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[摘 要]石油钻井是一项高能耗作业活动，本文结合钻井动力系统基本运行情况，对其节能措施及稳定运行工作进行了探究。
[关键词]石油钻井；动力系统；节能及安全
中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0039-01
引言
节能降耗是我国一项基本国策，石油钻井是一项高能耗生产活动，其能耗主要是钻井机械设备的运转能耗。做好石油钻井行业的节能降耗，是石油钻井动力系统的发展趋势，同时，动力系统安全稳定运行也是钻井行业持续发展的重要保障。
1 石油钻井动力设备的工作情况
按照能量转化方式，石油钻井机械设备可以分为驱动机和原动机，原动机是把动力系统中燃料蕴含的化学能转化为电能或机械能，保证钻井设备运行，驱动机是通过对原动机产生的机械能或电能进行重新分配或吸收，做功推动钻井设备运转。在当前的钻井动力系统中，原动机包括柴油机、燃气机、、柴油或燃气发电机，驱动机包括除原动机外的各类设备，比如变矩器、偶合器、电动机等。按驱动方式划分，石油钻井可分为机械钻机和电动钻机，前者通过原动机产生机械能再分配做功，后者对原动机产生的电能进行再分配做功。所以石油钻井动力系统能耗和运行可靠性主要体现在原动机的能耗、传递效率和动力系统各设备运行稳定性上。
2 石油钻井动力系统的节能降耗和可靠运行
2.1 石油钻井动力系统的节能降耗工作
石油钻井动力系统节能降耗升级改造主要通过选用节能降耗新技术实现，在钻井动力系统选型中注重采用各类高效节能新技术，优先选用效率高、能耗低的设备，通过原动机等动力系统设备的高效运行提升动力传递效率、降低钻井设备能耗。一是选择电喷柴油机提高工作效率，柴油机作为石油钻井动力系统重要组成部分，其电喷技术通过利用电控调速器，取代原有机械调速器旋转飞重等装置，使动力系统控制的机械转速更加精确。在具体地工作中，发动机控制模块ECM按事先设定程序，根据柴油机运转工况选择最佳喷油，并根据设备机油温度和增压压力情况对喷油时间和喷油量进行精确控制，从而有效改善了燃油经济性和燃油效果，且还可以保证柴油机的稳态和瞬态工况烟度达到EPA排放法规限制要求。二是选用无功补偿和谐波抑制技术，在钻井动力系统运行实践中，我们发现直流电动机工作的平均功率因数在0.5左右，5次谐波最高可接近50%，通过科学选用无功补偿和谐波抑制技术，可以使功率因数提高到0.9以上，5次谐波可以降低到10%以下，通过石油钻井现场应用统计分析，单位油井日均节油量可达0.5-0.6吨范围内，具有较强的节能效果，经济效益较强。三是科学选用高效率传动设备，通过对石油钻井动力系统升级改造，淘汰原有落后工艺钻机，选用链条并车箱驱动钻机，将柴油机减速箱由机械减速箱和液力变矩器等装备逐步更新为液力偶合器，有效减少动力系统原动机周期性扭震等额外做功，有效抑制因负荷减轻或突然变化而对原动机产生的剧烈冲击，延长了设备使用寿命，并有效降低了动力损失，同时该系统还可以在多台动力机之间实现均匀的功率分配，确保整个石油钻井动力系统效率达到95%以上，而传统的液力变矩器平均效率仅为80%左右，大幅提升了石油钻井动力系统的运行效率。四是选用节能发电机供给机械钻机动力，传统的石油钻井动力系统中，机械钻机一般都存在动力匹配不够合理的情况，一方面是机械钻机的工作负荷较低、不能达到70%以上，另一方面是一般每个井队都配备两台以上的柴油发电机组供给动力，因为石油钻井机械钻机的耗油量约占整个钻井可控成本的30%以上，而用于发电的柴油可占到整个石油钻井总耗油量的1/4，所以通过钻井动力系统的升级，实现机械钻机的高效率运转，就可以节约部分能量，从而减少柴油发电机运转中的柴油的使用量，通过节约柴油等燃料降低钻井成本，提高动力系统运行效率。现在大部分油田都使用节能发电机，有效应用机械钻机柴油机的富余动力，提高柴油机负荷率，实践证明，一般柴油机的最佳工况是转速在1350转/分钟附近，此时的负荷率大于3/4。
2.2 石油钻井动力系统的可靠运行
随着钻井动力系统的升级换代，动力系统的维修也由事故后维修转变为预知性维修，提高了动力系统运行的可靠性和稳定性，保证了石油钻井的持续稳定进行。柴油机是钻井动力系统重要部位，其80%以上的故障都与润滑有关，因此监测柴油机润滑和磨损情况并预测磨损发展过程，成为保障柴油机稳定运行的关键。下面以柴油机为例进行钻井动力系统可靠运行分析。如果柴油机运行状态不良，会使润滑油过早变质，引起润滑不良导致机器故障，而润滑油变质前更换则会造成浪费，所以现在较为常用的手段是通过油品发射光谱分析、红外光谱分析、铁谱分析等技术手段进行润滑油油品分析，检测柴油机等动力系统润滑油油品品质、污染情况及内部包含的关键摩擦副磨损产物等情况，对柴油机等动力系统润滑磨损状态及运行情况进行评价，及时对潜在的动力系统故障进行诊断分析，杜绝因动力系统润滑不良或过度磨损等引发设备故障。具体工作步骤如下：规范取样，对柴油机、发电机等动力系统设备，每隔300个工时左右进行一次取样；确定最佳取样时间，确保动力系统设备在运转或刚停机后进行取样，此时油样内颗粒呈均匀分布，油样具备较强的代表性；科学选择取样部位，一般在粗滤器之后、精滤器之前取样，柴油机等可以从油底壳部位取样；准确把握取样时机，新投产动力设备为防治工作异常，取样时间间隔要加密，而已经达到大修期限的设备也要加密取样，确保及时发现设备异常，同时要做好取样标签制作等工作，确保准确反映動力设备工作情况。
3 结论
综上所述，石油钻井动力系统对钻井具有重要意义，要结合钻井工作实际做好动力系统节能降耗和可靠运行工作，实现石油钻井动力系统的升级换代，更好地服务石油钻井工作。
参考文献
[1] 吴斌，张锁怀.内齿行星传动的啮合力计算与啮合效率分析[J].上海应用技术学院学报（自然科学版），2006（04）.
[2] 王洪英，叶东庆，杨海波.国外顶部驱动钻井系统的最新进展[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2005（10）.
[3] 张锁怀，张江峰，李磊.少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状[J].机械科学与技术，2007（12）.
[4] 胡春梅，朱文琪.钻机顶部驱动电动机的现状与展望[J].石油机械，2003（08）.
[关键词]石油钻井；动力系统；节能及安全
中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0039-01
引言
节能降耗是我国一项基本国策，石油钻井是一项高能耗生产活动，其能耗主要是钻井机械设备的运转能耗。做好石油钻井行业的节能降耗，是石油钻井动力系统的发展趋势，同时，动力系统安全稳定运行也是钻井行业持续发展的重要保障。
1 石油钻井动力设备的工作情况
按照能量转化方式，石油钻井机械设备可以分为驱动机和原动机，原动机是把动力系统中燃料蕴含的化学能转化为电能或机械能，保证钻井设备运行，驱动机是通过对原动机产生的机械能或电能进行重新分配或吸收，做功推动钻井设备运转。在当前的钻井动力系统中，原动机包括柴油机、燃气机、、柴油或燃气发电机，驱动机包括除原动机外的各类设备，比如变矩器、偶合器、电动机等。按驱动方式划分，石油钻井可分为机械钻机和电动钻机，前者通过原动机产生机械能再分配做功，后者对原动机产生的电能进行再分配做功。所以石油钻井动力系统能耗和运行可靠性主要体现在原动机的能耗、传递效率和动力系统各设备运行稳定性上。
2 石油钻井动力系统的节能降耗和可靠运行
2.1 石油钻井动力系统的节能降耗工作
石油钻井动力系统节能降耗升级改造主要通过选用节能降耗新技术实现，在钻井动力系统选型中注重采用各类高效节能新技术，优先选用效率高、能耗低的设备，通过原动机等动力系统设备的高效运行提升动力传递效率、降低钻井设备能耗。一是选择电喷柴油机提高工作效率，柴油机作为石油钻井动力系统重要组成部分，其电喷技术通过利用电控调速器，取代原有机械调速器旋转飞重等装置，使动力系统控制的机械转速更加精确。在具体地工作中，发动机控制模块ECM按事先设定程序，根据柴油机运转工况选择最佳喷油，并根据设备机油温度和增压压力情况对喷油时间和喷油量进行精确控制，从而有效改善了燃油经济性和燃油效果，且还可以保证柴油机的稳态和瞬态工况烟度达到EPA排放法规限制要求。二是选用无功补偿和谐波抑制技术，在钻井动力系统运行实践中，我们发现直流电动机工作的平均功率因数在0.5左右，5次谐波最高可接近50%，通过科学选用无功补偿和谐波抑制技术，可以使功率因数提高到0.9以上，5次谐波可以降低到10%以下，通过石油钻井现场应用统计分析，单位油井日均节油量可达0.5-0.6吨范围内，具有较强的节能效果，经济效益较强。三是科学选用高效率传动设备，通过对石油钻井动力系统升级改造，淘汰原有落后工艺钻机，选用链条并车箱驱动钻机，将柴油机减速箱由机械减速箱和液力变矩器等装备逐步更新为液力偶合器，有效减少动力系统原动机周期性扭震等额外做功，有效抑制因负荷减轻或突然变化而对原动机产生的剧烈冲击，延长了设备使用寿命，并有效降低了动力损失，同时该系统还可以在多台动力机之间实现均匀的功率分配，确保整个石油钻井动力系统效率达到95%以上，而传统的液力变矩器平均效率仅为80%左右，大幅提升了石油钻井动力系统的运行效率。四是选用节能发电机供给机械钻机动力，传统的石油钻井动力系统中，机械钻机一般都存在动力匹配不够合理的情况，一方面是机械钻机的工作负荷较低、不能达到70%以上，另一方面是一般每个井队都配备两台以上的柴油发电机组供给动力，因为石油钻井机械钻机的耗油量约占整个钻井可控成本的30%以上，而用于发电的柴油可占到整个石油钻井总耗油量的1/4，所以通过钻井动力系统的升级，实现机械钻机的高效率运转，就可以节约部分能量，从而减少柴油发电机运转中的柴油的使用量，通过节约柴油等燃料降低钻井成本，提高动力系统运行效率。现在大部分油田都使用节能发电机，有效应用机械钻机柴油机的富余动力，提高柴油机负荷率，实践证明，一般柴油机的最佳工况是转速在1350转/分钟附近，此时的负荷率大于3/4。
2.2 石油钻井动力系统的可靠运行
随着钻井动力系统的升级换代，动力系统的维修也由事故后维修转变为预知性维修，提高了动力系统运行的可靠性和稳定性，保证了石油钻井的持续稳定进行。柴油机是钻井动力系统重要部位，其80%以上的故障都与润滑有关，因此监测柴油机润滑和磨损情况并预测磨损发展过程，成为保障柴油机稳定运行的关键。下面以柴油机为例进行钻井动力系统可靠运行分析。如果柴油机运行状态不良，会使润滑油过早变质，引起润滑不良导致机器故障，而润滑油变质前更换则会造成浪费，所以现在较为常用的手段是通过油品发射光谱分析、红外光谱分析、铁谱分析等技术手段进行润滑油油品分析，检测柴油机等动力系统润滑油油品品质、污染情况及内部包含的关键摩擦副磨损产物等情况，对柴油机等动力系统润滑磨损状态及运行情况进行评价，及时对潜在的动力系统故障进行诊断分析，杜绝因动力系统润滑不良或过度磨损等引发设备故障。具体工作步骤如下：规范取样，对柴油机、发电机等动力系统设备，每隔300个工时左右进行一次取样；确定最佳取样时间，确保动力系统设备在运转或刚停机后进行取样，此时油样内颗粒呈均匀分布，油样具备较强的代表性；科学选择取样部位，一般在粗滤器之后、精滤器之前取样，柴油机等可以从油底壳部位取样；准确把握取样时机，新投产动力设备为防治工作异常，取样时间间隔要加密，而已经达到大修期限的设备也要加密取样，确保及时发现设备异常，同时要做好取样标签制作等工作，确保准确反映動力设备工作情况。
3 结论
综上所述，石油钻井动力系统对钻井具有重要意义，要结合钻井工作实际做好动力系统节能降耗和可靠运行工作，实现石油钻井动力系统的升级换代，更好地服务石油钻井工作。
参考文献
[1] 吴斌，张锁怀.内齿行星传动的啮合力计算与啮合效率分析[J].上海应用技术学院学报（自然科学版），2006（04）.
[2] 王洪英，叶东庆，杨海波.国外顶部驱动钻井系统的最新进展[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2005（10）.
[3] 张锁怀，张江峰，李磊.少齿差内齿行星齿轮传动的研究现状[J].机械科学与技术，2007（12）.
[4] 胡春梅，朱文琪.钻机顶部驱动电动机的现状与展望[J].石油机械，2003（08）.