提升钻井节能发电机有效利用率探讨

高晓军，陈小勇

（长庆钻井总公司，陕西 西安 7 1 0 0 1 8）

提升钻井节能发电机有效利用率探讨

高晓军，陈小勇

（长庆钻井总公司，陕西 西安 7 1 0 0 1 8）

在长庆地区，节能发电机因安装简易、效能突出而被广泛使用。但在管理与维护方面存在误区，现场使用中故障多，有效利用率有待进一步提高。本文对送修节能发电机故障统计分析，提出维护保养的方法技巧，并结合钻井工况，匹配钻井设备功率，探讨合理的使用方法。

节能发电机；现状分析；预防措施；有效利用率

节能发电机广泛应用于机械传动的J、L系列和机电复合驱动的L D B系列钻机上。长庆区域目前使用最多的是1 F C 6系列三相无刷同步节能发电机，其次是西峰电机厂生产的T Z HW系列无刷节能发电机。

1 现状分析

1.1 2 0 1 6年上井维修和送修情况

我厂保障3个工程项目部共1 2 4个钻井队节能发电机，上井维修9队次，修理1 4台次，其中机械故障和电路故障如图1所示。

机械部分主要是轴承磨损、端盖内孔扩大、轴弯曲等，电路部分主要是A V R电路板坏、定子绕组烧损、励磁装置元器件损坏或开路、励磁机组件故障等，均影响钻井生产。

1.2 现场使用情况

因管理者和日常岗位负责人对节能发电机的性能参数、维护保养存在误区，以致过载、盲目使用、过保养、欠维修等问题频发。

（1）过载问题。

井场用电设备包括循环系统、井场照明系统、井场电控系统及营区供电，以及电动转盘等，如表1所示。

图1 节能发电机故障分析

从现场实际配置的节能发电机功率来看，6 0 0 k W、3 7 5 k W、3 0 0 k W机型使用普遍，由上表可知，除Z J 4 0 V钻机外，其他的不能全负载使用。在实际生产中，为追求油料成本节约，存在负载过大甚至长期过载运行现象，必然引起发电机严重发热，绕组温度过高，导致绕组绝缘降低、被破坏，定子绕组和励磁机故障率提高。且发电机功率不足时，遇到突变载荷，发电机的响应跟不上，电压和频率波动大，对发电机造成冲击，同时烧毁井上用电设备或降低使用寿命。

表1 钻井用电设备负载统计表

柴油机通过减速箱或并车传动箱等机构，驱动节能发电机转子旋转。有些钻井队盲目为了节约油料，在起下钻等工况下使用，因柴油机负荷急剧变化，以致节能发电机转速也会急剧变化。

由公式（1）得：节能发电机频率与转速同步变化。

由公式（2）得：节能发电机电压也随转速发生变化，电压和频率的急剧变化，对发电机造成冲击，节能发电机的保护系统动作，导致频繁跳闸，以致于全井场停电，钻井作业处于停止的不安全状态，因此，现有的节能发电机在钻井作业中利用率低。

（3）过保养。

节能发电机保养，按要求使每运行4 0 0 0 h加注4 0 g润滑脂，但从送修的发电机看，存在黄油加注过量现象（图2）。

图2 黄油加注过量

过保养会造成轴承散热不良，降低使用寿命，部分进入转子、定子腔内，极易沾尘土，影响线圈绕组散热并降低绝缘，严重时可致线圈烧毁。

（4）欠维护。

从送修设备观察到，电控盒、定子转子腔内灰雨防潮措施不到位。

由电路故障分析得知，5月到1 0月间的阴雨天，节能发电机电路故障多发生在这个时间段，因空气潮湿，发电机的绕组绝缘降低，当低于0.2 MΩ，不经过烘干直接加载使用，造成定子绕组和励磁绕组，电子元器件烧损。

2 预防措施

2.1 提高现场安装标准

因节能发电机转速高，以及柴油机的余振，本身易振动，振动会造成A V R调压板、电感器等电子元器件松动，并使线路松动、磨破绝缘层，造成打火烧毁元件，有时甚至导致主回路线路故障，振动还会加速发电机轴承的损坏，严重时会发生定子扫膛设备事故。

节能发电机安装应做到平、正、稳、全、牢、灵、通，应坚决避免联轴器不同轴现象发生，位置在铺台上的，应仔细检查支撑强度，防止出现共振现象，并在班前会、班中按要求检查地脚螺丝固定情况。

2.2 强化维护保养及启动前安全检查

每天班前会和班中检查发电机外壳、检测驱动端和自由端温度，按要求给轴承加注黄油，使用中若有异响、三相负载不平衡、电压不稳、发电机温度高等，及时停用检查，以免造成严重后果。每口井完井时检查内部各种元器件的固定，电线老化等，并定期清扫内部灰尘；阴雨潮湿天气不得使用节能发电机，重新启动前，使用兆欧表检查绕组绝缘，低于0.2 MΩ，采用电流短路干燥法烘干后再启动，该方法是将电子绕组出口短接，使发电机在额定转速下运转，调节励磁电流，使三相定子电流升至额定电流的5 0%～1 0 0%，并打开发电机观察孔，以便带出湿气，但要密切注意定子端部温度及定子、转子电流大小。使用两年送机修公司保养。

2.3 联合厂家改良性能

钻井环境恶劣，工况复杂。为有效地保证井场供电的连续性和稳定性，引入稳频稳压装置，该装置可适用于三相平衡负载或完全不平衡负载，任意相均可作为单相电源使用，应当配备使用冷凝加热器，可以在绝缘受潮时烘干线圈绕组，防止加载时被击穿，加装电阻温度计与传感器，可对各种原因导致的绕组过热进行保护，这两种保护设施的价格不高，但能有效地保护发电机主体，继而大幅度降低维修费用。另外，还可以加装空气过滤器，起到防尘作用。

3 合理使用

在石油钻机中，节能发电机的出现是在综合利用钻机柴油机的剩余功率基础上发展起来的，所以有剩余功率才有节能发电机的使用，下面就合理利用剩余功率，整体提高能效两方面展开探讨。

3.1 合理利用剩余功率

柴油机有剩余功率，以及其负荷稳定，是节能发电机使用的基础。剩余功率与使用柴油机台数直接关联，转速与钻井工况相关。

（1）功率匹配问题。

钻井从开钻起，要求使用双柴油机。两台柴油机功率：8 1 0 k W×2=1 6 2 0 k W，开单泵钻进，此时钻机所需功率为：

Z J 7 0 L D B钻机：-9 6 0×0.8＝7 6 8 k W；Z J 5 0 L D B钻机：9 6 0×2×0.8＝7 6 8 k W；

Z J 4 0 V钻机：（3 3 0＋9 6 0）×0.8＝1 0 3 2 k W。

根据以上分析：Z J 7 0 L D B钻机、Z J 5 0 L D B钻机使用的功率不足配备功率的4 7%，Z J 4 0 V钻机其使用的功率不足配备功率的6 3%，使用节能发电机可以替代柴油机发电机，能效明显。

若打长水平段水平井，需要开启双泵，须开启三台柴油机，同样可得剩余功率多，使用节能发电机合理，能效突出。

（2）工况选择。

为确保节能发电机有效利用，因选择柴油机负荷变化稳定的工况，如钻井、循环、取芯等，避开起下钻、处理复杂等负荷变化大的工况。

3.2 整体提高能效

用不用节能发电机要算经济效益总账。超载、柴油机负荷急剧变化时节能发电机电压波动大，极易烧毁A V R调压板，因没有相关修理技术，更换需1.4万元，而且材料组织周期长，造成节能发电机长时间闲置，有效利用率极低。

选择正常钻进工况、合理开启柴油机台数，使用节能发电机后，虽然柴油机输出功率增大，经计算其负荷率可达9 0%以上，根据柴油机的负荷特性曲线分析，此时柴油机基本上处于最佳经济负荷状态，其油耗只略有增加，一台节能发电机每年可节省柴油4 0 t，还可节约润滑油、冷却液及常规维护配件费用等，整体上经济效益突出，节能明显，也符合清洁钻井要求。

4 结语

节能发电机在长庆区域广泛使用，但因过载、盲目使用、过保养、欠维修等问题，故障率高，有效利用率低。分析原因后，着力提高安装标准，强化日常维护保养，联合厂家改良节能发电机性能，进一步阐明管理及维护保养方面观点，从本质上提出合理利用剩余功率和整体提高能效的措施，从而提高节能发电机有效利用率，真正使节能发电机成为钻井清洁节能的典型设备。

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