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[摘 要]节能减排已经是当今社会最关注的问题之一，石油钻井行业是能耗大户，节能减排意义非凡。文章推出石油钻井公司采用与能源公司合作，在不增加自身投资，利用能源公司的资源，取得很好的节能、减排、增效的成果。这种专业化、精细化的合作模式将会得到很好的发展。
[关键词]石油钻井；节能；减排；商業合作；推广应用；经济效益
中图分类号：ET2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0105-02
前言
传统的石油钻井一般采用柴油机作为动力，移动柴油发电机作为供电设备。单台钻机生产日消耗柴油3至6吨，其所造成的烟气与噪声的排放越来越受到当地民众的抵制。近年来，网电和天然气发动机在各油田钻井队得到了推广，并取得很好的成果。为节约投资并能采用节能减排新技术，华东石油工程公司六普钻井分公司分别在江苏工区和新疆工区探索采用合作接入网电与合作使用天然气动力的运作模式，取得了良好的经济效益和环境效益，节能减排效果明显。
1.能源消耗与排放分析
1.1 动力配套
目前，我公司油田开发使用的钻机主要有国产ZJ30型～ZJ70型，机械钻机动力设备配套ZJ30型～ZJ50型配制三台济南柴油机（G12V190PZL），常用一～两台，配套发电机为两台400KW，常用一台；ZJ70型钻机配套四台济南柴油机G12V190PZL，常用两～三台，配套发电机为两台400KW，常用一台；ZJ50DB型和ZJ70DB型一般配套1000KW发电机3--4台。常用发电2000～3000KW。
1.2 能源消耗分析
为准确分析能源消耗，根据新疆和江苏工区施工井的差别，分别对两个工区进行了统计，新疆工区主要为ZJ70型钻机钻井施工钻进井深6000至7000m，2013年，新疆工区开始试验用天然气发电，主要能源仍为柴油；江苏工区主要为ZJ30、ZJ40、ZJ50型钻机施工钻进井深2000至4000米，2013年开始试验采用网电，主要能源仍为柴油。经统计，新疆工区能源消耗为148Kg/m标煤，江苏工区消耗柴油为93 Kg/m标煤，见表格1。
1.3 污染物排放分析
柴油发电机组产生的污染物主要为SO2、NOx、CO、和烟气，同时还产生温室气体CO2。根据环评工程师注册培训教材《社会区域》给出的计算参数计算污染物排放；根据IPCC（能源工业固定源燃烧的缺省排放因子）柴油因子为71400，中国能源统计年鉴给出的柴油热值42652KJ/Kg计算CO2排放，2013年新疆和江苏两工区的每米进尺排放量见表格2。
2.建立节能减排合作
2.1 合作思路
要实现节能减排，改变现在的动力配置，单支钻井队更换为网电需要的配置为：移动高压输变电系统、2台套动力机组（含1000KW电动机、液力变矩器及安装底座）、厂内输电电缆等；单支钻井队实施“油改气”需要的配置为：600-800KW天然气发电机组、3台动力机组（含810KW发动机、液力变矩器和底座）、移动式天然气储运罐和运输车等。此外，还需要配备专职人员和取得相关运营资质。
根据以上情况，一次性为十几支钻井队投入设备，无疑需要一笔巨大的投入。为此，六普钻井分公司结合地区特点，分别在江苏工区和新疆工区选用了网电和以天然气为能源的“油改气”两种能源合作方式。两种合作均为商业合作，由合作的能源公司提供人员、设备等一切服务，以电费和天然气费结算服务费用，达到互利共赢。
2.2 建立网电供给合作模式
江苏地区电网发达，大部分井位距10KV电网在3Km内，只需架设线路至井场落地。能源公司在现场提供一台1600KVA移动式输变电设备，分别向600V动力电机和400V的井电系统供电；提供两套1000KW动力模块，替换原动力柴油机；提供现场服务人员负责自备设备的维护和与井队的工作协调。井队保留一台动力柴油机和发电机作为应急备用。实践中，江苏7支不同型号钻机都通过简单的基础调整达到了配套。合作费用按用电量×电单价计算，为合作双方的利益合理化，网电单价以每月每钻井平台40万KWh为阶梯，价格分别为1.67元/KWH和1.57元/KWH，价格差异是因网电接入造成的固定费用的分摊。另对单个架线平台用电量低于75万度和超过1Km的架线距离给予部分架线费用补偿。
2.3 建立“油改气”合作模式
根据新疆南疆沙漠边缘，难以架设电网，但天然气供给充足，交通便利的特点。六普钻井分公司与能源公司开展“油改气”合作，能源公司提供3台250KW并网发电机，取代井队柴油发电机；提供三台810KW动力模块替换井队柴油机；提供现场天然气储罐并负责天然气的供给；提供现场服务人员负责自备设备的维护和与井队的工作协调，能源公司费用折算成天然气单价3.7元/m3，按照用气量定期支付。
3.合作实践与节能效果
3.1 合作实践情况
自2013年7月，首先在江苏工区ZJ50钻机开展网电试验；在新疆工区选取两台ZJ70钻机开展天然气发电试验，试验取得了很好的效果。2014年在江苏工区钻进周期20天以上ZJ30至ZJ50钻机全面推广网电。新疆工区在天然气发电试验成功的基础上，2014年全面推广天然气发电和天然气发动机替代柴油机的“油改气”合作。截至2014年11月，江苏工区2013年网电钻井16口，进尺41064.38米，2014年网电钻井38口，进尺116630.83米；新疆工区2014年“油改气”钻井15口，进尺81560米。
3.2 节能效果
2013年7月，江苏工区网电进尺41064.38米，网电消耗657.23万KWh，辅助动力消耗柴油262 T，将电力和柴油转换为标煤，2013年网电能钻井耗当量为28.97Kg/m标煤；2014年，江苏工区进尺116630.83米，网电消耗1337.68万KWh，辅助柴油消耗476.84T，将电力和柴油转换为标煤，2014年网电钻井能耗当量为30.84Kg/m标煤； 2014年，新疆工区进尺81560米，天然气消耗476.4×104m3，辅助柴油消耗2828.74 T，将天然气和柴油转换为标煤，2014年网电能耗当量为128.22Kg/m标煤；
由表格3看出，江苏工区2013年、2014年使用网电较柴油分别节省能源68.85%和66.84%；新疆工区采用“油改气”较柴油节省能源13.36%，节能效果明显。
3.3 减排效果
江苏工区使用网电，没有直接的污染物排放，按照2013年华东地区电网基准排放因子计算其CO2排放；天然气燃烧排放物为SO2、NOx和CO2，根据国外大量实验测的天然气燃烧排放的SO2系数为11.6mg/m3，NOx和CO2的排放通过IPCC因子和热值计算，柴油的排放计算方法同上。表格4对2014年两个工区能源更换后的排放情况进行了计算。计算结果与2013年排放量进行对比，采用“油改气”减排60%以上，使用网电减排近80%，减排显著的降低。经现场检测对比，采用“油改气”作业噪声基本不变，而使用网电，作业点噪声和厂界噪声平均降低10dB，这对处于人口密集的江苏非常重要。
3.4 经济效果分析
2013年江苏工区非网电钻井进尺80284m。柴油消耗5140.59T，柴油价格6129元/T，柴油费用3150.67万元，柴油费用为392.26元/m。2013年7月起，江苏工区开始网电合作，网电进尺41064.38米，电力消耗657.23万KWh，费用共计1237.18万元（含架线75万元），辅助动力消耗柴油262吨，柴油费用160.58万元。网电钻进成本为340.38元/m；2014年1至11月，江苏工区网电钻进进尺 116630.83米，电力消耗1337.68万KWh，含架线费用共计2172.18万元（含架线72万元），消耗柴油476.84吨，柴油费用292.26万元。网电钻进成本为211.35元/m。
2013年新疆工区钻井进尺72599m。柴油消耗6696.59T，消耗天然气气74.28×104m3，柴油费用4104.34万元，天然气费用274.84万元，每米费用为603.20元/m。2014年新疆工区进尺81560m，天然气消耗476.4×104m3，辅助柴油消耗2828.74 T，柴油费用1733.73万元，天然气费用1762.68万元，每米费用为424.69元/m。
由对比可以看出，网电钻进和“油改气”都为公司取得了很好的直接经济效益。此外还节约了设备维护费用，柴油机、发电机操作人工费用。
4.结论
4.1 无论是使用网电还是采用天然气动力，都达到了显著节能减排的目的，尤其是使用网电节能减排效果更佳。
4.2 对于较小的钻井公司或不计划增加固定资产的公司，采用能源合作方式，既可节省固定投资和管理成本，也可达到节能减排的目的。
4.3 网电的接入和“油改气”都需要具备合法的资质，拥有专业的人员，并具有特定的风险，通过与能源公司合作方式可分担风险、共享成果，是一项很好的方式。也符合工程服务专业化、精细化的思想。
4.4 无论是保护环境、节能减排的需要，还是企业利益的追求，网电和“油改气”在石油钻井行业应推广使用；减少资产投入、发展核心业务、充分使用社会资源的节能减排商业合作模式值得推广。
5.几点建议
5.1 目前采用的输变电加直流电机驱动，在使用中产生高次谐波对电网和用电器造成影响，并且功率因素平均在0.48的低效率下运行，损耗很大。建議与能源公司协商增加滤波补偿装置，可显著减少谐波，提升功率因素到0.95以上，可提升节能16.24%。设每台滤波补偿装置投入100万元，合作双方可通过合理分配16.24%的节能利益，达到共赢。
5.2 加强用电管理，节能效果明显，在网电的实际使用中发现统计发现，及时停用非必须工作设备，形成良好的节能习惯，平均每天可节约用电约2000KVA/天/钻井队。
5.3 全电动钻机由于驱动方式与机械钻机的不同更加节能，平均可节约用电2000KVA/天，因此，电动钻机更加适合采用网电。
5.4 能源公司的利润取自于能源消耗量，能源消耗越多，利润越高，因此，能源消耗多，合同价格可降低。同理，为消化固定接入费用，在统一平台上，施工周期越长，单位成本越低。因此，平台井更加节能。
参考文献
[1] 赵永亮.网电钻机技术研究与应用[J].石油石化节能与减排.2012，2（5）：16-20.
[2] 周浩，魏学民.天然气发电的环境价值[J].热力发电.2003 （5）：2-5.
[3] 吕正林，林冉.钻机油改电项目试验应用[J].石油石化节能.2012 （3）：4-5.
作者简介
俞大春（1972-） 男，江苏南京人，2003年毕业于中国石油大学（华东）网络大学（本科），工程师。长期从事石油钻井安全工作。现中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司，安全环保质量部主任。
[关键词]石油钻井；节能；减排；商業合作；推广应用；经济效益
中图分类号：ET2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0105-02
前言
传统的石油钻井一般采用柴油机作为动力，移动柴油发电机作为供电设备。单台钻机生产日消耗柴油3至6吨，其所造成的烟气与噪声的排放越来越受到当地民众的抵制。近年来，网电和天然气发动机在各油田钻井队得到了推广，并取得很好的成果。为节约投资并能采用节能减排新技术，华东石油工程公司六普钻井分公司分别在江苏工区和新疆工区探索采用合作接入网电与合作使用天然气动力的运作模式，取得了良好的经济效益和环境效益，节能减排效果明显。
1.能源消耗与排放分析
1.1 动力配套
目前，我公司油田开发使用的钻机主要有国产ZJ30型～ZJ70型，机械钻机动力设备配套ZJ30型～ZJ50型配制三台济南柴油机（G12V190PZL），常用一～两台，配套发电机为两台400KW，常用一台；ZJ70型钻机配套四台济南柴油机G12V190PZL，常用两～三台，配套发电机为两台400KW，常用一台；ZJ50DB型和ZJ70DB型一般配套1000KW发电机3--4台。常用发电2000～3000KW。
1.2 能源消耗分析
为准确分析能源消耗，根据新疆和江苏工区施工井的差别，分别对两个工区进行了统计，新疆工区主要为ZJ70型钻机钻井施工钻进井深6000至7000m，2013年，新疆工区开始试验用天然气发电，主要能源仍为柴油；江苏工区主要为ZJ30、ZJ40、ZJ50型钻机施工钻进井深2000至4000米，2013年开始试验采用网电，主要能源仍为柴油。经统计，新疆工区能源消耗为148Kg/m标煤，江苏工区消耗柴油为93 Kg/m标煤，见表格1。
1.3 污染物排放分析
柴油发电机组产生的污染物主要为SO2、NOx、CO、和烟气，同时还产生温室气体CO2。根据环评工程师注册培训教材《社会区域》给出的计算参数计算污染物排放；根据IPCC（能源工业固定源燃烧的缺省排放因子）柴油因子为71400，中国能源统计年鉴给出的柴油热值42652KJ/Kg计算CO2排放，2013年新疆和江苏两工区的每米进尺排放量见表格2。
2.建立节能减排合作
2.1 合作思路
要实现节能减排，改变现在的动力配置，单支钻井队更换为网电需要的配置为：移动高压输变电系统、2台套动力机组（含1000KW电动机、液力变矩器及安装底座）、厂内输电电缆等；单支钻井队实施“油改气”需要的配置为：600-800KW天然气发电机组、3台动力机组（含810KW发动机、液力变矩器和底座）、移动式天然气储运罐和运输车等。此外，还需要配备专职人员和取得相关运营资质。
根据以上情况，一次性为十几支钻井队投入设备，无疑需要一笔巨大的投入。为此，六普钻井分公司结合地区特点，分别在江苏工区和新疆工区选用了网电和以天然气为能源的“油改气”两种能源合作方式。两种合作均为商业合作，由合作的能源公司提供人员、设备等一切服务，以电费和天然气费结算服务费用，达到互利共赢。
2.2 建立网电供给合作模式
江苏地区电网发达，大部分井位距10KV电网在3Km内，只需架设线路至井场落地。能源公司在现场提供一台1600KVA移动式输变电设备，分别向600V动力电机和400V的井电系统供电；提供两套1000KW动力模块，替换原动力柴油机；提供现场服务人员负责自备设备的维护和与井队的工作协调。井队保留一台动力柴油机和发电机作为应急备用。实践中，江苏7支不同型号钻机都通过简单的基础调整达到了配套。合作费用按用电量×电单价计算，为合作双方的利益合理化，网电单价以每月每钻井平台40万KWh为阶梯，价格分别为1.67元/KWH和1.57元/KWH，价格差异是因网电接入造成的固定费用的分摊。另对单个架线平台用电量低于75万度和超过1Km的架线距离给予部分架线费用补偿。
2.3 建立“油改气”合作模式
根据新疆南疆沙漠边缘，难以架设电网，但天然气供给充足，交通便利的特点。六普钻井分公司与能源公司开展“油改气”合作，能源公司提供3台250KW并网发电机，取代井队柴油发电机；提供三台810KW动力模块替换井队柴油机；提供现场天然气储罐并负责天然气的供给；提供现场服务人员负责自备设备的维护和与井队的工作协调，能源公司费用折算成天然气单价3.7元/m3，按照用气量定期支付。
3.合作实践与节能效果
3.1 合作实践情况
自2013年7月，首先在江苏工区ZJ50钻机开展网电试验；在新疆工区选取两台ZJ70钻机开展天然气发电试验，试验取得了很好的效果。2014年在江苏工区钻进周期20天以上ZJ30至ZJ50钻机全面推广网电。新疆工区在天然气发电试验成功的基础上，2014年全面推广天然气发电和天然气发动机替代柴油机的“油改气”合作。截至2014年11月，江苏工区2013年网电钻井16口，进尺41064.38米，2014年网电钻井38口，进尺116630.83米；新疆工区2014年“油改气”钻井15口，进尺81560米。
3.2 节能效果
2013年7月，江苏工区网电进尺41064.38米，网电消耗657.23万KWh，辅助动力消耗柴油262 T，将电力和柴油转换为标煤，2013年网电能钻井耗当量为28.97Kg/m标煤；2014年，江苏工区进尺116630.83米，网电消耗1337.68万KWh，辅助柴油消耗476.84T，将电力和柴油转换为标煤，2014年网电钻井能耗当量为30.84Kg/m标煤； 2014年，新疆工区进尺81560米，天然气消耗476.4×104m3，辅助柴油消耗2828.74 T，将天然气和柴油转换为标煤，2014年网电能耗当量为128.22Kg/m标煤；
由表格3看出，江苏工区2013年、2014年使用网电较柴油分别节省能源68.85%和66.84%；新疆工区采用“油改气”较柴油节省能源13.36%，节能效果明显。
3.3 减排效果
江苏工区使用网电，没有直接的污染物排放，按照2013年华东地区电网基准排放因子计算其CO2排放；天然气燃烧排放物为SO2、NOx和CO2，根据国外大量实验测的天然气燃烧排放的SO2系数为11.6mg/m3，NOx和CO2的排放通过IPCC因子和热值计算，柴油的排放计算方法同上。表格4对2014年两个工区能源更换后的排放情况进行了计算。计算结果与2013年排放量进行对比，采用“油改气”减排60%以上，使用网电减排近80%，减排显著的降低。经现场检测对比，采用“油改气”作业噪声基本不变，而使用网电，作业点噪声和厂界噪声平均降低10dB，这对处于人口密集的江苏非常重要。
3.4 经济效果分析
2013年江苏工区非网电钻井进尺80284m。柴油消耗5140.59T，柴油价格6129元/T，柴油费用3150.67万元，柴油费用为392.26元/m。2013年7月起，江苏工区开始网电合作，网电进尺41064.38米，电力消耗657.23万KWh，费用共计1237.18万元（含架线75万元），辅助动力消耗柴油262吨，柴油费用160.58万元。网电钻进成本为340.38元/m；2014年1至11月，江苏工区网电钻进进尺 116630.83米，电力消耗1337.68万KWh，含架线费用共计2172.18万元（含架线72万元），消耗柴油476.84吨，柴油费用292.26万元。网电钻进成本为211.35元/m。
2013年新疆工区钻井进尺72599m。柴油消耗6696.59T，消耗天然气气74.28×104m3，柴油费用4104.34万元，天然气费用274.84万元，每米费用为603.20元/m。2014年新疆工区进尺81560m，天然气消耗476.4×104m3，辅助柴油消耗2828.74 T，柴油费用1733.73万元，天然气费用1762.68万元，每米费用为424.69元/m。
由对比可以看出，网电钻进和“油改气”都为公司取得了很好的直接经济效益。此外还节约了设备维护费用，柴油机、发电机操作人工费用。
4.结论
4.1 无论是使用网电还是采用天然气动力，都达到了显著节能减排的目的，尤其是使用网电节能减排效果更佳。
4.2 对于较小的钻井公司或不计划增加固定资产的公司，采用能源合作方式，既可节省固定投资和管理成本，也可达到节能减排的目的。
4.3 网电的接入和“油改气”都需要具备合法的资质，拥有专业的人员，并具有特定的风险，通过与能源公司合作方式可分担风险、共享成果，是一项很好的方式。也符合工程服务专业化、精细化的思想。
4.4 无论是保护环境、节能减排的需要，还是企业利益的追求，网电和“油改气”在石油钻井行业应推广使用；减少资产投入、发展核心业务、充分使用社会资源的节能减排商业合作模式值得推广。
5.几点建议
5.1 目前采用的输变电加直流电机驱动，在使用中产生高次谐波对电网和用电器造成影响，并且功率因素平均在0.48的低效率下运行，损耗很大。建議与能源公司协商增加滤波补偿装置，可显著减少谐波，提升功率因素到0.95以上，可提升节能16.24%。设每台滤波补偿装置投入100万元，合作双方可通过合理分配16.24%的节能利益，达到共赢。
5.2 加强用电管理，节能效果明显，在网电的实际使用中发现统计发现，及时停用非必须工作设备，形成良好的节能习惯，平均每天可节约用电约2000KVA/天/钻井队。
5.3 全电动钻机由于驱动方式与机械钻机的不同更加节能，平均可节约用电2000KVA/天，因此，电动钻机更加适合采用网电。
5.4 能源公司的利润取自于能源消耗量，能源消耗越多，利润越高，因此，能源消耗多，合同价格可降低。同理，为消化固定接入费用，在统一平台上，施工周期越长，单位成本越低。因此，平台井更加节能。
参考文献
[1] 赵永亮.网电钻机技术研究与应用[J].石油石化节能与减排.2012，2（5）：16-20.
[2] 周浩，魏学民.天然气发电的环境价值[J].热力发电.2003 （5）：2-5.
[3] 吕正林，林冉.钻机油改电项目试验应用[J].石油石化节能.2012 （3）：4-5.
作者简介
俞大春（1972-） 男，江苏南京人，2003年毕业于中国石油大学（华东）网络大学（本科），工程师。长期从事石油钻井安全工作。现中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司，安全环保质量部主任。