顶驱供配电系统改进方案的研究和应用

滕一宁+孙长征+郭星民

摘 要：本文依据切身在机动科，跑井现场中发现的早先电控系统LDB、DB钻机上顶驱配套单独发电机，导致的柴油消耗过多问题展开优化改造设计，分析了原有控制方案存在的问题，改造的可行性、具体措施方案及实施效果。最终实现了由MCC发电机并车系统带动顶驱，有效节约了燃油成本及材料维护成本，实现了经济效益稳步提升。

关键词：顶驱；发电机；控制方案；成本；效果

一、背景

近年来，随着油田超深井、探井、非常规井及同台井的日益增多，对钻井设备转型升级提出了较高的要求。顶驱以其独特的优势顺应了钻井发展需要，在预防、处理井下复杂情况以及提高钻井效率方面发挥了主要性能，非常符合设备发展需要。井队对顶驱的需求量日益增多，但大部分井队早期的如LDB、D、DB钻机（此类钻机在每个钻井公司已经占到井队总数的一半之多）MCC房都没有顶驱预留设计，所以在原有钻机系统中添加配置顶驱时传统的方案是为顶驱专门配置一台发电机。此种方案虽然提高了钻井效率、有效避免了井下复杂情况的发生，但在柴油成本节约方面有着不利因素，属于一种高投人、高消耗、高成本的粗放设备利用方式；尤其在当今油田大力提倡节能、减排、降本、增效的形式下，亟待研究一种新的方案，将可控成本降到最低。本着降本、增效这一宗旨，我从完善设备增效点的系统角度出发，通过抓关键环节对设备进行了升级改造。并在实施过程中进一步制定完善各项制度，实现了经济效益稳步提升。

二、原有控制方案存在的问题

渤海钻井一公司现有40LDB钻机4部、40DB钻机1部、50LDB钻机2部，此7部钻机都能满足配置顶驱要求，但通过跑现场发现MCC房都没有预留顶驱接口，顶驱专门配置1台发电机。

由于LDB钻机上设备采用的是400V电压标准，而顶驱电控房进线电源不同于转盘采用的是600V电压标准。所以最初阶段采用一个600V、1250KW的卡特发电机专门带动，而顶驱最大消耗功率不到300KW，所以，此种方案存在最大的一个弊端就是发电机利用率太小，余功浪费，柴油消耗存在较大浪费，燃油成本始终在钻井生产成本总量中占较大比例。

第二阶段进行了改进，以50695队LDB钻机为例，后续配套了50天意顶驱，配套模式为：3台480KW的发电机带动原电控系统，顶驱配套专门一台发电机单独控制。顶驱专用发电机采用比顶驱额定功率稍大的400V发电机，后端配合相当容量的400V/600V升压变压器进行控制，相比第一阶段控制方式有了较大改进，在柴油成本节约方面也迈了一大步，但在柴油节约方面仍有潜力可挖。

上述两阶段启用专门的顶驱发电机控制存在以下三个方面的问题：①从钻井工序全过程看，不利于成本节约。非钻进时间：例如起下钻、下套管、循环、卸钻具阶段顶驱主电机不用，最多只有一个5.5KW的液压泵启动液压系统完成顶驱液压操作。而发电机却必须一直启用，利用率极低，大大浪费了柴油成本。②从钻井时效看，不利于钻井周期的节约。由于没有倒换的发电机，只有等起下钻时间停下发电机进行换滤子、机油等维护保养工作，且一旦发电机故障也必须停止顶驱使用，不利于生产工序的衔接。③从设备使用角度看，由于发电机没有倒换的余地，不利于延长设备使用设备寿命，所以设备消耗成本较高。

三、实施项目改进的可行性及具体措施方案

（一）实施改造的可行性

电力系统中，各种变压器已十分成熟，根据顶驱设备负荷需要，选取合适容量的干式变压器，并利用变压器的变压功能满足顶驱电压等级需要，付诸现场直接使用。

另外，原有VFD、MCC、SCR电控系统虽然无顶驱预留窗口，没有考虑顶驱设计需要，但大部分电控系统有备用空间，为在内部进行加装顶驱控制断路器、母排及输出窗口奠定了可靠基础。

（二）改造的具体措施方案

根据顶驱功率，设计使用断路器1250A。在电控房内的开关柜内，转盘断路器的位置右侧，安装一台施耐德NS1250N，1250A的断路器。同时，柜门安装上合闸指示灯。而且，此处离发电机并网400V母排距离较近，方便施工.

电路连接方面：从并网主铜排到1250A断路器，使用TMY50*8的镀锡铜排连接；从断路器出线位置到出线墙连接，使用YCW 1*240的单线连接。

综上所述：将顶驱专用400KW发电机撤掉，对MCC房进行设计改造，在房内选取合适的空间增设顶驱1250A供电断路器及铜排端子，装设启停指示灯，加装3×240mm2的电缆，连接至MCC房出线室，在出线室加设顶驱母排。控制方式改为400V发电机组——发电机并车母排——断路器——房外接线端子——400V/600V升压变压器——顶驱电控房——顶驱。

四、实施情况

（一）强化设备使用制度

根据钻井作业期间的负载情况、合理选择发电机投入数量。当实际负载低于发电机额定功率65%时，严禁启用第2台发电机，达到65%时，必须使用并车。对设备使用实行一定的考核奖惩机制，对于责任心强、严格执行设备使用制度的岗位人员实行柴油节约考核奖励机制。反之，对于忽视负载情况，随意选择并车使用，抱着“公家”柴油与自己无关思想的也在奖金考核上进行处罚。

（二）实施情况

首先在50LDB钻机50695钻井队进行了试点，由于效果十分明显，接着在40DB钻机40217队及另一LDB钻机50775队完成改造，撤掉顶驱专用发电机后，在机房配置有3台同等型号480KW发电机。通过密切跟踪使用效果，重点对影响成本的主要因素：油料、材料、设备维修等重点成本项目进行跟踪调查分析，找出成本节约点。在钻至井深1300米之前，一臺发电机无需并车已完全能够满足钻井所需。另外整口井非钻进期间都无需并第二台发电机使用。并车使用期间实现了负荷平均分配，发电机并车装置能够根绝负载自动调节输出，增高功率因素。改造后取得了显著的效果，首先大大节约了柴油消耗；其次3台发电机轮流倒换使用，维护保养及时，延长了设备使用寿命；再者提高了设备使用安全系数；另外再没有因顶驱专用发电机故障而导致停工、耽误时效的状况发生。

五、实施效果

（一）社会效益

随着设备的发展升级，各大钻井公司对顶驱的配置量日益增多，但如果采用传统的顶驱专用发电机配置模式，不思改进，将有违油田现在推行的降本、增效经营管理宗旨。

对配置顶驱井队MCC并机系统进行优化设计，增设顶驱接口，节省一台发电机管理模式的建立与实施，使经营成本管理的基础更加夯实，成本管理的行为更加规范，成本管理的工作更加细化，整体管理水平得到全面提高，表现出良好的社会效益，深得各井队的欢迎，有着较强的实际意义。

（二）经济效益分析

1、投入费用

一次性改造所需增加各种劳务费用、材料费用及其它费用3.5万元。

2、节约成本

改造后，密切跟踪改造效果，起下钻、下套管和循环期间使用单台发电机完全满足要求，每24小时相比原来用2个发电机实际节约柴油1吨，前三个月累计施工18口井，起下钻、下套管和循环期间共计1900小时，节约柴油1900÷24×1=79吨，柴油价格平均0.76万元，18口井节约柴油成本0.76×79=60万元；另外减少原有发电机维护保养误工时间统计30小时/三个月，按照平均日费6万元，周期节约共计30÷24×6=7.5万元；发电机维护、保养及故障维修配件等节约2万元。前三個月共计节约60+7.5+2=69.5万元。

3、净效益

通过优化原有设备配置模式，配合一系列措施的完善及强化管理，改造后3个队前三个月发电机柴油消耗成本同比共计降低了69.5万元，减去改造成本3.5万元，共计节约资金66万元。

六、结论

基于进一步拓展挖潜空间，优化设备配置模式，用尽可能少的油耗、材料消耗及设备消耗推动钻井正常生产，提出了该项目，并付诸了实施。

胜利油田5大钻井公司，设备型式基本一致，推广开来，跟踪使用情况，改造后，相比原有配置模式，在起下钻期间，每天平均节约柴油40%，带来了可观的经济效益和社会效益。

对配置顶驱井队进行MCC房升级改造，它所带来的柴油成本结余、设备安全管理水平提升作用已日趋明显。该项目改造实际、在各大油田公司具有良好的可复制性、可推广性，有极大的推广应用价值，能够极大的提高井队降本增效管理水平，为油田乃至中石化钻井作业带来巨大的节能效益。