产有了很大保证。
（3）降噪、环保。柴油机噪音是井场主要噪音源，使用网电将柴油机替代后，能大大降低井场整体噪音水平，对于一些离农户较近的井场，很大程度上缓解了工农关系的紧张局面，同时也为职工也创造了更好的工作环境，实现绿色清洁生产。
（4）降低井队材料成本。对于使用钻机网电装置的井队，省去了柴油机日常维护费用，柴油机配件、润滑油等基本不再消耗，这样就降低了井队的月材料成本支出。同时使用网电还减少了柴油机的运行磨损，降低钻井公司修理费用，又可将替代下来的柴油机、发电机调拨给其他井队使用，提高了设备利用率。
2网电钻井技术在西南钻井市场中的应用和推广。
2.1设备情况
作者所在的钻井公司作业区域主要分布于四川、重庆等地，队伍分散，具有点多、线长、面广的特点。工区内多深井、高深井，钻井周期长，钻井施工地点多处于山区，柴油运输成本高，网电钻井技术的节能效果尤为突出。公司设备主要为50D、70D、70DB钻机，自动化程度高，网电钻井技术可利用空间很大。随着国际原油价格的持续下跌，甲方投资不断压缩，国内钻井市场竞争激烈，生产经营面临很大压力，网电钻井技术已成为钻井作业的首选动力来源。下面以我公司50D型钻机为例进行分析。
2.2 50D直流电驱动钻机网电应用技术方案
（1）井队原有钻井动力组成
井队原动力系统配备了3台三菱S12R_PTA_S型（1500rpm，1040KW）柴油发电机组和一台威尔信400KW辅助发电机。电控房选用的为西安石油仪器厂生产的50D型直流电控系统，配备了4个发电机控制柜，4个SCR整流柜，以及PLC 控制系统和辅助供电系统。
（2）50D直流网电应用技术方案
网电钻井技术采用10KV架空线路作为主电源来源，主柴油发电机组作为备用发电机。高压房配备一台3150KVA的干式有载调压变压器，将电网的10KV高压降至井队使用的600V级别，还提供高低压开关及安全保护装置；低压房提供无功补偿和谐波治理功能，主要有三台有源电力滤波器和三台静止无功发生器。10KV高压电经高压电缆接入高压房转化为600V后，分两路接入电控房发电机控制柜进入母线供电。低压房接入600V电源并提供无功补偿和谐波治理。实际使用中，直流电动钻机使用网电钻井技术的难点主要在于谐波污染严重，功率因素低，无功功率大，负载变化快，系统电压波动频繁，幅度加大。
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网电系统无功补偿和谐波治理的分析
电力部门要求系统功率因数应达到0.9以上，谐波畸变率小于5%。由于钻井作业现场负荷主要为电动机、变压器等感性设备，钻井在实际应用生产中系统无功功率需求很大，特别是直流电动机。直流电动机因采用SCR控制系统，功率因数低，最低时只有0.3到0.4左右，无功消耗大。当钻井施工采用网电钻井技术时会由于系统功率因素低，未达到电力系统对功率因素的要求，电力公司会额外加收无功计量费用。这种状况增加了能源消耗，降低了经济效益。
同时SCR系统会产生大量的谐波，谐波总畸变率达到30%以上，造成电网污染，供电质量差，谐波危害十分严重。谐波使电网中的设备产生附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。谐波会影响各种电器设备的正常工作，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使绝缘老化，缩短使用寿命，甚至发生故障或烧毁。谐波同时会降低系统功率因数。
因此，电动钻机在使用网电钻井技术中，为了取得更好的节能效果，提高设备性能，无功补偿和治理谐波成为必须重点考虑的技术环节。
使用网电钻井技术的经济分析
以50D钻机施工的荆102井为例，该井采用10KV网电钻井为主，井队柴油机供电为副的供电方式，通过180天的使用取得了良好的社会效益和经济效益。如果采用传统的柴油机发电，以平均每天三吨柴油计算，油柴油消耗和维护保养费用要到达450万元以上。而运用网电钻井技术成本却大幅下降，全井电费180万左右，高压房维护费用20万元，网电10KV 架空线路成本20万元，网电钻井技术的使用成本总共为220万元，比使用传统柴机油发电节约230万元，节能率达到54.7%。由此可见，网电钻井技术具有良好的的经济效益和广泛的使用前景。
使用网电钻井技术应注意的问题
（1）使用网电钻井技术时，要对本队电控设备的网电适配进行充分研究。电控房出厂有专门网电供电接口的直接接入网电供电接口。如何没有专门的网电供电接口，需要对发电机控制柜进行改造，从发电机进线端引入。对发电机控制柜的改造要充分考虑，去掉过流跳闸等保护单元，避免错误保护造成跳闸，影响网电使用。
（2）使用网电钻井设备时应按照厂家的保养手册进行维护保养，切勿疏忽大意，造成设备损坏。钻井生产的地点一般偏僻，一旦出现较严重损坏，维修困难。机房人员应坚持勤检查，勤观察，及时发现问题。
（3）网电高压房与电控房的600V连接电缆要充分考虑电缆横截面积，过小时容易造成电缆发热，产生隐患。如果600V供电分两路进入电控房，网电高压房与电控房的连接必须选用同样横截面积和长度的电缆，避免两路电流不一致造成电缆过热，严重时会导致电缆着火从而引起重大事故。同样，网电高压房与低压房之间的连接也必须选用同样横截面积和长度的电缆。
（4）使用网电受当地政府和电力公司的制约较大，前期工作应充分认证。而且需要对高压线路的建设距离、当地变电站容量等综合因素进行综合考虑，目前西南工区对钻井市场使用网电给予了较大的支持。另外对于钻井周期短的特殊情况，要对网电高压线路建设成本，网电设备成本，网电收费标准进行充分评估，确保使用网电的经济型。
（5）由于直流电驱动钻机功率因素过低，不配置无功补偿装置而使用网电将多承担约40%的无功耗损费用，严重影响网电钻井技术的经济效益。而且SCR系统会产生大量的谐波，使电网中的设备产生附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作。因此在直流电驱动钻机使用网电钻井技术时，需要配备谐波治理及无功补偿装置。
（6）使用网电过程中，可能会因各种状况导致突然停电，为保证安全生产，必须做好应急预案。钻井井下情况复杂，一旦发生突然停电，机房人员能够按照应急预案，第一时间启动备用动力柴油发电机进行供电，减少钻井设备停滞时间，最大程度保护井下安全。
结论
传统的柴油机驱动设备有其固有的噪音，污染，耗能等局限。网电钻井技术不仅能有效降低燃料成本，提高施工质量，对改善环境还有积极的意义。随着网电钻井技术的发展，其应用也逐渐规模化，在钻井生产中具有广阔的发展前景。面对钻井市场的寒冬期，网电钻井技术的使用能大大提高钻井队的市场竞争力，对企业生存发展起到积极的作用。
参考文献：
[1]刘龙，网电技术在石油钻井行业的运用与推广.电源技术运用.2013（5）
[2]赵永亮，网电钻井技术研究与应用.石油石化节能与减排.2012（10）
论文作者:赵明阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
标签：电钻论文; 谐波论文; 技术论文; 井队论文; 井场论文; 钻机论文; 柴油机论文; 《电力设备》2018年第1期论文;