张慧杰

（川庆钻探工程有限公司国际工程公司，四川成都 610056）

0 引言

随着国内柴油价格的升高及国家层面对环保的重视，为降低钻井成本，提高盈利能力，优化节能效率，用电能作为能源驱动钻机已经显示出越来越大的优势。钻机网电装置作为一种新型装置，在推广应用以来，得到了迅猛发展。

1 钻机网电装置的分类介绍

根据所配置使用的钻机类型的不同，钻机网电装置可分为以下2种。

1.1 DB/D钻机网电装置（图1）

图1 DB/D钻机网电装置

DB/D钻机的网电改造相对比较简单，原钻机的井架、底座、游吊系统、绞车、转盘、钻井泵、固控系统、辅助发电机、SCR（Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器）/VFD（Variablefrequency Drive，变频驱动）系统等均不做改动。改造后，钻机由柴油机发电转为工业电网供电，高压电源引自附近10 kV线路，高压房设置进线孔，采用高压电缆敷设至高压房10 kV进线/计量单元，10 kV进线/计量单元配置有电量测试仪及微机综合保护以保证网电安全、可靠、稳定运行；经变压器变换后的AC 600 V电源采用低压电缆引至双电源切换柜并将其转换至网电工作模式代替了原先的600 V发电机组为SCR/VFD电控房提供动力。当网电停电时可开启原先的600 V发电机组并将双电源切换至发电机工作模式为SCR/VFD电控房提供动力，钻机即可正常进行作业。滤波补偿房根据需要从额定感性容量到额定容性容量连续调节，提高功率因数至0.95以上并可对谐波进行抑制。经过无功补偿和谐波抑制后，满足国家对公用电网谐波限制的标准要求。

1.2 LDB/L钻机网电装置

LDB/L钻机网电改造较电动钻机要相对复杂，原钻机的井架、底座、游吊系统、绞车、转盘、钻井泵、固控系统、辅助发电机、MCC（Motor Controlled Center，电机控制中心）系统等均不作改动，改造后的钻机动力主要采用工业电网供电，网电高压房将600 V电源接到低压房，低压房经过1个600 V/400 V变压器将400 V电源引到MCC母排上，带动转盘和井场其他用电设备，同时用2台电机替代柴油机位置，通过液力偶合器驱动联动箱，带动绞车/转盘、钻井泵运转。电机动力机组与柴油机动力机组可以进行互换，另外2台柴油机作为备用动力设备，在不满足电网的情况下，可以恢复到原来的4台柴油机驱动钻机的状态。在工业电网停电的工况下，由原钻机备用的2台柴油机组+液力耦合器给减速箱提供机械动力，400 V辅助发电机组提供井场用电，钻机可正常进行作业。这种改造方案需要2套电机调速器调节电机转速，或者用交流电机取代柴油机，通过软启动器将电机安全启动，用液力偶合器实现调速（图 2）。

图2 LDB/L钻机网电装置

2 钻机网电装置所面临的主要问题

近几年来，随着国内钻机制造业的快速发展，新型钻机已经进入到了各油田内部市场。新型的钻机网电装置正发挥着节能、环保、安全等特点下的优势。该钻机系统也正逐步替代以往的机械钻机，也将把传统的机械钻机时代推向一个新的时代——全电动钻机时代，并为未来的全自动钻机时代奠定了基础。但是任何一项新技术的普及与发展都将面临着各种各样的问题。新型的钻机网电装置在发挥优势同时，也带来了一系列的问题。网电装置在使用过程中所面临的问题主要有5个。

（1）部分网电装置稳定性存在一定的欠缺。在施工过程中经常出现这样那样的故障，影响了网电装置效益的发挥；由于设计网电的厂家分布于全国各地，种类千差万别，难以满足标准化采购的要求，无法实现互换，造成重复性浪费较大；网电电机的通用性、适应性较差，目前没有专门为钻机网电装置设计的交直流电机，均为从类似设备改造而成。

（2）人员对设备适应性不强。石油钻井行业自20世纪50年代开始使用传统的机械钻机至今，对机械钻机设备的修理及保养维护已经非常熟练，新老钻井人都普遍继承了老一辈钻井人的传统经验及操作方法，在诸多方面形成了固定的思维习惯。新型网电钻机具备一定的科技含量，例如在电控、液压、信息采集等方面需要具备内一定知识储备的员工才能操作驾驭。所以钻机网电装置要想在国内油田站稳，就必然要通过设备升级和向新老员工进行技术培训来相互融合。

（3）电气工程技术配套服务不足。网电钻机的飞速发展和使用，与当前钻井公司电气人才的储备之间存在较多矛盾。机械钻机均不配置电气工程师，即使配置刚毕业或从事时间不长的电气工程师，他们也对新型的电动系统缺乏一定的了解，一旦钻机网电装置故障，难以在短时间内排除。

（4）设备部件及零件供应不及时。钻机网电装置的零部件采购自国内众多企业，核心部件制造厂散落在国内的各个角落。一个部件损坏后很难在较短的时间内组织配件。损坏和磨损严重的部件及零件更换不及时，必将引起整个设备的瘫痪。

（5）设备检修、维护、管理还未完善。新设备必然需要新的操作规程，而且新的操作规程的制订需要一定的时间来完善，它既需要专业的电气工程知识、钻井工程技术知识，还需要对传统的钻井人习惯及思维模式的了解。因此能够针对该类网电钻机的操作规程及保养方法的问世必将经历一个漫长的过程。这些问题都会对网电钻机的快速普及起到制约作用。

3 钻机网电装置配套建议

随着全球经济的高速发展，作为不可再生资源的石油价格肯定会继续在高位徘徊，钻井柴油成本支出会越来越高，从钻井行业发展来看，甲方投资会只降不升，钻井的成本压力会持续升高。其次，结合国家节能减排的发展思路，未来环保、低碳将会是钻井行业的发展方向。这就意味着钻机网电装置将会是未来钻井设备的发展方向之一。下面就钻机网电装置的未来发展进行探讨。

（1）钻机生产厂家在设计制造过程中要考虑网电使用的可能性，在电控房上预留出网电进线接口、在房内设置网电进线框，与发电机进线相设计连锁保护。对于全电动钻机，可以在600 V/400 V变压器进线框设置网电进线接口，可以在钻井现场网电容量不够时用网电来负载400 V等级用电设备的供电。

（2）对于有2个或以上电控房的交流钻机如70DB/90DB/120DB，可以考虑在每个独立的电控房电源进线柜中设置网电接口和断路器，当钻井现场网电容量不能负载所有设备时,可以考虑网电和发电机电源分开供电，在一定程度上也能降低成本。

（3）对于直流钻机生产厂家在设计生产中要将无功补偿房接口、进线断路器预留出来，在钻机使用网电时，无功补偿滤波装置对提高供电电压质量具有十分明显的效果。同时较高的功率因数也能避免缴纳无功电费，对于减小能量损耗、提高线路使用寿命都有益处。滤波装置能够降低电压电流畸变率，降低谐波对于公共电网的污染。

（4）对于LDB/L型机电复合钻机而言，要在联动箱上设置4个输入轴接口，当井队用2台网电电动机取代柴油机时还能保留2台柴油机，确保网电停电时有柴油机工作、井队钻进工况不影响正常生产。

（5）网电设备制造厂家在设计制造网电房时，应考虑模块化设计，即网电高压室、变压器、无功补偿滤波装置、网电电机控制及其他辅助设施，尽量做成简单、独立的橇装模块。它们之间可以相互兼容，任意组合使用，这样就可以根据钻井现场的实际需要调拨网电模块，既保障现场使用，又提高了设备使用率。

（6）网电房在设计制造时，要在网电房上设计预留出顶驱接线窗口及断路器，方便使用顶驱时的接线。同时也要考虑网电停电时能将发电机400 V电源通过网电变压器升压至600 V，并可以将网电和发电机进线的互锁保护解除掉，将电源送至顶驱变频房，保证特殊情况下不耽误井队正常生产。

（7）对于LD/L型机电复合钻机的网电改造有很多方案，对于负荷较小的钻井或试气修井现场来说，可以考虑使用2台交流电机替代柴油机，电机通过软启动装置实现安全启动，使用液力偶合器实现自动或手动调速，这种改造方案简单，周期短，投资较小，比较适合现场使用。

（8）对于网电装置低压房在制作的过程中，可以考虑加入2～3台发电机控制柜，在其他在用发电机组富裕的情况下，可以考虑在网电停电、电网出现故障时使用发电机组，链条箱主体部分不做改动。

4 结论

虽然钻机网电技术在实际使用中还面临诸多问题，但是此装置在节能减排、减少油耗成本等方面具有较大优势，通过结合上述改造建议，进行必要的升级改造，相信未来钻机网电装置的市场会越来越大。