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论高压网电在钻井施工中的应用 作者：刘郢摘 要：科技发展日新月异，新型电动钻机层出不穷。在节能、环保的世界大环境下，钻井公司如何根据钻机特点使用高压网电降低成本，保护环境。本文根据不同钻机的性能、特点，分析阐述高压网电的优缺点及注意事项。关键词： 成本，高压网电，井工厂，节能，钻机，环保一、概述“降成本，还是降成本。”在2014年11月27日召开的中国页岩气发展大会上，业内人士最关注的始终还是页岩气的开采成本。从地质勘探到井场建设，从钻井到压裂，从装备到管理，成本是中国页岩气开发绕不开的话题。中石化涪陵工区井工厂的成功运用虽然明显降低了投入成本，但与美国相比，不管是页岩气储层深度还是官网运输等方面都比中国更具优势。中国的成本水平大概是8000万元一口井，而美国水平是单井3000万元。除了在“工厂化”模式上的探索，也有部分专家将目光集中在了页岩气的消耗成本上。而“油改电”项目无疑是其中一个最大的亮点。相比于普通钻机所使用的柴油机动力，高压网电这种新型清洁能源的应用让井队在节能、环保方面取得了划时代的进步。二、高压网电的特点（一）经济性江汉油田钻井一公司作为涪陵页岩气会战的中坚力量，早在2007年由70155JH队承钻的国家重点井“牌深一井”就尝试过“油改电”项目，用10KV高压网电输送电能，经变压器降压至600伏进入SCR房，再由功率补偿房补偿功率因数达到国家电网规定的标准，为钻机提供动力。“牌深一井”完井后经结算，使用网电比使用柴油机每日节约柴油消耗成本约5000元左右，极好的印证了网电的经济实用性。在涪陵页岩气会战中，无论江汉钻井一公司、二公司还是中原油田的钻井公司，都意识到了高压网电的经济适用性，配备了大量电动钻机以并网使用。以焦页30号台为例，布井四口，由50DB型钻机以“井工厂”模式生产，2014年2月20日开钻，3月3日通网电，至9月30日搬家拆除网电，期间受线路维护、雷雨天气、设备故障等因素影响，只有10天在使用柴油机供电生产，其余时间都是在用网电生产。其中累计使用电量260余万度，平均下来每天约12000度电，以0.8元/度算每天用电消耗10000元左右，相比柴油消耗成本减少50%以上。当然，各个地区电价不一，柴油价格也会随国际形势变化而变化，下表作为焦页30号台采集的数据仅作参考。但从表格数据显示可以看出，无论网电价格、柴油价格怎么变化，网电的成本消耗是远小于柴油的。而且这还仅是消耗上的对比，柴油机在使用过程中还存在保养、维修、柴油输送等一系列费用。重庆多山，运送柴油的车辆在维护保养与交通安全等方面也需要大量的人力、财力维持，而高压网电只需要一次架设投入成本即可使用，在维护性方面也具有较大优势。焦页30号台网电与柴油消耗对比能源类别一开日均消耗二开日均消耗三开日均消耗消耗量单价合计消耗量单价合计消耗量单价合计网电13000度0.8 元/度10400元22000度0.8 元/度17600元16000度0.8 元/度12800元柴油3吨7000元/吨21000元6吨7000 元/吨42000元4吨7000元/吨28000元网电 /柴油49%41%46%（二）环保性1、噪音污染早期的机械钻机，使用柴油机作动力，通过变速箱、齿轮箱、万向轴、链条等一系列复杂的机械部件带动钻机、泥浆泵、转盘等设备运转，井场噪音长期在90分贝以上。特别是柴油机附近，甚至高达100分贝以上，长期在这种环境下工作，损伤听力，易使人烦躁、注意力下降。听力不好一直是机房工作人员的通病，虽然配备有耳塞，但仍难阻止柴油机噪音对耳朵的伤害。而且由于噪音的影响，情绪烦躁、注意力下降，很容易发生各类人身伤害事故。随着科技的发展，各种电动钻机相继国产化，江汉钻一公司就配备有国产直流与交流变频两种全电动钻机。此两种钻机都使用电机直接驱动，省去了大量机械部件，从而明显降低设备运转带来的噪音污染。在使用网电之后，缺少了柴油机这个噪音大户，噪音更是大幅降低。50143JH队于2013年1月在荆州长江大学附近承钻的陵66井，由于井位位于家属区与大学城附近，考虑到井场的噪音污染，如果还是由柴油机提供常规动力，势必会遭到附近居民的投诉，经钻一公司相关专家研究决定向西安宝美公司订购了一套由变压器房与功率补偿房组成的网电系统。使用此套网电系统后，经相关环保部门测试，井场噪音降至80分贝，仅相当于嘈杂的街道所产生的噪音水平，这还是在运转的设备附近的数据，若在井场边缘地带噪音更低。高压网电的成功运用使得陵66井生产期间未收到附近居民任何关于噪音的投诉。下表是关于噪音分类的相关标准对比情况：无害有害危害分贝020204040606070709090100100120效果寂静轻声 说话普通 谈话大声 喊叫嘈杂的街道嘈杂的酒吧暂时性致聋2、废气污染全球气温的持续升高使得世界各国对温室效应的危害日益重视，被认为是21世纪人类面临的巨大挑战。温室效应主要是由现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油、天然气等化石燃料引起的，这些燃料燃烧后产生大量二氧化碳等气体，使大气温度持续升高，节能减排成为了当下人们最关心的话题。而柴油机无疑又再次成为了井场里的废气大户，不同于汽油机的污染，汽油机排放物主要侧重于硫化物与氮氧化物，柴油机主要是颗粒物。重负荷情况下特别是在提升钻具时，柴油的不完全燃烧会产生大量颗粒状黑烟，在使用高压网电后柴油机的废气污染也不复存在。三、高压网电在涪陵会战中的应用在涪陵页岩气会战中，钻井一公司共投入了ZJ70D、ZJ70LDB、ZJ50L、ZJ50D、ZJ50LDB、ZJ50DB等六种钻机型号，共18部，其中D与DB型均为全电动钻机，并网后可代替柴油机直接投入生产。L为全机械型钻机，需更换部分柴油机为直流电机，再配以SCR房控制即可投入生产。LDB型为半电动钻机，目前尚未改装并入网电。（一） D型直流钻机的应用D型直流钻机由CAT产生600V交流电经SCR房整流输送进直流电动机驱动绞车、泥浆泵、转盘等大型设备运转，由于直流电机的功率因数较低（约0.3），若直接并网使用会增大电网负荷，对电网产生大量电力污染，违反国家电网相关用电安全规定，故使用网电时需加装功率补偿设备提升功率因数。设备的增多提高了设备故障发生率，若功率补偿设备工作不正常，D型钻机就无法并网使用。（二） DB型交流变频钻机的应用DB型交流变频钻机由CAT产生600V交流电经VFD房整流、逆变输送进交流变频电机驱动绞车、泥浆泵、转盘等大型设备，交流变频电机功率因数较高（约0.9），达到了国家电网相关用电安全规定的标准，故不需功率补偿设备即可直接并网使用。（三） L型机械钻机的应用L型机械钻机由于没有专门的电控房，无法直接并网使用，经改装后将两台柴油机换装直流电动机，再配以相配套的SCR房与功率补偿房即可投入使用。但由于改装后只有一台柴油机，动力不足，若碰到线路维护、雷雨天气等停电的情况就无法正常生产。就以上三种钻机比较来看，全电动钻机比较适合使用高压网电，只需加装相关变压器及功率补偿设备，而DB型交流变频钻机更是最优化选择。四、高压网电的缺点高压网电的使用存在很多局限性，如电网架设问题、电站容量与用电安全等方面，下面就这几方面简单介绍下。(一) 电网架设问题1、 投入时间长以涪陵会战为例，由于地处深山，很多地方只有220V民用电甚至连民用电都没有，需要从变电站直接架设电网，耗时较长，往往等电网架设完毕时，井队已经过了大负荷期，负荷轻时网电的经济性优势不在突出。2、 经济适用性一条高压线路上至少有3至6支井队在生产才能保证网电的经济适用性，有的井队井位比较偏远，附近没有别的井队，若只为这一支井队投入大量人力、财力去架设电网得不偿失。3、 地域限制性有些地方地势险要，或因为人文因素不适宜架设电网，此时柴油机的机动优势就显现了出来，设备安装完毕即可投入使用。（二）变电站的容量问题涪陵会战之初，使用的电网都是10KV级别，变电站容量一般在10000KVA左右，一条线路在10公里以内可以为3至5支井队提供正常的生产动力。当电网覆盖面积扩大时，由于线路延伸，线路热损耗增大，大量电能转换为热能浪费在了线路上。以50143JH队分别在焦页5号、焦页30号台、焦页51号台的使用情况为例：焦页5号台距离变电站仅5公里，一条线路为3支井队提供动力，电压稳定在10KV，使用正常。搬迁至焦页30号台后，距离变电站10公里，也有3支井队在一条线路上，此时线路热损耗较大，电压在9KV至10KV之间波动，使得10KV变压器频繁换挡调压，最终导致在5月份时变压器换挡机构故障停止运转，不得不启用柴油机供电，直至变压器损坏部件更换后才恢复正常供电。后搬迁至焦页51号台，距离变电站有18公里之遥，且由于线路延伸过长，有6支井队都在并网同时使用，电压只能维持在8.5KV至9KV之间，无法为井队提供正常动力，直至架设更高容量的35KV电网才再次并网使用高压网电生产。（三） 用电安全由于电网往往需要延伸很远的距离，线路上热损耗很严重，为降低热损耗就要升压降流，因此高压输电线路的电压一般较高。以涪陵工区电网为例，有10KV与35KV两种，不管是哪种都远远超过人体安全电压等级，对井队相关操作人员提出了新的要求。不仅需要更换高压电工证，学习相关用电安全知识，还要做好防护工作，谨防触电。（此图为焦页51号平台计量站外观，已围铁丝网，安放警告标示）五、结论电动钻机基于其使用、维护的便捷，功能的强大，取代机械钻机是大势所趋，在节能、环保的世界环境下，新能源也在慢慢取代汽、柴油动力的霸主地位。在钻井技术日新月异的今天，钻井设备的发