石油钻井生产电气设备节能探讨

　　摘要：为提高钻井生产整体效能，应将其电气设备视为节能研究的重要对象，尤其是随着钻井生产电气化程度的提升，制定可行且高效的节能技术，有着重要的应用意义。本文首先就钻井电气设备节能进行了必要分析，并从能耗的角度研究钻井电气设备应用现状，最后提出实现设备节能的具体方法，旨在降低钻井生产能耗水平。

　　关键词：石油钻井生产；电气设备；节能

　　为构建节能型社会，石油钻井生产也要寻求更节能的技术及设备管理措施。在石油持续开采中，其生产作业条件愈加恶劣，而且电气化应用有明显提升，如何降低钻井电气设备能耗，已成为重要的研究课题。要想维持石油钻井的高效性与经济性，需采取技术及管理手段，维持设备运行工况状态，降低钻井电气设备能耗，下面将就此展开详述。

　　1钻井生产电气设备节能必要性分析

　　现阶段，国家经济正面临转型压力，粗放式发展显然不再适用，而在石油钻井生产领域，高能耗、低效率电气设备，所代表的正是落后的石油产能。石油是经济发展的重要支撑，为确保经济发展不受石油制约，要求在提高产能的同时，还要落实好节能要求。相较先进国家，国内石油钻井生产中的电能能耗比重较高，要求采取技术及管理手段，降低钻井电气设备能耗，缓解经济转型期的阵痛。同时，国内能源供需矛盾突出，不仅在于能源与资源的结构性问题，而且还在于高能耗下的供求矛盾，但在石油钻井生产中，在获取到相同规模石油资源的情况下，钻井电气设备高能耗，还会使能源供给矛盾加剧。要想改变石油生产的被动局面，势必要重视钻井电气设备节能，找准问题的根源，从技术、管理等方面，突破钻井电气设备节能现状，实现石油钻井综合效益的提升。

　　2钻井生产电气设备能耗问题分析

　　（1）现有设备能耗高、效率低。在钻井生产设备体系中，许多功能的实现均依赖钻井电气设备，而且其能耗水平对钻井生产效益有直接影响。通过现状研究，能耗高、效率低是钻井生产电气设备的常见问题，若不进行改进，很难提高钻井生产效能。其原因在于，钻井生产中许多电气设备趋于落后，而且长期工作在恶劣的钻井生产环境中，老化问题也较为突出，再加上电气设备更新滞后，很难在钻井生产中维持高效状态，能耗问题不断恶化。同时，在钻井设备使用管理上，未能就使用期限进行明确的界定，导致钻井生产电气老化设备长期低效运作。受严峻钻井生产条件影响，设备运转可能受到妨碍，出现连接松动、润滑不足、设备脏污等情况，影响钻井电气设备效能。（2）技术方法问题造成的高能耗。钻井电气设备能耗的高低，还与钻井技术、方法密切相关，若技术装备长期不更新，将会严重制约钻井生效效率，还会加剧设备耗能，带来系列钻井生产问题。由于地质及环境条件复杂，钻井生产存在较大不确定性，如果不能正确选用技术方法，不仅钻井生产会受阻，还会因钻井难度的提高而使电气设备更加耗能。若采用先进、适用的钻井技术，其钻井难度也将显著降低，并带来明显的节能效果。经调查发现，钻井生产整体能耗居高不下的重要诱因，在于落后的钻井技术及方法，钻井电气设备长时间工作于高强度状态，面临严重的耗能问题，还会加剧电气设备损耗，应引起关注。

　　3实现钻井电气设备节能的具体方法

　　3.1提高设备功率因数

　　在钻井生产中，电气设备做功能力的高低，通常可依据钻井设备功率因数进行分析，要想改善其节能效果，需从根本上减少石油钻井电气设备功率损耗。要求在钻井电气设备设计安装中，通过科学有效的方式，提高设备实际做功功率的占比，具体方法如下：（1）将电容器与感性负载并联。钻井生产过程中，受负载不均衡变化影响，钻井电气设备会有较多感性无功存在，这也是钻井生产的重要损耗，而通过并联电容器，可对钻井生产感性负载形成有力补偿。其基本原理在于：假定设备负载是恒定的，正常运行时，设备中所产生的感性负载电流也相对固定，若此时将其与电容器并联，并不会对设备内部感性电流有所影响，但若将两者视为一体，其外在所呈现的感性电流因电容补偿，会有明显的降低，也就是钻井电气设备两端电压、电流相位差缩小，钻井电气设备损耗降低。同时，由于钻井电气设备电压损耗的降低，也减轻了采油现场电源的压力，相同变电容量下可承载更多的采油设备。（2）电动机绕组改用节电接线方式。电动机作为钻井生产的核心电气设备，其节能效果直接关系钻井生产整体耗能水平。然而，受不规律的钻井负载影响，其轻重负载变化频繁，在长期工作中，将有大量的电动机损耗产生，钻井设备整体做功效率极低。所以，需从技术上降低钻井电动机设备损耗。一般而言，电动机工作状态下，若钻井生产负载较低，或者直接是空载运行，此时，可改变其接线方式，利用Y型接线下钻井电动机负载电压降低的特点，减少功耗的产生，而当钻井生产负载恢复时，则将其改回三角形接线，满足钻井生产的动力需要，这样便可改善钻井低负载情况下的功耗，有着明显的节电效果。

　　3.2合理选择钻井电气设备

　　针对不同钻井生产条件，其对各类钻井电气设备需求是有差异的，而且设备功率等参数的选择也需有科学依据，满足钻井生产的同时减少设备功耗。对于钻井生产而言，其工艺环节复杂，而且不同钻井环节间均需有相应电气设备。所以，为保证钻井电气设备选择的合理性，首要任务是研究钻井生产各环节的功率需求，以完善的数据分析，提高钻井设备参数选择的节能性能，在保证基本钻井生产的同时，充分体现钻井电气设备的节能效能，使得电气设备配置更为合理。同时，钻井生产中的许多老旧电气设备，应当从功效、节能等角度，对其进行有效评估，研究其能耗与产能的内在联系，并出具研究报告，以此制定上述设备的更换升级计划，实现钻井电气设备整体效能提升。

　　3.3充分应用新技术、新设备

　　伴随科技发展，钻机技术及设备有很大改善，而且还研制出了许多高效、节能的电气装备，钻井生产效能获极大提升。对于钻井生产企业，要注重先进成熟技术工艺的引进，改进石油钻井装备配置，提升钻井生产的经济性指标。更为先进的钻井电气设备，往往代表着更高的钻井生产效率，有着明显的节能优势。以液力耦合器为例，其作为先进装备用于钻井生产，显著提升钻井生产效率，有效替代了常规链条并车驱动装置，并且更加耐用，降低钻井生产维护支出，节能与经济效益明显。现阶段，钻井生产呈现出电气化、自动化趋势，不断有新技术、新设备应用于石油钻井现场，整体节能水平获显著提升。

　　3.4健全节能机制，提高人员素质

　　无论是操作还是维护人员，其专业素质均对钻井生产电气设备节能性能有直接的影响，钻井设备操作及维护要求的执行效果，也取决于相关人员的专业素质，所以，应重视钻井电气设备相关人员素质的提升。具体措施如下：首先，专业培训与专项学习，针对钻井电气设备运行需要，在其专业认知水平范围内，合理制定培训计划，提升对其钻井电气设备业务知识的掌握程度。其次，在钻井生产管理中，有意识地去引导电气设备维护人员，强化其责任及安全意识，并不断提高其实操水平，实现钻井电气设备故障异常的快速处置。最后，需健全节能机制，制定完善的钻井电气设备操作及养护制度，并使得不同制度间有效衔接，建立电气设备节能指标体系，并明确相关责任人，推动后续设备节能工作有效开展。此外，在钻井生产实践中，需对现行节能制度内容进行持续完善，不仅要与钻井生产节能需求相符，还要有前瞻性，制定钻井生产的节能目标。但要实现节能指标的改善，还应落实考核机制，并将其与钻井生产电气部分人员薪酬相关联，激发其对节能降耗的积极性。

　　4结语

　　综上所述，在当前能源形势下，节能已成为产业升级的基本要求，对于石油钻井生产同样如此。但现有的钻井电气设备因落后、老化等带来高能耗问题，再加上钻井技术方法与节能管理问题，使得设备效能提升面临较大挑战。为此，需采取技术手段，提高钻井电气设备功率因数，并结合钻井生产需求，选用合适的电气设备，还要落实好设备养护及管理工作，使钻井电气设备高效、节能运转，提升石油钻井的经济效益。

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　　作者：蒋国波 杨怀建 李海峰 单位：中国石油集团渤海钻探工程有限公司第四钻井工程分公司 中国石油集团渤海钻探工程有限公司第五钻井工程分公司